Politechnika Gdańska Katedra Inżynierii Sanitarnej

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Studia dzienne Rok akademicki 2004/2005

Projekt koncepcyjny sieci wodociągowej dla miasta Wąbrzeźno

grupa IV sem. V

rok akadedemicki 2004/2005

Spis treści

1. Opis techniczny Strona :

1. Cel projektu 4

2. Podstawa opracowania i zakres projektu 4

3. Informacje wyjściowe 4

2. Metodyka realizacji projektu:

1. Zapotrzebowanie na wodę wg normatywu z '66 5

2. Zapotrzebowanie na wodę wg normatywu z '78 7

3. Trasowanie sieci wodociągowej 7

4. Histogram rozbioru wody 8

5. Wyznaczenie wydatków węzłowych i odcinkowych 8

6. Obliczenia sieci wodociągowej 9

7. Obliczanie pojemności zbiornika wyrównawczego 10

8. Wyznaczenie linii ciśnień 10

9. Ujęcie wody 11

10. Sieć przewodów głównych 11

11. Uzbrojenie przewodów 12

12. Strefowanie 12

13. Przepompownie wody

3. Wnioski 14

4. Spis literatura 14

5. Część obliczeniowa

• zapotrzebowanie na wodę - bilans '66 i `78

• histogram '66 i `78

• obliczenie wydatków odcinkowych i węzłowych

• obliczenia sieci wodociągowej dla przypadków przepływu maksymalnego, minimalnego i pożarowego (metoda Crossa)

• obliczenie pojemności zbiornika wyrównawczego

6. Załącznik. Wyniki doboru pompowni.

7. Część rysunkowa

- rys. nr 1 Plan sytuacyjny z naniesionym układem wodociągowym

- rys. nr 2 Profile linii ciśnień od pompowni II stopnia do zbiornika

- rys. nr 3 Profile linii ciśnień na odcinkach 1-6, 5-11, 3-4

Opis Techniczny

1.1 Cel projektu

Celem projektu jest tak zaprojektować tak sieć wodociągową dla miasta Wąbrzeźno, aby mieszkańcy otrzymywali wodę pod odpowiednim ciśnieniem, bez przerw i żądanej jakości.

1.2 Podstawa opracowania i zakres projektu

Podstawą do opracowania projektu był plan sytuacyjno-wysokościowy miasta Wąbrzeźno oraz dane wyjściowe dostarczone przez katedrę Inżynierii Sanitarnej.

Projekt stanowi jedynie koncepcję wodociągu dla miasta Wąbrzeźno dla założonej z góry struktury zabudowy. Procentowy podział zabudowy został podany w temacie

Projekt obejmuje obliczenia zapotrzebowania na wodę, wyznaczenia ujęcia i obliczenie pojemności zbiornika wyrównawczego, przyjęcie ogólnego wyglądu sieci pierścieniowej, średnic głównych przewodów oraz wyznaczenie linii ciśnień w godzinie największego, i najmniejszego rozbioru oraz w przepływie pożarowym i koncepcję strefowania.

1.3 Informacje wyjściowe

Miasto Wąbrzeźno położone jest w północnej części kraju w województwie Kujawsko-Pomorskim. Teren, na którym położone jest miasto ma charakter nizinny, bez większych wzniesień.

Ogólna liczba mieszkańców dla miasta Wąbrzeźno wynosi 130.684tys.

Zabudowę niską zamieszkuje 4.462 tys. mieszkańców, zabudowę średnią 33.210 tys. mieszkańców, zabudowę wysoką 92.012 tys.

Nr tematu	Klasa VII	Klasa VI	Klasa V	Rodzaj miasta	Charakter miasta
	60%	30%	10%	Rozbudowywane	Przemysłowo-administracyjny

Standard wyposażenia mieszkań w urządzenia sanitarne.

- Zabudowa wysoka -jedenastokondygnacyjna - wielorodzinna posiada mieszkania wyposażone w wodociąg, kanalizację, WC oraz centralną dostawę ciepłej wody; klasa VII(I)

- Zabudowa średnia - pięciokondygnacyjna - wielorodzinna posiada mieszkania wyposażone jw., z lokalnym urządzeniem do podgrzewania wody, klasa VI (II);

- Zabudowa niska -trzykondygnacyjna - jednorodzinna tu mieszkania wyposażone w wodociąg, kanalizację, WC oraz lokalne urządzenie do podgrzewania wody, klasa V(III).

Rzędne terenu, na którym zlokalizowane jest miasto zawierają się w przedziale od 100 do 130 m n.p.m.

2. Metodyka realizacji projektu

2.1 Zapotrzebowanie na wodę wg normatywu z '66.

Normatyw z '66 rozróżnia zapotrzebowanie na wodę dla 7 różnych klas wyposażenia mieszkań. Otrzymane dane dotyczą trzech rodzajów zabudowy: VII - wysoka, VI - średnia, V- niska.

Dla odpowiednich klas odczytano zapotrzebowanie dla gospodarstw domowych w litrach na mieszkańca na dobę.

Uwzględnione zostało zapotrzebowanie dla:

• dla pracowników w instytucjach i zakładach pracy,

• dla zakładów użyteczności publicznej,

• na cele ogólno komunalne,

• cele ogólnokomunalne,

• przemysł mały,

• straty w sieci i na potrzeby własne stacji uzdatniania (15%).

Przemysł duży nie został wliczony do bilansu zapotrzebowania gdyż znana jest jego lokalizacja, i w konsekwencji sieć wodociągowa projektowana dla miasta nie zostanie przewymiarowana.

Wszelkie wielkości zapotrzebowania odczytujemy z odpowiednich tabel normatywu.

Następnie odczytujemy współczynniki nierównomierności dobowej i uzyskujemy zapotrzebowanie dobowe maksymalne Q_dmax, a mnożąc przez współczynniki nierównomierności godzinowej otrzymujemy zapotrzebowanie maksymalne godzinowe Q_{h max}.

Odczytujemy także zapotrzebowanie na cele przeciwpożarowe. Miasto Wąbrzeźno o wielkości 130.684tys mieszkańców należy obciążyć 60 l/s czyli 3 pożary w różnych miejscach po 20 l/s każdy, a zapas wody w zbiorniku musi na ten cel wynosić 600m³. Normatyw z '66 rozróżnia zapotrzebowanie na wodę dla 7 różnych klas wyposażenia mieszkań. Otrzymane dane dotyczą trzech rodzajów zabudowy: VII - wysoka, VI - średnia, V- niska.

2.2 Zapotrzebowanie na wodę wg normatywu z `78

Normatyw z 1978 roku uwzględnia zapotrzebowanie na wodę na następujące cele;

• mieszkalnictwo (jednorodzinne, wielorodzinne),

• usługi,

• komunikację zbiorową,

• ulice i place,

• zieleń,

• straty w sieci i na potrzeby własne stacji uzdatniania (15%).

Bilans zapotrzebowania wody wg Normatywu z roku 1978 oblicza się podobnie jak wg Normatywu z roku 1966, jednak normatyw `78 nie jest w pełni miarodajny do dzisiejszych warunków rozbioru wody. Obliczony bilans jest znacznie większy niż bilans wg normatywu`66. Wynika to z tego, że normatyw `78 sporządzono dla zwyżkowej tendencji zużycia wody. Wprowadzanie w dzisiejszych czasach mierników zużycia wody spowodowało tendencje zniżkową zużycia wody. Normatyw `78 nie służy do obliczenia bilansu zużycia wody, a jedynie posłużył do sporządzenia symulacyjnego histogramu rozbioru wody dla miasta Wąbrzeźno z uwzględnieniem normatywu `66.

2.3 Trasowanie sieci wodociągowej.

Sieć wodociągową wytrasowano biorąc pod uwagę rzeźbę terenu, przebieg głównych ulic, chodników, ścieżek i kolei. Siec składa się z dwunastu odcinków przewodów układających się w trzy pierścienie. Są one ułożone wzdłuż głównych ulic, tak aby w razie awarii był dogodny dostęp do ich naprawy. Dodatkowo w skład sieci wchodzą dwa przewody rozgałęzieniowe do ujęcia i zbiornika wyrównawczego.

2.4 Histogram rozbioru wody

Histogram rozbioru wody dla miasta Wąbrzeźno wyznaczono według normatywu z 1978r. Ustalono dla charakterystycznych procentowych rodzajów zapotrzebowań:

• mieszkalnictwo jednorodzinne,

• mieszkalnictwo wielorodzinne,

• usługi,

• komunikację zbiorową,

• mycie ulic i placów,

• podlewanie zieleni miejskiej,

Po obliczeniach i uzyskaniu histogramu dokonano zmian tzn. uwzględnienia normatywu z roku 1966r.

2.5 Wyznaczanie wydatków odcinkowych i węzłowych.

Wydatki odcinkowe zostały obliczone na podstawie wyznaczonych wcześniej poletek ciążenia. Poletka ciążenia zostały wyznaczone metodą dwusiecznych kąta pomiędzy dwoma sąsiednimi odcinkami. W ten sposób powstały figury geometryczne przypisane dla danego odcinka sieci. Znając powierzchnie tych pól i rodzaj zabudowy, a co za tym idzie gęstość zaludnienia, możemy określić przybliżoną liczbę mieszkańców zamieszkujących dane poletko. Ostatecznie przypisujemy liczbę mieszkańców do danego odcinka przewodu i mnożąc przez obliczone zapotrzebowanie w [l/Md] liczbę mieszkańców [M], otrzymujemy wartość wydatku odcinkowego [l/d],[l/s].

Wydatki węzłowe zostały ustalone na przemysł duży o znanej lokalizacji, a także przy obciążaniu sieci zapotrzebowaniem pożarowym.

1. Obliczenia sieci wodociągowej.

Do obliczania sieci wodociągowej pierścieniowej zastosowano metodę Crossa, która opiera się na dwóch prawach Kirchoffa:

I prawo - objętość wody dopływającej do węzła jest równa objętości wody wypływającej z węzła,

II prawo - w każdym pierścieniu suma strat ciśnienia jest równa zeru.

Schemat obliczania metody Crossa:

1. wyznaczenie przepływu początkowego i końcowego dla poszczególnych odcinków,

2. wpisanie długości odcinka, założonego przepływu początkowego i końcowego oraz wydatku odcinkowego.

3. wyznaczenie przepływu obliczeniowego dla odcinka wg wzoru: Q_obl = Q_k+0,55 * q

gdzie: Q_k - przepływ końcowy,

q - wydatek odcinkowy.

Przepływ obliczeniowy wpisywano jako ujemny, gdy jego kierunek był przeciwny do ruch wskazówek zegara.

4. odczytanie z nomogramu średnicy, prędkości przepływu i jednostkowego spadku dla poszczególnych przepływów obliczeniowych,

5. obliczenie straty ciśnienia wg wzoru: Δh = i * l

gdzie: i - jednostkowy spadek,

l - długość odcinka

6. zsumowanie strat ciśnienia dla całego pierścienia i sprawdzenie założenia drugiego metody Crossa - suma strat ciśnienia powinna być mniejsza od 0,5 m,

7. w przypadku uzyskania większych niż dopuszczalne sum strat ciśnienia wyznaczenie poprawki:

Δq = -Δh/(2 * Δh/Q_obl)

8. wykonanie powyższych czynności dla wszystkich pierścieni,

9. rozłożenie poprawek na odpowiednie odcinki, - gdy dany odcinek należy do dwóch pierścieni - poprawki przypadające na ten odcinek sumuje się z uwzględnieniem znaków,

10. wyznaczenie nowych przepływów obliczeniowych i powtarzanie wyżej wymienionych czynności w kolejnych przybliżeniach aż do uzyskania Δh < 0,5 m dla każdego pierścienia,

11. wyznaczenie nowych przepływów początkowych i końcowych.

Metodę Crossa zastosowano do zwymiarowania sieci na przepływ maksymalny godzinowy. Następnie sprawdzono sieć również za pomocą metody Crossa w przypadku minimalnego przepływu oraz przepływu przeciwpożarowego.

Poprawnym wyliczeniem wydatków metodą Crossa jest otrzymanie sumy strat w pierścieniu mniejszej od 0,5 metra, przy jednoczesnym nie przekroczeniu prędkości minimalnej w przewodach wynoszącej 0,5 m/s dla maksymalnego rozbioru.

2.7 .Obliczanie pojemność zbiornika wyrównawczego.

Pojemność zbiornika wyrównawczego została policzona metodą analityczną na podstawie histogramu rozbioru wody wg normatywu z 1966 roku. Po zestawieniu dopływów i odpływ wody do zbiornika w zależności od rozbioru w określonych godzinach, wynika, że o godzinie 3:00 w zbiorniku będzie się znajdowała największa ilość wody stanowiąca 10.35 % Q_dmax co daje pojemność V=4654 m³ Wysokość objętości wyrównawczej przyjmuje się w granicach około 4.3 metrów , co po obliczeniu daje średnice zbiornika d=37 m.

Zbiornik stanowi również funkcje przeciwpożarową, dlatego w zbiorniku znajduje się zapas wody na trzy ewentualne pożary czyli V_p = 600m^3.

Do tego wszystkiego należy jeszcze dodać V_t = 200m³ wody ze względów technologicznych np. na płukanie sieci itp.

2.8. Wyznaczanie linii ciśnień

Wymagane ciśnienia gospodarcze dla danego obszaru zabudowy wyznacza się ze wzoru:

H_gosp=3,25 * n + 7 [m] ,

gdzie: n- liczba kondygnacji

Natomiast dopuszczalne maksymalne ciśnienie gospodarcze określa się według wzoru:

H_{gosp max}= 1,5 * H_gosp

W przewodach magistralnych gdzie nie ma sieci rozdzielczej ciśnienie w rurociągu nie może przekraczać 80,0m.

2.9 Ujęcie wody

Woda do zaopatrzenia miasta Wąbrzeźno jest pobierana z zaprojektowanego ujęcia powierzchniowego. Woda jest ujmowana z rzeki przepływającej przez miasto.

Jest ona pobierana za pomocą POMPOWNI I stopnia.

Ujęcie pracuje w trybie 24 godzinnym. Wydajność ujęcia jest stała i wynosi Q = 48336m³/d , a wysokość podnoszenia układu pomp za ujęciem wynosi H = 47.28m. Woda ta jest bezpośrednio dostarczana do strefy wysokiej zabudowy za pomocą pomp

2.10 Sieć przewodów głównych

Sieć składa się z 15 odcinków 13 z nich stanowi sieć pierścieniową znajdującą się w obrębie miasta pozostałe łączą ujęcie i zbiornik z siecią pierścieniową.

Przewody zaprojektowano ze stali St3S. Układane są w gruncie, a ich osie leżą na głębokości ok. 1,6 m p.p.t.

2.11 Uzbrojenie przewodów

Zawór zwrotny:

Zawór zwrotny został umieszczony bezpośrednio przed pompowniami P1, P2 i P3, aby nie doprowadzić do cofania się wody podczas zabiegów technologicznych lub w czasie awarii pomp lub zaniku prądu.

Zasuwy:

Zgodnie z wytycznymi zaprojektowano zasuwy w taki sposób, aby każdy odcinek sieci pomiędzy węzłami mógł być zamknięty, co najwyżej trzema zasuwami. Dodatkowo zasuwy zaprojektowano na wszystkich przewodach w odległości nie większej niż 300-500m.

Jednocześnie w węźle nr 3 znajduje się zasuwa strefowa odcinająca przepływ wody.

Hydranty:

Zgodnie z nowymi przepisami na wszystkich odcinkach zastosowano hydranty w odległości, co 150 m.

Odpowietrzniki, upusty:

Przy budowie należy uwzględnić fakt, że przy zmianach spadków odcinków rurociągu (z ujemnego na dodatni lub odwrotnie) należy umieścić odpowietrznik lub upust. Można zaniechać montażu tych urządzeń, gdy są to minimalne różnice oraz występują na bardzo krótkich odcinkach. Niedojdzie wtedy do powstania dużych pęcherzy powietrznych utrudniających przepływ oraz woda w czasie spuszczenia wody z sieci nie będzie zalegała w sieci uniemożliwiając niektóre zabiegi renowacyjne.

2.12 Strefowanie

Projektowany wodociąg dla miasta Wąbrzeźno podzielony został na trzy strefy ciśnienia. Strefa I zasilana jest za pomocą pompowni nr P1 znajdującej się za stacją uzdatniania wody. Ciśnienie dla tej strefy dopasowane zostało do zabudowy średniej przeważającej w rejonie ujęcia wody.

Strefa II obejmuje zabudowę średnią w rejonie zbiornika wody. Wydzielenie tej strefy było konieczne ze względu na znaczne wzniesienie terenów w tym obszarze w stosunku do strefy I. Zasilana jest ona za pomocą pompowni nr P2 znajdującej się na granicy stref ciśnienia.

Strefa III obejmuje natomiast rejon zabudowy wysokiej. Woda dla tej strefy dostarczana jest za pomocą zespołu pompowego nr P3

2.13. Przepompownie wody

W projektowanym systemie wodociągowym dla miasta Wąbrzeźno przewiduje się budowę trzech przepompowni wody: pompowni II stopnia za stacją uzdatniania wody nr P1, pompowni strefowej nr P2 za węzłem nr 6 oraz pompowni strefowej nr P3 za węzłem nr 5.

Pompownia nr P1 składa się z 5 pomp firmy Grundfos typu NK 100-200 połączonych równolegle. Punkty pracy pompowni:

• przy przepływie Qppoż: H=47.28m, Q=556l/s

• przy przepływie Qmaxh: H=46.48m, Q=556l/s

• przy przepływie Qminh: H=46.18m, Q=556l/s

Pompownia nr P2 składa się z 3 pomp firmy Grundfos typu CRE 90-1 połączonych równolegle. Punkty pracy pompowni:

• przy przepływie Qppoż: H=2.61m, Q=53.77l/s

• przy przepływie Qmaxh: H=5.33m, Q=90.89l/s

• przy przepływie Qminh: H=19.55m, Q=241.01l/s

Pompownia nr P3 składa się z 3 pomp firmy Grundfos typu CLM 150-242-11.0 połączonych równolegle. Punkty pracy pompowni:

• przy przepływie Qppoż: H=10.91m, Q=190.34l/s

• przy przepływie Qmaxh: H=12.23m, Q=160.21l/s

• przy przepływie Qminh: H=9.59m, Q=49.95l/s

3. Wnioski

Projektując system zaopatrzenia w wodę dla miasta Wąbrzeźno kierowano się zachowaniem warunków na dopuszczalne prędkości oraz ciśnienia. Prędkości dla przepływu maksymalnego godzinowego mieszczą się w przedziale <0.5 , 2.0>m/s. Jedynie podczas przepływu minimalnego godzinowego prędkości na kilku odcinkach spadają poniżej tej granicy od 0.5 m/s. Konieczne będzie częste płukanie przewodów na tych odcinkach.

Drugie kryterium, czyli dopuszczalnych ciśnień, które powinny mieścić się w przedziale <H_gosp, 1.5H_gosp> zostało spełnione. Uzyskano to dzięki podziałowi systemu na trzy strefy ciśnienia.

Zaprojektowana sieć spełnia również wymagania przeciwpożarowe gdyż podczas sprawdzania sieci na przepływ przeciwpożarowy ciśnienie we wszystkich punktach i co najważniejsze w czynnych hydrantach, nie spada poniżej wartości 20mH₂O.

4. Literatura

Zestawienie użytej literatury:

[1] T.Gabryszewski „Wodociągi” - wyd. Arkady 1983r.

[2] W.Petrozolin „Projektowanie sieci wodociągowych” - wyd. Arkady 1973r.

[3] Katalog produkcji pomp(program komputerowy)

[4] R. Edel, M. Kulbik „Tablice do obliczeń hydraulicznych przepływu cieczy w kanałach zamkniętych”

2

---