-­

2. Obliczenia zapotrzebowania na wodę w okresie perspektywicznym.

2.1. Dane do obliczeń.

Liczba mieszkańców w okresie perspektywicznym: 38500

Liczb mieszkańców wg klas wyposażenia sanitarnego mieszkań:

klasa I (15%) LM_I=0,15*38500= 5775 mk,

klasa II (21%) LM_II=0,21*38500= 8085 mk,

klasa III (35%) LM_III=0,35*38500= 13475 mk,

klasa IV (29%) LM_IV=0,29*38500= 11165 mk,

Razem : 38500 mk.

2.2. Obliczenia zapotrzebowania na wodę na poszczególne cele.

Do obliczeń wykorzystano następujące wzory:

Qśrd=LM*qj1000 , m3/d

Qmaxd=Qśrd*Nd , m3/d

gdzie:

LM - liczba mieszkańców,

qj - wskaźnik średniego dobowego zapotrzebowania wody, dm3mk?d ,

Nd - współczynnik nierównomierności dobowej.

2.2.1. Mieszkalnictwo

Mieszkalnictwo wielorodzinne.

qjI = 160 dm3/mk*d

qjII = 100 dm3/mk*d

Nd = 1,5

Qśrd=5775*160/1000+8085*100/1000=1732,5 m3/d

Qmaxd=1732,5*1,5=2598,75 m3/d

Mieszkalnictwo jednorodzinne.

qjIII = 100 dm3/mk*d

qjIV = 80 dm3mk*d

Nd = 2,0

Qśrd=13475*100/1000+11165*80/1000=2240,7 m3d

Qmaxd=2240,7*2,0=4481,4 m3d

2.2.2. Urzędy i instytucje usługowe.

qj = 15 dm3/mk*d

Nd = 1,3

Qśrd=38500*15/1000=577,5 m3/d

Qmaxd=577,5*1,3=750,75 m3/d

-­

2.2.3. Utrzymanie w czystości komunikacji zbiorowej.

qj = 4 dm3/mk*d

Nd = 1,2

Qśrd=38500*4/1000=154 m3/d

Qmaxd=154*1,2=184,8 m3d

2.2.4. Zmywanie ulic i placów.

qj = 5 dm3mk*d

Nd = 2,4

Qśrd=38500*5/1000=192,5 m3/d

Qmaxd=192,5*2,4=462 m3/d

2.2.5. Polewanie zieleni miejskiej.

qj = 10 dm3/mk*d

Nd = 6,0

Qśrd=38500*10/1000=385,0 m3d

Qmaxd=385*6,0=2310,0 m3d

2.2.6. Tereny przemysłowo - składowe.

qj = 40 dm3/mk*d

Nd = 1,15

Qśrd=38500*40/1000=1540,0 m3/d

Qmaxd=1540*1,15=1771 m3/d.

-­

2.3. Zestawienie średniego (Q_śrd) i maksymalnego (Q_maxd) dobowego zapotrzebowania na wodę.

Lp.	Cele zapotrzebowania na wodę	Zapotrzebowanie na wodę, m3d
		Qśrd	Qmaxd
1.	Mieszkalnictwo: wielorodzinne Jednorodzinne	1732,5 2240,7	2598,75 4481,4
2.	Urzędy i instytucje usługowe	577,5	750,75
3.	Utrzymanie w czystości komunikacji zbiorowej	154	184,8
4.	Zmywanie ulic i placów	192,5	462
5.	Polewanie zieleni miejskiej	385,0	2310
6.	Tereny przemysłowo - składowe	1540,0	1771
7.	RAZEM	6822,2	12557,95
8.	Straty wody w sieci wodociągowej oraz zapotrzebowanie na wodę do płukania sieci wodociągowej (10% Qśrd)	682,22	682,22
9.	Woda do sieci wodociągowej	7504,4	13240,17
10.	Cele technologiczne ZUW (5% Qśrd)	375,22	375,22
11.	Wydajność ujęcia wody	7870,62	13615,39

2.4. Godzinowy rozkład maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę.

-­

3. Obliczenia hydrauliczne ujęcia wody podziemnej.

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

3.1. Dane do obliczeń.

Maksymalna dobowa wydajność ujęcia: Quj=Qmaxd=13615,39 m3/d=0,15758 m3/s

Współczynnik filtracji: kf=48 md=5,55*10-4 m/s

Średnica studni: d=2r=0,50 m

Miąższość warstwy wodonośnej: Hw=25,5 m

3.2. Obliczenia współrzędnych charakterystyki pojedynczej studni.

Q=(1,36*kf*s*(2Hw-s)/og(R/r) , m3/s

R=575*s*(Hw*kf)^0,5 , m

Założono trzy wartości depresji s, dla których obliczono wartości promienia leja depresyjnego R oraz wydajność studni Q:

s1=1,0 m

R1=68,425 m

Q1= 0,017m3/s

s2=2,0 m

R2=136,85 m

Q2= 0,027m3/s

s3=3,0 m

R3=205,275 m

Q1= 0,037m3/s

si	Ri	Qi
1,0	68,425	0,017
2,0	136,75	0,027
3,0	3751,7	0,037

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

3.3. Określenie maksymalnej wydajności studni.

Maksymalną teoretyczną wydajność studni obliczono ze wzoru:

Qmaxth=2*π*r*Hw*vdop , m3s

vdop=(kf)^0,5/45=(5,55*10-4)/45=0,023

Qmaxth=0,92 m3/s

3.4. Określenie eksploatacyjnej wydajności studni.

Z wykresu odczytano:

- wydajność eksploatacyjna Qe=0,01375 m3s

- depresja eksploatacyjna se=2,17 m.

Dla depresji eksploatacyjnej se obliczono zasięg leja depresyjnego Re:

Re=3000?2,17?kf=116,82 m

3.5. Obliczenie ilości studni.

Ilość studni ujęcia obliczono ze wzoru:

n=Qujα?Qe,

Dla α=0,6 n=0,15758/0,6*0,612=

Dla α=0,9 n=0,15758/0,9*0,612=

Przyjęto 8 studzien w 1 grupie. Założono, że występuje współdziałanie między studniami w grupie. Usytuowanie studni w terenie, odległość między nimi oraz sposób podłączenia do przewodu lewarowego przedstawiono na poniższym schemacie.

3.6. Obliczenia depresji wody we współdziałających studniach metodą Forchheimera.

Wzniesienie obniżonego zwierciadła wody ponad podłożem nieprzepuszczalnym w jednej ze współdziałających studni obliczono ze wzoru:

hi=Hw-Qi2,73?kf?mn?logRg-logr?l1?l2?…?ln-1, m

si=Hw-hi, m

Rg=R+a4, m

gdzie:

h_i - wzniesienie obniżonego zwierciadła wody ponad podłożem nieprzepuszczalnym w i-tej współdziałającej studni, m³/s,

s_i - depresja wody w i-tej studni, m,

k_f - współczynnik filtracji warstwy wodonośnej, m/s,

H_w - wzniesienie statycznego zwierciadła wody ponad podłożem nieprzepuszczalnym, m,

Q_i - wydajność i-tej współdziałającej studni, m³/s,

n - liczba współdziałających studzien,

m - miąższość warstwy wodonośnej wody naporowej, m,

R_g - promień leja depresyjnego wywołanego przez grupę współdziałających studzien, m,

a - odległość między skrajnymi współdziałającymi studniami, m,

R - promień zasięgu leja depresyjnego pojedynczej studni, m,

r - promień studni, m,

l₁,l₂ …, l_n-1 - odległość studni rozpatrywanej od pozostałych studzien współdziałających, m.

Hw=m+b=19,3+9,6=28,9 m

-­

3.8. Obliczenia współpracy studzien z lewarem.

Przewód składa się z :

przyłącze p

odcinek AB

odcinek BC

odcinek CD

odcinek DE

Długość pionowej części przyłącza p obliczono ze wzoru:

lpion=a-zpl+se+hz

lpion=2,4-1,4+2,17+1=4,17

lpoz=10 m

lp=lpion+lpoz

lp przyjęto 15 m

3.8.1. Dóbr średnic poszczególnych odcinków lewara.

qśr=Qujn=0,081348=0,01017 m3s

Średnia prędkość 0,5-0,9 ms

Dobór średnicy przyłącza p i odcinka AB

Qp,AB=0,01017 m3s z nomogramu: dp,AB=125 mm; v=0,83 ms

Dobór średnicy odcinka BC

QBC=0,02034 m3s z nomogramu: dBC=200 mm; v=0,65 ms

Dobór średnicy odcinka CD

QCD=0,03051 m3s z nomogramu: dCD=250 mm; v=0,62 ms

Dobór średnicy odcinka DE

QDE=0,04068 m3s z nomogramu: dDE=250 mm; v=0,83 ms

-­

Odcinek	Q m3s	d mm	v ms	l m	c s2m6
przyłącze p	0,01017	125	0,83	15	78,191
AB	0,01017	125	0,83	80	78,191
BC	0,02034	200	0,65	80	6,4586
CD	0,03051	250	0,62	80	1,9839
EC	0,04068	250	0,83	40	1,9839

3.8.2. Wyznaczenie strat wysokości ciśnienia na poszczególnych odcinkach lewara.

?h=?hl+?hm [m]

?hl=c?l?Q2 [m]

?hm=Σξ?Sk?Q2 [m]

?h= c?l?Σξ?Sk?Q2 [m]

przyłącze p:

(założono, że wszystkie przyłącza będą miały taką samą charakterystykę)

wlot do lewara	ξ=0,6
zasuwa w pełni otwarta	ξ=0,15
trójnik zbieżny prosty Q0/Q=0,5	ξ0=0,29
kolano ?125mm	ξ=1,58
	Σξ=2,62

przewód AB:

rozszerzenia przekroju przewodu (dyfuzor) ? 125/200; d2/d1=1,6 tgα2=al, gdzie a=d2-d12, l=200mm α2=arc tgal=10°37'	ξ2=1,07
trójnik zbieżny prosty Q0/Q=0,5	ξp=0,36
	Σξ=1,43

przewód BC:

rozszerzenia przekroju przewodu (dyfuzor) ? 200/250; d2/d1=1,25 tgα2=al, gdzie a=d2-d12, l=150mm α2=arc tgal=9°28'	ξ2=0,10
trójnik zbieżny prosty Q0/Q=0,33	ξp=0,26
	Σξ=0,36

-­

przewód CD:

trójnik zbieżny prosty Q0/Q=0,25	ξp=0,21
	Σξ=0,21

przewód DE:

wylot z lewara zanurzony w wodzie	ξ=1,0
trójnik zbieżny prosty Q0/Q=1	ξ0=0,92
	Σξ=1,92

Obliczenie równań do obliczeń strat ciśnienia dla poszczególnych odcinków lewara.

?h= c?l?Σξ?Sk?Q2 [m]

przyłącze p:

?hp=c125?l+Σξ?Sk125?Q2=78,191?15+2,62?338,61?Q2= 2060,02?Q2

przyłącze AB:

?hAB=c125?l+Σξ?Sk200?Q2=78,191?80+1,43?51,659?Q2= 6329,15?Q2

przyłącze BC:

?hBC=c200?l+Σξ?Sk250?Q2=6,4586?80+0,36?21,161?Q2= 524,31?Q2

przyłącze CD:

?hCD=c250?l+Σξ?Sk250?Q2=1,9839?80+0,21?21,161?Q2= 163,16?Q2

przyłącze DE:

?hDE=c250?l+Σξ?Sk250?Q2=1,9839?40+1,92?21,161?Q2= 119,99?Q2

W oparciu o powyższe wzory obliczono straty ciśnienia dla przyłącza oraz wszystkich odcinków lewara. Wyniki tych obliczeń zestawiono w tabeli.

-­

Zestawienie strat ciśnienia dla przyłącza oraz odcinków lewara.

Q m^3/s	Q^2 ?10^-4	przyłącze p	Odcinek lewara
			AB	BC		CD	DE
		Δhp=2060,02?Q^2	ΔhAB=6329,15?Q^2	ΔhBC=524,31?Q^2		ΔhCD=163,16?Q^2	ΔhDE=119,99?Q^2
0,003	0,09	0,019	0,057	-		-	-
0,006	0,36	0,074	0,228	-		-	-
0,01017	1,034	0,213	0,654	-		-	-
0,013	1,69	0,348	1,070	0,089		-	-
0,016	2,56	0,527	1,620	0,134		-	-
0,02034	4,137	-	-	0,217		-	-
0,023	5,29	-	-	0,277		0,086	-
0,026	6,76	-	-	0,354		0,110	-
0,03051	9,309	-	-	-		0,152	-
0,033	10,89	-	-	-		0,178	0,131
0,036	12,96	-	-	-		0,211	0,156
0,04068	16,549	-	-	-		-	0,199
0,043	18,49	-	-	-		-	0,222
0,046	21,16	-	-	-		-	0,254

Na podstawie powyższych danych wykonano wykres współpracy studzien z lewarem (rys. ). Z wykresu odczytano depresje i wydajności poszczególnych studzien oraz depresję w studni zbiorczej, które zestawiono poniżej.

-­

Studnia 1

depresja: s₁=

wydajność: Q₁=

Studnia 2

depresja: s₂=

wydajność: Q₂=

Studnia 3

depresja: s₃=

wydajność: Q₃=

Studnia 4

depresja: s₄=

wydajność: Q₄=

Studnia zbiorcza

depresja: s_zb=

wydajność: Q_zb=

-­

-­

4. Obliczenia hydrauliczne sieci wodociągowej.

Zaprojektowano sieć wodociągową obwodową. Obliczenia hydrauliczne tej sieci przeprowadzono metodą Crossa.

4.1. Dane do obliczeń.

Qśrd=4041,58m3d=46,78dm3s

Qmaxd=6825,55m3d=79,00dm3s

Qmaxh=489,68m3h=136,02dm3s

Qminh=0,01?%min?Qśrd=0,01?1,2?4041,58=48,50m3h=13,47dm3s

Na podstawie procentowych rozbiorów z węzłów i odcinków, przedstawionych na schemacie sieci wodociągowej, obliczono rzeczywiste rozbiory wody wyrażone w dm₃/s. Wyniki tych obliczeń przedstawiono w tabeli.

Zestawienie rozbiorów węzłowych i odcinkowych.

Węzeł lub odcinek	Procent rozbioru %	Rozbiory przy: ,dm3/s
		Qmaxh	Qminh
1	0	0	0
1-2	2	2,72	0,27
1-6	10	13,60	1,35
2	10	13,60	1,35
2-3	8	10,88	1,08
2-4	0	0	0
3	8	10,88	1,08
3-7	9	12,34	1,21
4	15	20,33	2,02
4-5	5	6,73	0,67
5	6	8,19	0,81
5-6	7	9,52	0,94
5-7	7	9,52	0,94
6	7	9,52	0,94
7	6	8,19	0,81
?	100	136,02	13,47

Rozbiory węzłowe oraz odcinkowe naniesiono na schematy obliczeniowe sieci wodociągowej (rys. )

4.2. Obliczenia wydajności pompowni drugiego stopnia oraz zbiornika sieciowego.

Przyjęto czas pracy pompowni drugiego stopnia T_p=24h/d.

Qpśr=QmaxdTp=6825,5524=284,40m3h=79,00dm3s

Maksymalna wydajność pompowni w czasie rozbioru maksymalnego godzinowego (Q_maxh):

Qpmax=1,1?Qpśr=1,1?79,00=86,90dm3s

Minimalna wydajność pompowni w czasie rozbioru minimalnego godzinowego (Q_minh):

Qpmin=0,9?Qpśr=0,9?79,00=71,10dm3s

-­

W czasie rozbioru Q_maxh woda wypływać będzie ze zbiornika sieciowego w ilości:

Qz=Qmaxh-Qpmax=136,02-86,90=49,12dm3s

W czasie rozbioru Q_minh woda dopływać będzie do zbiornika sieciowego w ilości:

Qz=Qpmin-Qminh=71,10-13,47=57,63dm3s

4.3. Dobór średnic przewodów wodociągowych.

Wyniki obliczeń przedstawione w 4.1 oraz 4.2 naniesiono na schematy obliczeniowe sieci wodociągowej (rys. ), a następnie obliczono wartości natężenia przepływu wody w poszczególnych odcinkach. W oparciu o te przepływy dokonano doboru średnic przewodów, które przedstawiono w tabeli.

Zestawienie przepływów obliczeniowych oraz charakterystycznych danych odcinków sieci wodociągowej.

Odcinek	Przepływy przy Qmaxh, dm^3/s					Przepływy przy Qminh, dm^3/s					d mm	v m/s	i ‰	l m
	Qpocz	Qkońc	q	0,55?q	Qobl	Qpocz	Qkońc	q	0,55?q	Qobl
P-2	86,90	86,90	0,0	0,0	86,90	71,10	71,10	0,0	0,0	71,10	355	1,13	3,14	375
1-2	35,36	32,64	2,72	1,50	31,14	9,75	9,48	0,27	0,15	9,63	250	0,82	2,65	365
1-7	32,64	19,04	13,60	7,48	26,52	9,48	8,13	1,35	0,74	8,87	250	0,70	1,98	665
2-3	10,88	0,0	10,88	5,98	5,98	40,00	38,92	1,08	0,59	39,51	280	0,83	2,36	330
2-4	27,06	27,06	0,0	0,0	27,06	20,00	20,00	0,0	0,0	20,00	250	0,71	2,17	275
3-7	23,22	10,88	12,34	6,79	17,67	37,84	36,63	1,21	0,67	37,30	280	0,78	2,12	555
4-5	6,73	0,0	6,73	3,70	3,70	17,98	17,31	0,67	0,37	17,68	200	0,73	2,80	315
5-6	9,52	0,0	9,52	5,24	5,24	7,19	6,25	0,94	0,52	6,77	125	0,71	4,77	355
5-7	17,71	8,19	9,52	5,24	13,43	22,75	21,81	0,94	0,52	22,33	225	0,72	2,42	270
7-ZB	49,12	49,12	0,0	0,0	49,12	57,63	57,63	0,0	0,0	57,63	315	0,95	2,65	165

Średnice przewodów zostały dobrane dla większego przepływu obliczeniowego (w tabeli wpisane wytłuszczoną czcionką) w taki sposób, aby prędkość przepływu wody była ekonomiczna i wynosiła:

- dla ??300mm : v=0,60 - 0,90 m/s

- dla ?>300mm : v=0,90 - 1,50 m/s

4.4. Obliczenia pojemności sieciowego zbiornika wodociągowego.

Pojemność całkowitą zbiornika wodociągowego obliczono ze wzoru:

Vc=Vuż+Vpoż+Vm , m3

gdzie:

V_uż - pojemność użytkowa, m³,

V_poż - zapas wody do celów przeciwpożarowych, m³,

V_m - pojemność martwa, m³,

Pojemność użytkową zbiornika obliczono metodą analityczną dla czasu pracy pompowni drugiego stopnia T_p=24 h/d. Wyniki tych obliczeń w %Q_maxd przedstawiono w tabeli.

-­

Obliczenia pojemności użytkowej zbiornika wodociągowego.

Godzina od - do	Rozbiór wody %	Dostawa wody %	Przybywa do zbiornika %	Ubywa ze zbiornika %	Pojemność zbiornika %
0 - 1	1,26	4,17	2,91	-	5,02
1 - 2	1,20	4,17	2,97	-	7,99
2 - 3	1,20	4,16	2,96	-	10,95
3 - 4	1,20	4,17	2,97	-	13,92
4 - 5	3,75	4,17	0,42	-	14,34
5 - 6	4,11	4,16	0,05	-	14,39
6 - 7	6,42	4,17	-	2,25	12,41
7 - 8	6,66	4,17	-	2,49	9,65
8 - 9	4,13	4,16	0,03	-	9,68
9 - 10	4,22	4,17	-	0,05	9,63
10 - 11	4,35	4,17	-	0,18	9,45
11 - 12	4,41	4,16	-	0,25	9,20
12 - 13	4,36	4,17	-	0,19	9,01
13 - 14	4,51	4,17	-	0,34	8,67
14 - 15	3,57	4,16	0,59	-	9,26
15 - 16	3,43	4,17	0,74	-	10,00
16 - 17	3,64	4,17	0,53	-	10,53
17 - 18	5,74	4,16	-	1,58	8,95
18 - 19	6,45	4,17	-	2,28	6,67
19 - 20	7,16	4,17	-	2,99	3,68
20 - 21	7,17	4,16	-	3,01	0,67
21 - 22	4,84	4,17	-	0,67	0,00
22 - 23	3,57	4,17	0,60	-	0,60
23 - 24	2,65	4,16	1,51	-	2,11
Suma	100	100	16,28	16,28	-

Maksymalna pojemność użytkowa zbiornika wystąpi w godzinie 5 - 6 i wynosić będzie 14,39% Q_maxd.

Vuż=0,01?%max?Qmaxd=0,01?14,39?6825,55=982,20 m3

Przyjęto zbiornik cylindryczny o wysokości użytkowej warstwy wody H_uż=6,0 m. Średnica zbiornika wyniesie:

Dzb=4?Vużπ?Huż=4?982,20π?6=14,44 m

Przyjęto D_zb=14,5 m.

Rzeczywista pojemność użytkowa:

Vuż=π?Dzb24?Huż=π?14,524?6=990,78 m3

Zapas wody do celów przeciwpożarowych przyjęto na podstawie Rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 16 czerwca 2003 r. w sprawie przeciwpożarowego zapotrzebowania w wodę oraz dróg pożarowych (Dz. U. Nr 121, poz. 1139 - tabela 1).

Wg tej normy zapas wody do celów przeciwpożarowych zależy od liczby mieszkańców:

od 10001 do 25000 mieszkańców - zapas wody 200 m³.

Dla miasta o liczbie mieszkańców 18900 przyjęto V_poż=200 m³.

Wysokość warstwy pożarowej:

Hpoż=4?Vpożπ?Dzb2=4?200π?14,52=1,21 m

Pojemność martwa zbiornika zależy od jego konstrukcji. Przyjęto wysokość warstwy martwej H_m=0,4 m.

Obliczenie pojemności martwej:

Vm=π?Dzb24?Hm=π?14,524?0,4=66,05 m3

-­

Obliczenie wysokości użytkowej rzeczywistej:

Huż=4?Vużπ?Dzb2=4?990,78π?14,52=6,0 m

Całkowita wysokość zbiornika:

Hc=Huż+Hpoż+Hm=6,0+1,21+0,4=7,61 m

Całkowita pojemność zbiornika:

Vc=Vuż+Vpoż+Vm=990,78+200+66,05=1256,83 m3

4.5. Obliczenia hydrauliczne sieci wodociągowej dla maksymalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę (Q_maxh).

4.6. Obliczenia hydrauliczne sieci wodociągowej dla minimalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę (Q_minh).

---