Opis Techniczny

1.C el i zakres opracowania

Celem opracowania jest zaprojektowanie sieci wodociągowej dla miasta o charakterze przemysłowo administracyjnym.

Zakres opracowania zawiera:

• Obliczenia jednostkowego zapotrzebowania na wodę

• Bilans zapotrzebowania na wodę dla miasta

• Rozkład godzinowy zapotrzebowania wody w max. dobie

• Wymiarowanie zbiornika zapasowo – wyrównawczego przy 24 godzinnej pracy pomp

• Schemat przepływu wody oraz obliczenia sieci zamkniętej metodą Crossa-Łoboczewa dla przepływu wody gospodarczej oraz gospodarczej i przeciwpożarowej

• Obliczenie strat ciśnienia

• Wyznaczenie linii ciśnień

2. Podstawy opracowania

• Umowa z inwestorem

• Mapa sytuacyjno- wysokościowa w skali 1:5000

• Plan zagospodarowania przestrzennego z zaznaczonymi strefami zabudowy, gęstości zaludnienia, rozmieszczenia zakładów przemysłowych itp.

• ,,Wytycznych do programowania zapotrzebowania wody i ilości ścieków miejskich w jednostkach osadniczych”

• Zalecenie Departamentu Gospodarki Komunalnej Ministerstwa Administracji, Gospodarki Terenowej i Ochrony Środowiska z 1978 roku.

3.Dane wejściowe do opracowania

3.1 Informacje ogólne

Sieć wodociągowa zaprojektowana jest dla miasta o powierzchni 214,99 ha, gdzie całkowita liczba mieszkańców to 23600 M.

Miasto zostało podzielone na dwie strefy:

-I strefa : zabudowa średnia 2-3 kondygnacje o gęstości zaludnienia 130M/ha. Powierzchnia I strefy wynosi 105,43 ha, przy gęstości zaludnienia wynoszącej 130M/ha świadczy, że tą strefę zamieszkuje ok. 13700 M czyli 58% wszystkich mieszkańców miasta.

-II strefa: zabudowa wysoka 4-5 kondygnacji o gęstości zaludnienia 90 M/ha. Powierzchnia II strefy wynosi 109,56 ha, przy gęstości zaludnienia wynoszącej 90M/ha świadczy, że tą strefę zamieszkuje ok. 9900 M czyli 42% wszystkich mieszkańców miasta.

2. Zapotrzebowanie na wodę

Standard wyposażenia mieszkań dla strefy I i II

1. I klasa - mieszkania wyposażone w centralną dostawę wody ciepłej: 25%

2. II klasa - mieszkania wyposażone w lokalne urządzenia do podgrzewania wody :35%

3. III i IV klasa – mieszkania wyposażone w urządzenia do podgrzewania wody z lokalną kanalizacją: 30%

4. V klasa- mieszkania z niepełnym wyposażeniem w urządzenia sanitarne: 10%

Obliczenia dotyczące zapotrzebowania na wodę przeprowadzono tabelarycznie:

• Tabela 1 ,, Zapotrzebowanie wody dla strefy I’’

- Tabela 2,, Zapotrzebowanie wody dla strefy II’’

• Tabela 3,, Zapotrzebowanie wody dla całego miasta’’

Zapotrzebowanie wody dla miasta wynosi : Q_{max h}=675 dm³/h.

Pozkład godzinowy zapotrzebowania na wodę w maksymalnej dobie

Rozkład godzinowy zapotrzebowania na wodę w maksymalnej dobie został ustalony w formie tabeli- Tabela 4.

W systemach wodociągowych dużą rolę odgrywają zbiorniki, które magazynują wodę w okresie jej nadmiaru oraz uzupełnienie dostawy w okresie zwiększonego zapotrzebowania. Woda do miasta jest doprowadzona ze zbiornika zapasowo-wyrównawczego, który znajduje się w odległości 3000 m od miasta. Zbiornik zapasowo – wyrównawczy ma za zadanie wyrównani nierówności rozbioru wody w ciągu doby. Pojemność użytkowa dostosowana jest do nierównomierności rozbiorów godzinowych w dobie maksymalnego rozbioru. Badania statystyczne przeprowadzone dla wielofunkcyjnego miasta 80 tyś. M pozwoliły wyznaczyć wielkości procentowe odpowiadające poszczególnym godzinom. Współczynnik nierównomierności godzinowej obliczono ze wzoru: N_h= Q_maxh/Q_śrh. N_h=1,58 .

2. Gromadzenie wody

Zbiorniki umożliwiają magazynowanie wody w okresach ich nadmiaru i uzupełnienia dostawy w okresie zwiększonego zapotrzebowania. Mają również za zadanie wyrównanie ciśnień w sieci, które zmienia się w zależności od rozbioru wody. Topografia terenu pozwala na zaprojektowanie zbiornika terenowego, cylindrycznego, dwukomorowego.

Wysokość wody w zbiorniku wynosi: H=5m.

Średnica komory zbiornika wynosi: D= 18m

Długość przewodu tranzytowego doprowadzającego wodę ze zbiornika początkowego zapasowo wyrównawczego wynosi L=3000m , średnica tego przewodu wynosi 450 mm.

Ilość wody doprowadzana do miasta w węźle nr 1 wynosi:

- dla przepływu gospodarczego : Q_g=187,54 dm³/s

-dla przepływu gospodarczego i przeciwpożarowego :Q_g+p.poż=207,54 dm³/s

Przyjęto ciśnienie wymagane : 30 mH₂0

Maksymalne zwierciadło wody znajduje się na wysokości 1 m poniżej stropu.

Izolacja cieplna: obsypka ziemna o grubości 1,2 m

Szczelność zbiornika: beton o dużej szczelności oraz tynk wodoszczelny

Wyposażenie zbiornika:

• Komora zasuw

• Rurociągi: doprowadzający, odprowadzający, przelewowy, spustowy

• Urządzenia pomiarowe i regulacyjne: wodowskaz, wodomierz, urządzenia przelewowe.

2. Parametry zbiornika

Pojemność użytkowa- wyznaczona na podstawie różnicy między dopływem a odpływem wody w poszczególnych godzinach doby. Dopływ wody do zbiornika zależy od czasu pracy pomp, odpływ od aktualnego rozbioru wody.

Obliczenia pojemności użytkowej dla 24 godzinnej pracy pomp przeprowadzono w formie tabelarycznej: Tabela 5

W tabeli tej dla każdej godziny doby wpisano rozbiór godzinowy wody w procentach rozbioru dobowego, następnie godzinowe dostawy wody w procentach rozbioru dobowego. Wielkość dopływu lub odpływu wody ze zbiornika wyznaczono na podstawie różnicy rozbioru godzinowego oraz godzinowej dostawy wody. Czas pracy pomp obejmuje godziny największego rozbioru wody kiedy objętość użytkowa zbiornika jest najmniejsza.

Według założeń projektu czas pracy pomp wynosi 24 h/d.

Rozbiór godzinowy w maksymalnej dobie daje wartość pojemności użytkowej równej 1801m³

Pojemność zapasowa to suma pojemności awaryjnej i pojemności przeciwpożarowej.

Pojemność awaryjna to zapas w granicach 20%- 30% pojemności użytkowej stanowi kilku- godzinowe zabezpieczenie systemu dostawy wody w sytuacji awarii na dopływie do zbiornika.

Pojemność przeciwpożarową ustala się na podstawie wytycznych w zależności od wielkości jednostki osadniczej. Wartość przyjętej pojemności przeciwpożarowej (wg PN-B-20864) wynosi V_p.poż=200m³

• Pojemność całkowita wynosi : Vc=2450 m³

• Średnica zbiornika D= 18 m

• Wysokość wody przeciw pożarowej w komorze zbiornika :

4.Rozprowadzenie wody.

4.1 Projektowanie sieci i przewodów wodociągowych

Sieć wodociągowa powinna zapewniać dostawę wody bez przerwy do wszystkich odbiorców w przewidywanej maksymalnej ilości i pod odpowiednim ciśnieniem. Spełnienie tego warunku jest możliwe przy prawidłowym układzie przewodów na obszarze zasilania, a także zależy od przepustowości sieci, zastosowanych materiałów i uzbrojenia.

Projektowanie sieci i przewodów odbywało się w następującej kolejności:

1. Wybranie właściwego układu przewodów zgodnie z topografią terenu

Woda czerpana z ujęcia po uzdatnieniu jest grawitacyjnie doprowadzana do przewodów tranzytowych, którymi dopływa do obszaru zasilania i jest rozprowadzana siecią przewodów magistralnych i rozdzielczych. Układ przewodów musi zapewnić wymagane ciśnienie u każdego odbiorcy, projektując uwzględnia się topografię terenu, gęstość zaludnienia, rozbiory wody, korzysta się z planów sytuacyjno –wysokościowych

(rys. 1).

Układ sieci wodociągowej zaprojektowano jako sieć promienistą, gdyż jest hydraulicznie korzystna, wzajemne powiązanie przewodów magistralnych i rozdzielczych zapewnia dobre warunki przepływu wody i wyrównania ciśnień. Można oszczędnie zaprojektować średnice, sieć zapewnia ciągłość dostawy wody, gdyż w razie awarii może dopłynąć drogą okrężną.

2. Ustalenie przepływów obliczeniowych na poszczególnych odcinkach sieci

Powierzchnia miasta została podzielona na powierzchnie cząstkowe za pomocą dwusiecznych poprowadzonych z punktów przecięcia się ulic, w których położone są przewody (rys. 2). Powierzchnie cząstkowe zaopatrywane są z poszczególnych przewodów rozdzielczych i magistralnych. Numery węzłów, długości poszczególnych odcinków, wydatek odcinkowy, oraz główny przewód magistralny i i przewody rozdzielcze wraz z kierunkiem przepływu wody przedstawiono na rys. 3,,Rozprowadzenie wody w projektowanej jednostce osadniczej”

3. Ustalenie rozbioru wody na poszczególnych powierzchniach cząstkowych

Ustalenie rozbioru wody w poszczególnych węzłach ustalono sumując wielkość rozbioru wody, idąc od punktu zerowego w kierunku przewodów magistralnych.

4. Ustalenie średnic przewodów magistralnych i tranzytowych

Średnice przewodów ustala się na podstawie zsumowanych przepływów wody przez poszczególne odcinki w sposób przybliżony, a następnie sprawdza się w szczególnych obliczeniach hydraulicznych.

4.2 Obliczenia hydrauliczne przewodów i sieci

Sieć pierścieniowa składająca się z przewodów magistralnych i rozdzielczych stwarza bardzo dobre warunki przepływu wody i wyrównania ciśnień. Przewody magistralne są wzajemnie ze sobą powiązane tworząc zamknięte pierścienie. Układ przewodów rozdzielczych powinien być dostosowany do rozmieszczenia poszczególnych odbiorców. Sieć rurociągów rozdzielczych połączona jest z rurociągiem magistrali tak że ciśnienie w poszczególnych rurociągach wyrównuje się szybciej niż w rurociągu magistrali. Tak powiązana sieć rurociągów pozwala na szybkie doprowadzenie wody przy stosunkowo wyrównanym ciśnieniu. W czasie gaszenia pożarów oraz zwiększonego zapotrzebowania na wodę gaśniczą następuje nagłe pokrywanie zapotrzebowani wody w poszczególnych punktach sieci.

Obliczenia przewodów sprowadza się do określenia oporów przepływu, czyli strat ciśnienia wzdłuż rurociągu oraz punktach szczególnych( załamania, rozgałęzienia, uzbrojenia).

Obliczenia hydrauliczne sieci pierścieniowej przedstawiono w formie tabeli metodą Crossa na podstawie schematu obliczeniowego i zestawiono w części obliczeniowej:

• Tabela 6 ,, Cross dla wody gospodarczej Q_g”

• Tabela 7,, Cross dla wody gospodarczej i przeciwpożarowej Q_g+p.poż ”

4.3 Obliczenia sieci pierścieniowej metodą Crossa

Metoda ta wykorzystywana jest tylko do obliczania sieci zamkniętej. Przyjmuje ona następujące założenia:

1. Przewody rozdzielcze zaopatrują jedynie przyległe tereny w wodę.

2. Sieć przewodów rozdzielczych jest jak gdyby porozrywana na długości między węzłami tak aby dopływ z przewodów magistralnych odbywał się najkrótszą drogą.

3. Powierzchnia miasta podzielona jest na powierzchnie cząstkowe, zaopatrywane z poszczególnych przewodów rozdzielczych czy magistralnych za pomocą dwusiecznych poprowadzonych z punktów przecięcia się osi ulic, w których położone są przewody.

4. Oblicza się współczynnik rozbioru jednostkowego, a następnie rozbiór wody na poszczególnych odcinkach.

5. Rozbiór wody w węzłach ustala się sumując rozbiory z punktów rozdziału do magistrali.

6. Na schemacie obliczeniowym ogranicza się układ rurociągów do przewodów magistralnych grupując rozbiory boczne w węzłach

7. Obliczenia strat ciśnienia wykonuje się tabelarycznie zakładając początkowo natężenia oraz kierunki przepływu i średnice w przewodzie magistralnym, a następnie wyrównuje się wynik metodą Crossa.

8. Sumując straty ciśnienia w poszczególnych pierścieniach (h,) znakiem dodatnim (+) oznacza się stratę przy przepływie zgodnym z ruchem wskazówek zegara, a znakiem ujemnym (-) przy przepływie odwrotnym.

4.4 Obliczenie strat ciśnienia na tranzycie

Obliczenie strat ciśnienia dla przepływu wody gospodarczej przedstawiono w Tabeli 8, a strat ciśnienia dla przepływu wody gospodarczej i przeciwpożarowej przedstawiono w Tabeli 9.

Przepływ wody gospodarczej - ustala się na podstawie maksymalnego godzinowego zapotrzebowani wody, będącego podstawą projektowania i wymiarowania sieci wodociągowej magistralnej, która w godzinie największego zużycia wody powinna zapewnić wszystkim odbiorcom dostawę wody w żądanej i ustalonej ilości i pod odpowiednim ciśnieniem. Wartość ta zostaje podana w formie największego miarodajnego natężenia przepływu Q_m.

Przepływ gospodarczy i przeciwpożarowy - wartość ustalona w celu sprawdzenia sieci wodociągowej na maksymalny godzinowy rozbiór wody powiększony o wodę gaśniczą przy założeniu wybuchu pożaru w wielkości ustalonej w wytycznych ­q_p.ppż, = 20 dm³/s

• Q_m [l/s] - natężenie przepływu miarodajne (obliczeniowe)

• Q_k -natężenie przepływu na końcu odcinka [l/s]

• q - rozbiór wody na odcinku [l/s]

• a - współczynnik (0,5<α<0,577) – przyjmujemy α= 0,55

Przepływy założone - Q [l/s] - rozpoczynając od "punktu zerowego"

zakładamy przepływy początkowe i końcowe w poszczególnych odcinkach przewodu.

• D [mm] - średnica przewodu

• L [m] - długość odcinka

• Cm- współczynnik dla przewodów żeliwnych i stalowych używanych wg wzoru Manninga.

• K - współczynnik zależny od długości i średnicy przewodu

K=Cm*Q²*L* 10^-6

• Δh - strata ciśnienia na odcinku

Suma strat zamkniętej sieci równa jest zero, jednakże na początku obliczeń zakłada się przepływy i średnice, co powoduje, że zależność ta (Δh₁= Δh₂) w I fazie obliczeń może nie zostać spełniona.

P
oprawkę liczy się ze wzoru:

Tworząc sumę w liczniku należy uwzględnić kierunki przepływu wody w pierścieniu. Przyjmujemy (+), gdy przepływ zgony z kierunkiem ruchu wskazówek zegara i (-), gdy przeciwny.

Po obliczeniu ostatniego przybliżenia i spełnieniu warunku Δh <0,5 m ustala się wyrównane przepływy początkowe i końcowe (Q_k=Q_m-0,55q, Q_p=Q_k + q), zwracając uwagę na kierunki przepływu wody.

5. Uzbrojenie sieci wodociągowej

Uzbrojenie sieci wodociągowej czyli armatura pozwala na korzystanie z niej zgodnie z przeznaczeniem, właściwą obsługę, kontrolę i eksploatację. Schemat rozmieszczenia uzbrojenia przedstawiono na rys.6. W skład uzbrojenia wchodzą : zasuwy, hydranty przeciwpożarowe, zawory odpowietrzające i odwadniające, zdroje uliczne

a) Uzbrojenie regulujące przepływy:

• zasuwy –zamykają przepływ wody przez rurociąg. W obiektach zastosowano zasuwy kołnierzowe, a na przewodach w ziemi zasuwy kielichowe. Zasuwy podziemne posiadają obudowę chroniącą trzpień i skrzynkę uliczną umożliwiającą dostęp do trzpienia. Ze względów pożarowych rozmieszczone tak, aby dla wyłączenia odcinka nie trzeba było zamykać więcej niż 5 zasuw oraz żeby na wyłączonym odcinku nie były więcej niż 4 hydranty. Rozmieszczenie zasuw węzłowych powinno odpowiadać następującym warunkom:

1. przewód rozdzielczy powinien być oddzielony zasuwą od przewodu magistralnego,

2. przewód o mniejszej średnicy powinien być oddzielony zasuwą od przewodu o średnicy większej,

3. w razie awarii danego odcinka zasilanie wodą sąsiednich przewodów rozdzielczych powinno być zapewnione przez właściwe umieszczenie zasuw, zgodnie z kierunkiem zasadniczego przepływu wody.

Zasuwy na odcinku rozmieszczone są w odległościach nie dłuższych niż 400 m, dostosowując ich położenie do rozmieszczenia hydrantów. Zasuwy na przewodach magistralnych rozmieszcza się w odległościach 500-700 m. Na przewodach tranzytowych w odległościach do 5000 m.

• klapy zwrotne –przepuszczają wodę , samoczynnie zamykające się przy przepływie odwrotnym. Umieszczone zostały w armaturze zbiornika zapasowo-wyrównawczego w celu regulacji przepływu i wymiany wody.

• zawory odwadniające (spusty)- umożliwiają w razie potrzeby opróżnienie rurociągu z wody. Umieszcza się je w najniższych punktach sieci, jak również powyżej zasuwy, założonej na przewodzie opadającym. Każdy odcinek przewodu magistralnego lub tranzytowego powinien być zaopatrzony w punkcie najniższym w odwodnienie.

b) Uzbrojenie czerpalne:

• hydranty pożarowe - służą do czerpania wody w przypadku pożaru, ale mogą być wykorzystywane do innych celów :budowlanych, spłukiwania ulic. Hydranty umieszczone w najwyższych punktach sieci można odpowietrzyć, a przez umieszczone w najniższych punktach sieć można odwodnić lub wypłukać.

Rozmieszczenie: wzdłuż ulic i dróg oraz na skrzyżowaniach lub możliwie blisko skrzyżowań, odległość hydrantu od budynku powinna wynosić co najmniej 5,0 m. Odległość hydrantu od ulicy lub drogi nie może być większa niż 2,0 m, natomiast odległość między hydrantami nie może być większa niż 100 m w miastach oraz 150 m w wiejskich jednostkach osadniczych (na terenach zabudowanych).

c) Uzbrojenie zabezpieczające:

• zawory odpowietrzające - zakładane są w najwyższych punktach przewodów i sieci dla odprowadzania gromadzącego się w tych punktach powietrza i gazów, wydzielających się z wody. Gromadzące się powietrze, będące pod ciśnieniem panującym w przewodzie, zmniejsza przekrój rurociągu, utrudniając przepływ wody

6. Założenia konstrukcyjne połączeń i przewodów

Przewody tranzytowe, magistralne i rozdzielcze są wykonane z rur stalowych. Zabezpieczone sa one powłokami antykorozyjnymi od wewnątrz i na zewnątrz.