Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Środowiska

ĆWICZENIE PROJEKTOWE

z przedmiotu "Projektowanie systemów zaopatrzenia w wodę"

Prowadzący: Wykonali:

Prof. hab. dr inż. Marian Kwietniewski Agnieszka Garlicka

Dr inż. Katarzyna Miszta – Kruk Łukasz Gruszka

Gr. ZWiOŚ1

1. Część ogólna

   1. Podstawy prawne do opracowania projektu

Zakres i forma projektu budowlanego odpowiada Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 3 lipca 2003 r. w sprawie szczegółowego zakresu projektu budowlanego Dz. U. z dnia 10 lipca 2003 Nr 120 poz. 1133 .

Zakres i forma dokumentacji projektowej odpowiada Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 2 września w sprawie szczegółowego zakresu i formy dokumentacji projektowej , specyfikacji technicznej wykonania i odbioru robót budowlanych oraz programu funkcjonalno-użytkowego z dnia 2 września 2004 r. Dz. U. Nr 202 poz. 2072 .

1.2 Cel i zakres opracowania

Celem opracowania jest stworzenie koncepcji programowo – przestrzennej systemu zaopatrzenia w wodę dla miasta Sopot.

W zakres opracowania wchodzi:

• Koncepcja Systemu Zaopatrzenia w Wodę.

• Zaprojektowanie ujęcia wody.

• Zaprojektowanie stacji uzdatniania wody.

• Zaprojektowanie trasy sieci wodociągowej.

• Wykonanie wymaganych rysunków budowlanych.

1.3 Wykorzystane materiały i dane

• Plan zagospodarowania przestrzennego miasta w skali 1:10 000

• liczba mieszkańców 37658

• fragmenty „Studium uwarunkowań i kierunków zagospodarowania przestrzennego miasta i gminy Sopot”

• dane statystyczne liczby mieszkańców

• literatura: „Projektowanie elementów systemu zaopatrzenia w wodę” M.Kwietniewski, W.Olszewski, E.Osuch-Pajdzińska

1.4 Plan zagospodarowania przestrzennego jednostki osadniczej

Zagospodarowanie miasta Sopot:

- zabudowa jednorodzinna,

- zabudowa wielorodzinna niska,

- usługi,

Miasto Sopot ma charakter turystyczno – rekreacyjny, ze znaczną przewagą niskiego budownictwa wielorodzinnego oraz jednorodzinnego. W mieście nie występuje żaden rodzaj przemysłu. W kolejnych latach nie przewiduje się zmiany charakteru miasta. Przewiduje się, iż liczba mieszkańców wynosząca obecnie 37658 spadnie o około 15%.

1.5 Inwentaryzacja istniejących obiektów i sieci wodociągowej

Na terenie objętym projektem w znacznym stopniu przeważa zabudowa wielorodzinna niska w mniejszej ilości zabudowa jednorodzinna oraz usługi. Projekt obejmuje podłączenie wszystkich domów w mieście Sopot do wodociągu. Obszar objęty projektem posiada planu zagospodarowania przestrzennego, założono że na terenie miasta nie istnieje żadna sieć wodociągowa.

1.6 Wstępne ustalenia

Ujęcie wody zlokalizowane zostało w środkowej części miasta Sopot „Przylesie” . Teren ten charakteryzuje się bogatym zasobem wód podziemnych zwierciadło wody nawiercono na głębokości 19,0m współczynnik filtracji wynosi 0,000142 m/s. Sieć wodociągowa trasowana została wzdłuż głównych ciągów komunikacyjnych. Sieć ma charakter pierścieniowo – rozgałęziony. Do budowy sieci wodociągowej użyto przewodów wykonanych z tworzywa sztucznego o współczynniku chropowatości k=0,05.

Na terenie jednostki osadniczej brak jest obiektów kolidujących z projektowaną siecią.

7. Ogólna charakterystyka jednostki osadniczej

Sopot jest miastem liczącym 37658 mieszkańców razem z Gdańskiem i Gdynią tworzy Trójmiasto. Gmina Sopot położona jest w północnej Polsce w województwie pomorskim nad zatoką Gdańską ( Morze Bałtyckie). Miasto zajmuje powierzchnię 17,28 km² ze znaczną przewagą niskiego budownictwa jednorodzinnego i wielorodzinnego. Ponad połowę tego obszaru, tj. około 61,2% zajmują lasy, parki i zieleńce. Pod względem morfologicznym Sopot dzieli się na dwie części:

− pas terenu pomiędzy morzem a skarpą (tzw. Dolny Sopot),

− teren pomiędzy skarpą a lasami Wysoczyzny Gdańskiej (tzw. Górny Sopot).

Sopot posiada szereg obiektów o wyjątkowej atrakcyjności, do których należy zaliczyć:

- Operę Leśną;

- zespół kuracyjny z Grand Hotelem, molem spacerowym, obiektami leczniczymi;

- plaże nadmorskie z przyległymi terenami parkowymi;

- obiekty sportowe, w tym: ośrodek sportów jeździeckich, zespół kortów tenisowych,

stadion lekkoatletyczny, hala sportowa 100-lecia Sopotu, Aqua Park, Wielofunkcyjna

Hala Sportowo – Widowiskowa na granicy z Gdańskiem.

1.8 Warunki naturalne, ukształtowanie terenu, warunki geotechniczne

Rzeźbę terenu urozmaica szereg dolin ukształtowanych wzdłuż potoków prostopadle do

brzegu morskiego, których ujściem jest Zatoka Gdańska. Wzdłuż brzegu Zatoki Gdańskiej

rozciąga się plaża, oddzielona od zainwestowania miejskiego terenami parkowymi i pasem

wydm. Sopockie lasy wchodzą w zasięg Trójmiejskiego Parku Krajobrazowego.

Sopot posiada duże zasoby wysokiej jakości wody pitnej, źródła wód mineralnych, korzystny

klimat i walory uzdrowiskowe. Z uwagi na atrakcyjne, nadmorskie położenie oraz znaczny

udział terenów leśnych jest jedną z najbardziej popularnych miejscowości wypoczynkowych

na polskim wybrzeżu.

2. Część koncepcyjna

2.1 Opis i uzasadnienie przyjętej koncepcji wodociągu.

Miasto zaopatrywane będzie w wodę z sieci wodociągowej o charakterze pierścieniowo – rozgałęzionym. Sieć pierścieniowa gwarantuje dużą niezawodność dostaw wody i większą stabilność ciśnienia. Najdalsze obszary zasilane będą pojedynczymi przewodami .

2. Zapotrzebowanie na wodę.

Dane wyjściowe:

a) Liczba mieszkańców LM = 37658 M

b) Odpowiednie wskaźniki jednostkowego zapotrzebowania na wodę:

Dla zabudowy jednorodzinnej przyjęto 110 $\left\lbrack \frac{\mathbf{l}}{\mathbf{M}\mathbf{\ }\mathbf{\bullet}\mathbf{d}} \right\rbrack\mathbf{.}$

Dla zabudowy wielorodzinnej niskiej przyjęto 120$\mathbf{\ \lbrack}\frac{\mathbf{l}}{\mathbf{M}\mathbf{\ }\mathbf{\bullet}\mathbf{d}}\mathbf{\rbrack}$.

Dla usług 21$\mathbf{\ }\left\lbrack \frac{\mathbf{l}}{\mathbf{M}\mathbf{\ }\mathbf{\bullet}\mathbf{d}} \right\rbrack\mathbf{.}$

c) Współczynniki nierównomierności dobowej Nd i godzinowej Nh.

• Zabudowa wielorodzinna niska - Nd=1,3; Nh=1,5

• Zabudowa jednorodzinna - Nd=1,6; Nh=2,7

• Usługi - Nd=1,3; Nh=2,9

• Straty wody - Nd=1,0; Nh=1,0

• Cele technologiczne - Nd=1,0; Nh=1,0

Straty wody wynoszą 10% średniego dobowego zapotrzebowania na wodę dla miasta, jednak na cele technologiczne zużywanie jest 5% średniego dobowego zapotrzebowania.

Średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę:

- średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę przez daną grupę odbiorców

- liczba odbiorców wody

- jednostkowy wskaźnik zapotrzebowanie na wodę przez daną grupę odbiorców

Maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę:

- maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę przez daną grupę odbiorców

- średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę przez daną grupę odbiorców

- współczynnik nierównomierności dobowej dla danej grupy odbiorców

Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę:

- maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę przez daną grupę odbiorców ,

- maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę przez daną grupę odbiorców

- współczynnik nierównomierności godzinowej dla danej grupy odbiorców

Tabela Nr/1. Zapotrzebowanie na wodę dla Sopotu.

Grupa odbiorców	liczba mieszkańców	wskaźnik jednostkowego zapotrzebowania na wodę	Średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę Qd,śr	Współczynnik nierównomierności dobowej Nd	Maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę Qdmax	Współczynnik nierównomierności godzinowej Nh	Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę Qh,max	Zapotrzebowanie na wodę w godzinach maksymalnego rozbioru wody w mieście Qh,max
1. mieszkalnictwo		-	m^3/d	-	m^3/d	-	m^3/h	m^3/h
zabudowa niska	31729	0,12	3807,5	1,3	4949,7	1,5	309,4	326,7
zabudowa jednorodzinna	5929	0,11	652,2	1,6	1043,5	2,7	117,4	73,0
2. usługi i inni odbiorcy	37658	0,021	790,8	1,3	1028,1	2,9	124,2	10,3
ogółem			5250,5		7021,3		551,0	410,0
straty wody		0,10	525,0	1	525,0	1	21,9	21,9
razem			5775,5		7546,3		572,9	431,9
cele technologiczne		0,05	262,5	1	262,5	1
całkowita ilość wody			6038,1		7808,9

	zabudowa niska	zabudowa jednorodzinna	usługi	straty	razem
	%	m3/h	%	m3/h	%
0	-	1	1,50	74,2	1,20
1	-	2	1,00	49,5	1,00
2	-	3	2,00	99,0	1,20
3	-	4	1,50	74,2	1,20
4	-	5	3,00	148,5	1,20
5	-	6	5,00	247,5	4,00
6	-	7	6,60	326,7	7,00
7	-	8	6,20	306,9	6,20
8	-	9	6,00	297,0	5,00
9	-	10	6,00	297,0	3,00
10	-	11	5,20	257,4	3,00
11	-	12	3,70	183,1	3,00
12	-	13	3,40	168,3	3,10
13	-	14	3,40	168,3	3,70
14	-	15	3,90	193,0	4,00
15	-	16	3,90	193,0	4,20
16	-	17	4,20	207,9	5,00
17	-	18	5,00	247,5	5,00
18	-	19	5,00	247,5	6,90
19	-	20	5,20	257,4	8,00
20	-	21	5,40	267,3	9,10
21	-	22	6,80	336,6	7,00
22	-	23	4,60	227,7	5,00
23	-	24	1,50	74,2	2,00
Razem	100,00	4949,7	100,00	1043,5	100,00
Maksymalne	6,80	336,6	9,10	95,0	12,50
Minimalne	1,00	49,50	1,00	1,00	0,40

Tabela Nr/2. Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę dla Sopotu.

Tabela Nr/3. Zapotrzebowanie na wodę dla Sopotu okres perspektywiczny 2044 rok.

Grupa odbiorców	liczba mieszkańców	wskaźnik jednostkowego zapotrzebowania na wodę	Średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę Qd,śr	Współczynnik nierównomierności dobowej Nd	Maksymalne 2dobowe zapotrzebowanie na wodę Qdmax	Współczynnik nierównomierności godzinowej Nh	Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę Qh,max	Zapotrzebowanie na wodę w godzinach maksymalnego rozbioru wody w mieście Qh,max
1. mieszkalnictwo		-	m^3/d	-	m^3/d	-	m^3/h	m^3/h
zabudowa niska	20250	0,11	2227,5	1,5	3341,3	1,5	222,8	326,7
zabudowa jednorodzinna	11750	0,11	1292,	1,9	2455,8	2,9	296,7	73,0
2. usługi i inni odbiorcy	32000	0,02	640,0	1,3	832,0	2,9	100,5	10,3
ogółem			4160,0		6629,0		620,0	410,0
straty wody		0,10	416,0	1	416,0	1	17,3	21,9
razem			4576,0		7045,0		637,4	431,9
cele technologiczne		0,05	208,0	1	208,0	1
całkowita ilość wody			4784,0		7253,0

Tabela Nr/4. Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę dla Sopotu okres perspektywiczny 2044 rok.

	zabudowa niska	zabudowa jednorodzinna	usługi	straty	razem
	%	m3/h	%	m3/h	%
0	-	1	1,50	50,1	1,20
1	-	2	1,00	33,4	1,00
2	-	3	2,00	66,8	1,20
3	-	4	1,50	50,1	1,20
4	-	5	3,00	100,2	1,20
5	-	6	5,00	167,1	4,00
6	-	7	6,60	220,5	7,00
7	-	8	6,20	207,2	6,20
8	-	9	6,00	200,5	5,00
9	-	10	6,00	200,5	3,00
10	-	11	5,20	173,7	3,00
11	-	12	3,70	123,6	3,00
12	-	13	3,40	113,6	3,10
13	-	14	3,40	113,6	3,70
14	-	15	3,90	130,3	4,00
15	-	16	3,90	130,3	4,20
16	-	17	4,20	140,3	5,00
17	-	18	5,00	167,1	5,00
18	-	19	5,00	167,1	6,90
19	-	20	5,20	173,7	8,00
20	-	21	5,40	180,4	9,10
21	-	22	6,80	227,2	7,00
22	-	23	4,60	153,7	5,00
23	-	24	1,50	50,1	2,00
Razem	100,00	3341,3	100,00	2455,8	100,00
Maksymalne	6,80	227,2	9,10	223,5	12,50
Minimalne	1,00	33,41	1,00	1,00	0,40

2.3 Ujęcie wody z pompownią I stopnia.

a) Uzasadnienie wyboru typu i lokalizacji ujęć wody

Zapotrzebowanie na wodę w ilości 7546,3 m³/d pokryte będzie w całości z wody podziemnej, której jakość jest lepsza niż wody powierzchniowej, co przekłada się na niższe koszty jej uzdatniania woda pobierana będzie z w ilości zaspokajającej potrzeby wszystkich mieszkańców.

Pobór wody odbywać się będzie za pomocą 6 studzien wierconych w tym 2 studnie rezerwowe.

b) Przyjęte założenia do obliczeń ujęcia

Rysunek 2.3.1. Schemat przekroju przez warstwę wodonośną

	Wartość	Jednostka
Wysokość ciśnienia piezometrycznego nad spągiem warstwy wodonośnej (H)	40	m
Współczynnik filtracji (kf)	0,000142	m/s
Średnica zewnętrzna filtru (dz)	500	mm
Promień zewnętrzny filtru (r)	250	mm
Qd max dla okresu kierunkowego	7546,34	m^3/d

c) Opis i obliczenia ujęcia wraz z doborem pomp

• Ustalenie charakterystyki wydajności studni:

Ujęcie ma być zlokalizowane w warstwie wodonośnej o swobodnym zwierciadle wody. W celu ustalenia wykresu studni, wyznaczono pięć punktów charakterystyki:

dla

dla

dla

dla

dla

• Ustalenie charakterystyki wydajności filtru:

W celu wyznaczenia charakterystyki wydajności filtru należy określić dopuszczalną prędkość wlotową wody do filtru wg wzoru:

Następnie wyznaczono pięć punktów charakterystyki:

dla

dla

dla

dla

dla

Rysunek 2.3.2. Charakterystyka pracy studni i filtru.

• Obliczanie eksploatacyjnej wydajności studni:

Eksploatacyjną wydajność studni można wyznaczyć z wykresu powyżej.

Ponieważ studnia jest zlokalizowana w warstwie wodonośnej o swobodnym zwierciadle wody, długość filtru może wynosić:

Eksploatacyjna wydajność studni jest równa wydajności filtru przy powyższej długości i prędkości dopuszczalnej:

• Ustalenie niezbędnej liczby studzien:

Z porównania wydajności eksploatacyjnej studni i maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę: wynika, że niezbędne jest zaprojektowanie zespołu studzien.

Do obliczania liczby studzien korzystamy ze wzoru:

Przyjęto 4 studnie i dwie rezerwowe.

• Określenie parametrów pracy pojedynczej studni:

Wydajność pojedynczej studni obliczamy ze wzoru

S=1,8m

R=78,00m

Przyjęto 4 studnie i dwie rezerwowe.

Rysunek 2.3.3. Schemat rozmieszczenia studzien:

Ponieważ studnie sąsiednie są położone w odległości większej niż zasięg ich leja depresji L>R, ich rzeczywista wydajność będzie równa wydajności obliczonej i nie trzeba jej więc ustalać w oparciu o wzory uwzględniające współdziałanie studzien.

• Obliczenia hydrauliczne przewodów tłocznych:

Obliczenia te polegają na wyznaczeniu średnicy przewodu –d, jednostkowego spadku ciśnienia –i, oraz strat liniowych - h.

Obliczenia przeprowadzamy przy wykorzystaniu nomogramu do wymiarowania przewodów wodociągowych wykonanych z tworzywa sztucznego przy k=0,05. Obliczenia zamieszczono w tabeli znajdującej się poniżej łącznie z obliczeniami rzędnych linii ciśnień. Ustalając długości odcinka St1-A równą 10m , należy uwzględnić pionowy odcinek przewodu tłocznego od pompy głębinowej (umieszczonej poniżej zwierciadła dynamicznego w studni) do powierzchni terenu. Średnicę przewodu dobieramy, zakładając prędkość w przewodzie v=1m/s.

Wyniki obliczeń umieszczono w poniższej tabeli :

Tabela 2.3.4. Obliczenia hydrauliczne przewodów tłocznych.

Numer węzła	Numer odcinka	Przepływ na odcinku, [l/s]	Długość odcinka L, m	Średnica D, [mm]	Prędkość przepływu na odcinku, [m/s]	Jednostkowy spadek linii ciśnień i [%o]	Strata ciśnienia na odcinku h, [m]	Rzędna terenu [m n.p.m]	Rzędna zwierciadła dynamicznego	Rzędna linii ciśnień [m n.p.m.]	Rzędna wysokości podnoszenia pompy, m n.p.m.	Wymagana wysokość dławienia [m]
studnia 1	st. 1 - A	21,84	10	225	0,700	3,6	0,036	5,4	10,936	18,136	15,46	0,97
A
	A - B	21,84	100	225	0,700	3,6	0,36	5,6	10,9	18,1
B
	B - C	43,67	100	315	0,750	2,7	0,27	6,1	10,54	17,74
C
	C - G	65,51	100	450	0,630	1,2	0,12	6,0	10,27	17,47
G
	G - SUW	87,34	100	450	0,690	1,5	0,15	6,4	10,15	17,35
SUW
								7,2	10	17,2

• Obliczenie rzędnych linii ciśnienia:

Rzędne linii ciśnienia ustalamy przy uwzględnieniu wymaganego ciśnienia na stacji uzdatniania, które wynosi ok. 10m nad poziomem terenu (wymagane ciśnienie dla prawidłowej pracy urządzeń ciśnieniowych stacji).

Rzędna linii ciśnienia na wlocie do stacji uzdatniania wody jest, zatem:

Rzędną linii ciśnienia w pozostałych węzłach przewodu tłocznego obliczamy wg wzoru:

-rzędna linii ciśnienia w punkcie i przewodu tłocznego, m;

- rzędna linii ciśnienia na wlocie do stacji uzdatniania wody, m;

- suma start ciśnienia na drodze od stacji uzdatniania do punktu i, m.

Wymaganą wysokość podnoszenia pompy w studni możemy obliczyć ze wzoru:

- wymagana wysokość podnoszenia pompy zainstalowanej w studni, m;

- rzędna linii ciśnienia w przewodzie tłocznym studni, m;

-rzędna zwierciadła dynamicznego w studni.

Rysunek Nr. 2.3.5 Wykres linii ciśnień .

• Dobór pomp głębinowych:

Pompy głębinowe GC, GCA

Pompy głębinowe GC przeznaczone są do tłoczenia wody pitnej, uzdatnionej, wody surowej, morskiej oraz wód mineralnych i termalnych nie zawierających domieszek ścierających i długowłóknistych. Zawartość piasku maksymalnie 100 g/m³. Pompy typu GC, są przeznaczone do pompowania wody ze studzien o średnicy 8". Pompy montuje się m.in. w wierconych otworach studziennych o znanych parametrach tj. wydajność studni oraz dynamiczne lustro wody (lustro wody podczas pompowania z określoną wydajnością).

Pompy typu GC znajdują zastosowanie w:

• systemach zaopatrzenia w wodę pitną i użytkową (wodociągi),

• przemyśle,

• systemach odwadniających.

Dla otrzymanych wartości oraz dobrano pompę firmy

Hydro-Vacuum GCA 7.01.

Kartę katalogową pompy dołączono w załączniku numer 1.

Z wykresu zostało odczytane, że przy wymaganej wydajności wysokość podnoszenia pompy jest równa . Jest wartością za dużą w stosunku do wymaganej . Należy zatem zastosować dławienie.

Wysokości dławienia dla poszczególnych pomp wynoszą:

-wysokość dławienia, m

-wysokość podnoszenia pompy przy danej wydajności odczytana z charakterystyki pompy, m

-wymagana wysokość podnoszenia pompy, m.