ĆWICZENIA PROJEKTOWE Z PRZEDMIOTU

„Wodociągi i systemy zaopatrzenia w wodę”

TEMAT

„Projekt ujęcia wody powierzchniowej –

ujęcie brzegowo-komorowe”

Prowadzący projekty: Wykonał: Wiktor Furtek
dr inż. Krzysztof Boryczko

Rok akademicki 2014/2015

1. Cel i zakres projektu:

Celem projektu jest zaprojektowanie ujęcia wody powierzchniowej – ujęcia brzegowo-komorowego wraz z pompownią I stopnia, z którego pobierana będzie woda w ilości 24000 m³/d.

Zakres projektu to:

• Obliczenie pojemności komór

• Obliczenie powierzchni okien wlotowych

• Dobór średnic rurociągów ssących i tłocznych w zależności od wydajności ujęcia i prędkości przepływu wody w poszczególnych przewodach

• Dobór pomp w zależności od wydajności pompowni i wymaganej wysokości podnoszenia

• Sporządzenie charakterystyki układu pompowego i określenie punktu pracy pompy

• Wykonanie rysunku technicznego ujęcia wód powierzchniowych i pompowni I stopnia wraz
  z wymiarami i opisem elementów składowych

1. Strefy ochronne ujęć wody powierzchniowej:

Strefy ochronne ujęć wód powierzchniowych w prawie wodnym Dz. U. 2001 Nr 115 poz. 1229 Ustawa
z dn. 18 lipca 2001 r. Prawo wodne Art. 51.

W celu zapewnienia odpowiedniej jakości wody ujmowanej do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia oraz zaopatrzenia zakładów wymagających wody wysokiej jakości,
a także ze względu na ochronę zasobów wodnych, mogą być ustanawiane:

1) strefy ochronne ujęć wody;

2) obszary ochronne zbiorników wód śródlądowych.

Art. 56.

1. Strefę ochronną ujęcia wód powierzchniowych określa się tak, aby trwale zapewnić jakość wody zgodną
z przepisami wydanymi na podstawie art. 50 ust. 1 oraz aby zabezpieczyć wydajność ujęcia wody.

2. Strefę ochronną, o której mowa w ust. 1, wyznacza się na podstawie wyników przeprowadzonych badań hydrologicznych, hydrograficznych i geomorfologicznych.

3. Strefa ochronna ujęcia wody z potoku górskiego lub z górnego biegu rzeki może obejmować całą zlewnię cieku powyżej ujęcia wody.

Art. 58.

1. Strefę ochronną ustanawia, w drodze aktu prawa miejscowego, dyrektor regionalnego zarządu gospodarki wodnej, na wniosek i koszt właściciela ujęcia wody, wskazując zakazy, nakazy, ograniczenia oraz obszary, na których one obowiązują, stosownie do art. 52–57.

2. Wniosek o ustanowienie strefy ochronnej ujęcia wody zawiera:

1) uzasadnienie potrzeby ustanowienia strefy ochronnej oraz propozycje granic wraz z planem sytuacyjnym;

2) charakterystykę techniczną ujęcia wody;

3) propozycje zakazów, nakazów i ograniczeń dotyczących użytkowania gruntów oraz korzystania z wód
na terenach ochrony pośredniej.

3. Do wniosku o ustanowienie strefy ochronnej ujęcia wody podziemnej dołącza się dokumentację hydrogeologiczną, o której mowa w art. 55 ust. 2. 3a. Do wniosku o ustanowienie strefy ochronnej ujęcia wody powierzchniowej dołącza się wyniki badań, o których mowa w art. 56 ust. 2.

4. Obowiązek, o którym mowa w art. 53 ust. 3 i art. 57 ust. 1, należy do właściciela ujęcia wody.

5. W przypadku, o którym mowa w art. 52 ust. 3, strefę ochronną obejmującą wyłącznie teren ochrony bezpośredniej ustanawia, na wniosek i koszt właściciela ujęcia wody, w drodze decyzji, organ właściwy do wydania pozwolenia wodnoprawnego; kopię wydanej decyzji organ przekazuje właściwemu dyrektorowi regionalnego zarządu gospodarki wodnej.

1. Opis techniczny

Ujęcie brzegowo-komorowe będzie ulokowane na brzegu cieku. W czasie trwania stanów niskich wysokość wody wynosi h₁=1,44 m. Przy stanie średnim różnica pomiędzy stanem niskim i średnim wynosi h₂=1,77 m. Podczas trwania stanu wysokiego, różnica pomiędzy stanem wysokim a średnim wynosi h₃=1,09 m. W czasie trwania niskich stanów wody w rzece różnica wysokości pomiędzy powierzchnią wody w komorze czerpalnej
a zwierciadłem wody w zbiorniku górnym wynosi 13,5 m. Długość poprowadzonego rurociągu przesyłowego
z pompowni I stopnia do stacji uzdatniania wody wynosi L=240 m.

Opis ujęcia:

W projektowanym ujęciu woda będzie pobierana jednocześnie do dwóch z trzech zaprojektowanych komór czerpalnych wysuniętych w koryto rzeki. W ścianie czołowej każdej z komór przewidziano 4 okna wlotowe umieszczone w dwóch rzędach. Wloty do komór zabezpieczone będą kratą rzadką z prętów stalowych (prześwit 140mm) oraz kratą rzadką (prześwit 20mm). Okna wlotowe będą wyposażone w szandory służące do zamknięcia okna na czas konserwacji lub napraw. W każdej komorze przewidziano jeden rurociąg ssący. Znajdująca się bezpośrednio przy ujęciu pompownia I stopnia wyposażona będzie w 2 pompy pobierające wodę z komór czerpalnych i tłoczące ją wspólnym rurociągiem do SUW oraz jedną pompę rezerwową (pompy działać będą naprzemiennie). Rurociągi tłoczne w pompowni znajdować się będą w kanałach podłogowych.

Rurociągi technologiczne pompowni:

• Rurociągi ssawne ø500 zakończone końcówką zapewniającą łagodny wpływ wody do przewodu wykonane będą z rur stalowych o połączeniach kołnierzowych.

• Rurociągi tłoczne ø250 wykonane będą z rur stalowych o połączeniach kołnierzowych i wyposażone w:

  • manometr

  • zawór zwrotny

  • zawór odcinający

• Rurociąg przesyłowy ø500 wykonany będzie z rur stalowych o połączeniach kołnierzowych i wyposażony w:

  • kran do poboru próbek wody

  • wodomierz

  • kompensatory

  • Kołnierze wszystkich rurociągów powinny być łączone śrubami ze stali nierdzewnej.

  • Przejścia rurociągów przez ściany wykonane będą jako szczelne.

Agregaty pompowe:

Na podstawie wykonanych obliczeń dobrano trzy agregaty pompowe firmy GRUNDFOS typu NB 150-250/271.

1. Część obliczeniowa:

• Obliczenie objętości komór:

t = 30 min = 0,5 h

V_k = Q * t [m²]

$$V_{k} = \frac{24000\ \frac{m^{3}}{d}}{24\ h}*0,5\ h = 500\ m^{3}$$

• Obliczenie powierzchni okien wlotowych:
  V = 0,1 m/s

$$F_{c} = \ \frac{Q}{V}\ \left\lbrack m^{2} \right\rbrack$$

$$F_{c} = \ \frac{24000\ \frac{m^{3}}{d}}{0,1\ \frac{m}{s}*86400\ s\ } = 2,78\ m^{2}$$

$$F_{1} = \ \frac{F_{c}}{k*o}*1,1\ \left\lbrack m^{2} \right\rbrack$$

$$F_{1} = \ \frac{2,78\text{\ m}^{2}}{2*2}*1,1 = 0,765\ m^{2}$$

Przyjęto wysokość okna: h = 0,4 m
Przyjęto szerokość okna: b = 1,9 m

B_k = 0, 5 + b + 0, 3 + 0, 3 + b + 0, 3 + 0, 3 + b + 0, 3 + 0, 3 + b + 0, 5 = 10, 4 m

• Obliczenie wysokości komory:

H_k = 0, 5 + h₁ + h₂ + h₃ + 0, 5 = 5, 3 m

• Obliczenie długości komory:

$$l_{k} = \frac{V_{k}}{{(H}_{k} - 0,5)*2B_{k}} = \frac{500}{\left( 5,3 - 0,5 \right)*2*10,4} = 5\ m$$

• Dobór średnicy rurociągu:

• Rurociąg ssący:

$$d = \sqrt{\frac{4 \times 0,139}{\pi \times 0,5}} = 0,595 = 0,5\ \lbrack m\rbrack \rightarrow \ v_{\text{rz}} = \frac{4 \times 0,139}{\pi \times {0,5}^{2}} = 0,71\ \lbrack\frac{m}{s}\rbrack$$

• Rurociąg tłoczny:

$$d = \sqrt{\frac{4 \times 0,139}{\pi \times 2,5}} = 0,27 = 0,25\ \lbrack m\rbrack \rightarrow \ v_{\text{rz}} = \frac{4 \times 0,139}{\pi \times {0,25}^{2}} = 2,83\ \lbrack\frac{m}{s}\rbrack$$

• Rurociąg przesyłowy:

$$d = \sqrt{\frac{4 \times 0,278}{\pi \times 1,0}} = 0,595 = 0,5\ \lbrack m\rbrack \rightarrow \ v_{\text{rz}} = \frac{4 \times 0,278}{\pi \times {0,5}^{2}} = 1,42\lbrack\frac{m}{s}\rbrack$$

	Q [m^3/s]	V [m/s]	dteo [m]	d [m]	Vrz [m/s]	k [mm]	C [s^2/m^6]	L [m]	K [s^2/m^5]
Ssący	0,139	0,5	0,60	0,50	0,71	1,5	0,070047	8,6	0,602
Tłoczny	0,139	2,5	0,27	0,25	2,83	0,4	1,983900	10,7	21,228
Przesyłowy	0,278	1,0	0,60	0,50	1,42	0,4	0,051430	230,0	11,829

• Obliczenie strat:

• 1 Pompa:

K = L × C

K_ss = 8, 6 × 0, 070047 = 0, 602 [s²/m⁵]

K_tl = 10, 7 × 1, 983900 =  21,228 [s²/m⁵]

K_p = 230 × 0, 05143 = 11, 829 [s²/m⁵]

ΣK = 33, 659 * 1, 15 = 37, 71 [s²/m⁵]

Δh = K × Q² = 37, 71 × 0, 278² = 2, 99 [m]

• 2 Pompy:

K = L × C

K_ss = 8, 6 × 0, 070047 = 0, 602 [s²/m⁵]

K_tl = 10, 7 × 1, 983900 =  21,228 [s²/m⁵]

K_p = 230 × 0, 05143 = 11, 829 [s²/m⁵]

$$K_{row} = \frac{1}{{(\frac{1}{\sqrt{21,83}} + \frac{1}{\sqrt{21,83}})}^{2}} = 5,46\ \lbrack\ \frac{s^{2}}{m^{5}}\rbrack$$

ΣK = (K_row+K_p) * 1, 15 = (5,46+11,829) * 1, 15 = 19, 879 [s²/m⁵]

Δh = K × Q² = 19, 879 × 0, 278² = 1, 54 [m]