1. OBLICZENIE ZAPOTRZEBOWANIA NA WODĘ

Pod pojęciem zapotrzebowania na wodę rozumie się przewidywaną perspektywicznie ilość wody niezbędną do zaspokojenia potrzeb wszystkich odbiorców znajdujących się na terenie objętym zasięgiem sieci wodociągowej i wymagających wody o odpowiedniej jakości, tj. zdatnej do picia i potrzeb gospodarczych. Ze względu na zmienność zużycia wody w cyklach dobowych, tygodniowych, rocznych itd. Wyróżnia się kilka charakterystycznych wielkości zużycia i zapotrzebowania na wodę. Podstawowymi wielkościami charakteryzującymi zapotrzebowanie na wodę są:

a) średnie dobowe zapotrzebowanie Q_dśr wyrażone w m³/d, które otrzymuje się, dzieląc zapotrzebowanie wody roczne Q_r przez 365 dni, wg. wzoru:

Q_dśr = Q_r / 365,

b) maksymalne dobowe zapotrzebowanie Q_dmax wyrażone w m³/d, które określa zapotrzebowanie na wodę w dobie maksymalnego rozbioru w roku; określa się je przez pomnożenie średniego dobowego zapotrzebowania na wodę Q_dśr przez współczynnik nierównomierności dobowej Nd, wg. wzoru:

Q_dmax = Q_dśr *Nd

c) maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę Q_hmax wyrażone w l/s lub m³/h, które określa największe zapotrzebowanie na wodę w ciągu godziny o maksymalnym zapotrzebowaniu; określa się je przez pomnożenie maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę Qdmax przez współczynnik nierównomierności godzinowej Nh, wg. wzoru:

Q_hmax = Nh * Q_dmax / 24.

Obliczenie zapotrzebowania na wodę polega na obliczaniu charakterystycznych wielkości zapotrzebowania na wodę dla miasta, które w perspektywie będzie liczyło 44.1 tys. mieszkańców, a dla kierunku - 48.3 tys. mieszkańców.

Miasto będzie posiadało dwie strefy zabudowy: mieszkalnictwo wielorodzinne o gęstości zaludnienia G1= 350 M/ha i mieszkalnictwo jednorodzinne o gęstości zaludnienia G2 =250 M/ha. Mieszkania w strefie zabudowy wielorodzinnej są podzielone na dwie klasy wyposażenia: 60% mieszkańców tej zabudowy posiada 1 klasę wyposażenia w wodociąg, kanalizację, wc, łazienkę - z centralną dostawą wody ciepłej, 40% mieszkańców tej zabudowy posiada 2 klasę wyposażenia, w wodociąg, kanalizację, wc łazienkę lecz z lokalnym urządzeniem do podgrzewania wody. Zabudowa jednorodzinna posiada 3 klasę wyposażenia - 100% mieszkańców tej zabudowy posiada mieszkania wyposażone w wodociąg, kanalizację (sieciową), wc, łazienkę - z lokalnym urządzeniem do podgrzewania wody. Dla tak przyjętych klas wyposażenia mieszkań i liczby mieszkańców z "Wytycznych do programowania zapotrzebowania wody i ilości ścieków w miejskich jednostkach osadniczych" zostały odczytane wskaźniki ilości wody w dobie przeciętnego zapotrzebowania i odpływu Q_dśr [l/Md) i współczynniki nierównomierności dobowej. Wskaźniki te posłużyły do obliczenia maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę ze wzoru: Q_dmax [m³/d) = Q_dśr [m/d] Nd. Na terenie miasta przewidziano również usługi podstawowe, które są włączone w zabudowę wielorodzinną i jednorodzinną i usługi ponad podstawowe wyodrębnione oddzielnie na "Planie zagospodarowania przestrzennego jednostki osadniczej" Według wytycznych podanych przez inwestora z usług podstawowych korzysta ok. 8.8 tys. mieszkańców co stanowi 20 % jednostkowego zapotrzebowania na wodę, natomiast pozostała ilość mieszkańców korzysta z usług ponad podstawowych co stanowi 80 % jednostkowego zapotrzebowania na wodę dla miasta. Na terenie miasta przewidziano także lokalizację dzielnicy przemysłowo-składowej z przemysłem niewodochłonnym na obszarze 22 ha, która będzie zaopatrywana w wodę z sieci miejskiej. Następnie został stworzony rozkład godzinowy zapotrzebowania wody w maksymalnej dobie dla miasta. Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę określa największe zapotrzebowanie na wodę w ciągu godziny o maksymalnym zapotrzebowaniu. W rozpatrywanym przypadku jest to godzina 19 - 20. Po przekształceniu wzoru: Q_hmax [m³/h) = Nh Q_dmax / 24 można obliczyć współczynnik nlerównomierności godzinowej: Nh = Q_hmax [m³/h] 24 / Q_dmax [m³/d]. Obliczenia dla rozbudowy kierunkowej przeprowadzono w podobny sposób jak dla perspektywy , zakładając jednak pewne zmiany wyjściowe:

a) dla rozbudowy kierunkowej zmniejszono gęstość zaludnienia jednostki osadniczej o 10 %

b) wartości scalonych wskaźników zapotrzebowania na wodę będą wzrastały średnio 0.5% na rok, co przy dziesięcioletnim okresie kierunkowym daje wzrost wartości scalonych wskaźników zapotrzebowania na wodę o 5%.

2. OBLICZENIE UJĘCIA WODY PODZIEMNEJ ZA POMOC STUDNI WIERCONYCH

Studnie wiercone, zależnie od rodzaju ujmowanych wód gruntowych, można podzielić na studnie ciśnieniowe - ujmujące wodę o napiętym zwierciadle i bezciśnieniowe - ujmujące wodę o swobodnym zwierciadle. Zależnie od głębokości zapuszczenia rury filtrowej w warstwę wodonośną można wyróżnić studnie o całkowitym zagłębieniu - zwane zupełnymi i częściowym zagłębieniu zwane - niezupełnymi. Obliczenie ujęcia wody podziemnej można podzielić na kilka etapów:

a) ustalenie charakterystyki wydajności studni - ujęcie ma być zlokalizowane w warstwie wodonośnej o swobodnym zwierciadle wody przy całkowitym zagłębieniu rury filtrowej w warstwę wodonośną. Charakterystykę studni ustala się wykorzystując wzory:

gdzie:

Q_s - wydatek studni, m₃/s,

k_f - współczynnik filtracji, m/s,

s - depresja, m. ,

H - wysokość położenia statycznego zwierciadła wody w studni (nad dnem studni), m. ,

R - zasięg leja depresji, m. ,

r  - promień studni, m.

b) ustalenie charakterystyki wydajności filtru - eksploatacyjna wydajność studni zależy od średnicy i długości filtru i może być określona jako wydajność filtru ze wzoru:

gdzie:

Q_f - wydajność filtru, m³/s,

d_f - średnica zewnętrzna filtru, m. ,

l - długość filtru, m. ,

v - średnia prędkość wlotowa do filtru studziennego, m/s.

W celu wyznaczenia charakterystyki wydajności filtru należy określić dopuszczalną prędkość wlotową wody do filtru. Przez prędkość wlotową rozumie się prędkość przepływu wody podziemnej na granicy między warstwą wodonośną a zewnętrzną powierzchnią filtru. Dopuszczalna prędkość jest to największa prędkość wlotowa, która nie powoduje sufozji mechanicznej gruntu i obsypki, a także kolmatacji chemicznej filtru i przyległej warstwy gruntu. Oblicza się ją ze wzoru:

Z przecięcia się charakterystyk Q_s i Q_f otrzymuje się punkt pracy studni. Na podstawie rzędnych tego punktu określa się depresję S_max i wydatek Q_emax.

c) ustalenie niezbędnej liczby studni - niezbędną liczbę studni dla pokrycia zapotrzebowania na wodę oblicza się ze wzoru:

Ze względu na konieczność okresowego czyszczenia studni przyjmuje się większą ich liczbę. Co najmniej jedną na każde 10 studni, ale nie więcej niż 4 - 6. Są to studnie rezerwowe. A więc całkowita ilość studni wynosi: nc = n + nr. W przypadku ujęcia składającego się z zespołu studni często występuje zjawisko wzajemnego ich oddziaływania, prowadzące do zmniejszenia wydatku studni (przy tej samej depresji) w porównaniu z wartością uzyskiwaną przy pracy jednej studni. Współczynnik "b" określono ze stosunku L/R gdzie:

L - odległość między studniami,

R - promień leja depresji.

Obliczono poprawioną ilość studni: n = Qdmax / b*Q_exp.

d) ustalenie parametrów pracy grupy studni - rzędną powierzchni obniżonego poziomu wody w jednej ze współdziałających studni lub depresję można obliczyć przy założeniu, że wydajność Qs, odległość od granic leja depresji R, średnica filtru r i wartość współczynnika filtracji k, dla każdej ze współdziałających studni są jednakowe i oblicza się je ze wzoru:

gdzie:

hi - wzniesienie zwierciadła wody w studni i - tej ponad podłożem nieprzepuszczalnym, m. ,

H - wzniesienie statycznego zwierciadła wody nad spągiem warstwy nieprzepuszczalnej, m. , Q - wydajność studni, m3/s,

kf - współczynnik filtracji, m/s,

si - depresja i - tej studni współdziałającej z grupą studni, m. ,

Rg - promień leja depresyjnego wywołanego działaniem grupy studni, m. ,

Ro - zastępczy promień ujęcia grupowego, m. ,

a - odległość skrajnych współdziałających studni ustawionych w szeregu, m. ,

r - promień filtru, m. ,

L - odległość między studniami, m.

e) zaprojektowanie i obliczenie hydrauliczne przewodów tłocznych - obliczenia hydrauliczne polegają na wyznaczeniu średnicy - d, jednostkowego spadku linii ciśnienia - i, strat liniowych - h. Obliczenia przeprowadzono przy wykorzystaniu nomogramu do wymiarowania przewodów wodociągowych z PVC firmy Wavin. Średnicę przewodu dobierano, zakładając prędkość w przewodzie v =1 m/s.

f) obliczenia rzędnych linii ciśnienia - rzędne linii ciśnienia ustala się przy uwzględnieniu wymaganego ciśnienia na stacji uzdatniania, które wynosi ok. 10,0 m. słupa wody nad poziomem terenu (wymagane ciśnienie dla prawidłowej pracy urządzeń ciśnieniowych stacji). Rzędne linii ciśnienia oblicza się ze wzoru:

gdzie:

Rzi - i-ta rzędna linii ciśnienia, m. ,

Rz_suw - rzędna stacji, m. ,

∑h _{i - suw} - suma strat do punktu i, m. ,

Wymaganą wysokość podnoszenia pompy w studni oblicza się ze wzoru:

gdzie:

Hp - wymagana wysokość podnoszenia pompy, m. ,

Rz_stud - rzędna studni, m. ,

Rz_zd - rzędna zwierciadła dynamicznego w studni

3. OBLICZENIE POJEMNOŚCI ZBIORNIKA SIECIOWEGO

Zbiorniki mogą gromadzić wodę zarówno nie uzdatnioną (surową), jak i uzdatnioną. W pierwszym przypadku są to zbiorniki ujęciowe magazynujące na ogół wody powierzchniowe i niekiedy infiltracyjne, rzadziej natomiast wody podziemne. Głównym zadaniem tych zbiorników jest utworzenie zapasu wody surowej na wypadek poważnych zakłóceń w źródle wody. Zbiorniki magazynujące wodę uzdatnioną są zlokalizowane na stacji uzdatniania (zbiorniki stacyjne) lub współpracują bezpośrednio z siecią wodociągową (zbiorniki sieciowe). Zbiorniki stacyjne głównie gromadzą wodę na cele technologiczne stacji uzdatniania, a także jako zapas na wypadek awarii lub pożaru. Zbiorniki wodociągowe współpracujące z siecią i pompownią umożliwiają przede wszystkim wyrównywanie nierównomierności w zapotrzebowaniu na wodę przez miasto, gromadząc w godzinach małych rozbiorów wodę dostarczoną z ujęć lub pompowni i oddając ją w godzinach dużych rozbiorów. Drugim zadaniem, jakie spełniają te zbiorniki, jest wyrównywanie ciśnienia w sieci. Są to bowiem zbiorniki usytuowane na pewnej wysokości w stosunku do sieci wodociągowej (zbiorniki wieżowe lub terenowe zlokalizowane na wzniesieniach terenu). Kolejnym zadaniem zbiorników sieciowych jest magazynowanie wody na wypadek zakłóceń (awarii) w pracy ujęcia wody, stacji uzdatniania, pompowni czy przewodów tranzytowych łączących powyższe obiekty. Pojemność zbiornika zależy od wielu czynników tj.:

a) miejsce zbiornika w systemie wodociągowym (ujęciowe, stacyjne, sieciowe),

b) wydajność wodociągu,

c) zmienność dopływów i odpływów ze zbiornika,

d) możliwości dostosowywania parametrów pracy pomp do zmiennych warunków pracy sieci (przepływów ciśnienia). Pojemność użytkowa zbiornika, tj. pojemność wynikająca z funkcji sieci wodociągowej, oblicza się ze wzoru:

V_u = V_w+V_s

gdzie:

V_u - pojemność użytkowa zbiornika,

V_w - pojemność wyrównawcza do wyrównywania nierównomiernych rozbiorów wody przez miasto lub nierównomiernego zasilania zbiornika w wodę,

V_s - pojemność asekuracyjna przewidziana na wypadek pożaru V_p lub awarii wodociągu V_a (większa z tych wartości); V_s = max(V_p, V_a). W celu określenia pojemności wyrównawczej V_w niezbędne są:

a) maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę Qdmax, dla miasta,

b) godzinowy rozkład rozbiorów wody w mieście w ciągu doby o maksymalnym zapotrzebowaniu,

c) znane warunki zasilania zbiornika w wodę, w przypadku zasilania zbiornika pompami - harmonogram pracy pomp uwzględniający liczbę, wydajności i okresy pracy pomp. Pojemność wyrównawczą zbiornika można wyznaczyć analityczne lub graficznie. Metoda analityczna polega na porównaniu harmonogram pomp z rozkładem rozbiorów wody w dobie o maksymalnym zapotrzebowaniu, wyznacza się w każdej godzinie doby wielkość dopływu (jeśli wydajność pomp jest większa od rozbioru wody) i odpływu wody ze zbiornika (jeśli wydajność pomp jest mniejsza od rozbioru wody). Następnie sumując wielkość dopływów wody do zbiornika, otrzymuje się maksymalną wartość, która jest pojemnością wyrównawczą.

Ze względu na ukształtowanie terenu przewiduje się zbiornik końcowy usytuowany poza miastem, w najwyższym punkcie rozważanego terenu. Pompownia drugiego stopnia zasilająca miasto w wodę będzie się znajdować na terenie stacji uzdatniania. Pojemność zbiornika wyznacza się przy nierównomiernej pracy pomp w ciągu doby dostosowanej w możliwie największym stopniu do rozkładu rozbiorów wody. Przyjęto trzy jednakowe pompy robocze współpracujące równolegle. Liczbę i okres jednocześnie pracujących pomp ustalono w ścisłym związku z rozkładem rozbiorów wody tak, aby pokryć w możliwie największym stopniu największe rozbiory godzinowe. Przyjęto zatem następujący harmonogram pracy pomp:

a) jedna pompa pracuje w godzinach 23 - 5,

b) dwie pompy pracują jednocześnie w godzinach 5 - 12, 13 - 17, 21 - 23,

c) trzy pompy pracują jednocześnie w godzinach 12 - 13, 17 - 18

4. OKREŚLENIE PRZEPŁYWÓW OBLICZENIOWYCH

a) wielkość przepływu obliczeniowego - przepływy obliczeniowe, tj. przepływy miarodajne do projektowania średnic przewodów i wyznaczania strat ciśnienia w sieci są określone dla poszczególnych odcinków sieci wodociągowej wytrasowanej w pierwszym etapie projektowania. Odcinki przewodów sieci wodociągowej są odcinkami równomiernie wydatkującymi ze względu na rozbiory wody przez odbiorców przyłączonych do danego odcinka przewodu. Przepływ obliczeniowy dla takich przewodów wyznacza się w oparciu o wzór:

Q = Q_k + aQ_o

gdzie:

Q - przepływ obliczeniowy na danym odcinku przewodu w l/s,

Q_k - natężenie przepływu na końcu odcinka przewodu w I/s,

Q₀ - rozbiór wody na długości odcinka (rozbiór odcinkowy) w l/s,

a = 0, 55

W celu wyznaczenia przepływów obliczeniowych należy określić najpierw rozbiory wody na poszczególnych odcinkach Q₀, a następnie założyć rozkład przepływów wody w sieci celem uzyskania wartości przepływów końcowych Q_k na tych odcinkach.

b) podział jednostki osadniczej na powierzchnie cząstkowe - dokonuje się na planie sytuacyjno - wysokościowym z naniesionym układem sieci wodociągowej. W tym celu stosuje się metodę podziału według dwusiecznych kątów zawartych między osiami przewodów (dla uproszczenia przyjmuje się, że osie przewodów pokrywają się z osiami ulic). W rezultacie otrzymuje się powierzchnie cząstkowe w kształcie trójkąta, trapezu, wielokąta przynależne każdemu odcinkowi sieci. Obliczone wielkości powierzchni wpisano na plan sieci.

c) ustalenie rozbiorów odcinkowych - rozbiory odcinkowe są to ilości wody, jakie każdy odcinek powinien dostarczyć przynależnym mu powierzchniom cząstkowym. Rozbiory węzłowe mogą wynikać z konieczności zaopatrzenia w wodę obiektów o charakterze skupionym. Ogólny wzór na wyznaczenie rozbioru odcinkowego w oparciu o podział powierzchni można przedstawić w postaci:

gdzie:

Q₀ - rozbiór odcinkowy, dm³/s

q_i - wskaźnik jednostkowego zapotrzebowania na wodę dla i - tej powierzchni cząstkowej przyporządkowanej danemu odcinkowi w l/sha,

F_i - wielkość i - tej powierzchni cząstkowej przyporządkowanej danemu odcinkowi (z podziału powierzchni) w ha,

n - liczba powierzchni cząstkowych przyporządkowanych danemu odcinkowi.

Wskaźnik sumaryczny (globalny) jest wskaźnikiem zapotrzebowania na wodę, ponieważ uwzględnia sumę wszystkich kategorii lub celów zapotrzebowań na wodę na danym obszarze i obliczono ze wzoru:

gdzie:

q - wskaźnik sumaryczny zapotrzebowania na wodę na danym terenie w dm³/s*ha

qi - wskaźnik cząstkowy zapotrzebowania na wodę dla i-tego celu, w I/s*ha

m - liczba kategorii (celów cząstkowych) zapotrzebowania na wodę na danym terenie.

W związku z powyższym, sumaryczne wskaźniki zapotrzebowania na wodę dla poszczególnych terenów wyodrębnionych na planie zagospodarowania przestrzennego można przestawić w postaci sum wskaźników cząstkowych. Wartości wskaźników cząstkowych dla poszczególnych celów zapotrzebowania na wodę oblicza się na podstawie wzoru:

gdzie:

qi - wskaźnik cząstkowy zapotrzebowania na wodę na i-ty cel

Qhmaxi - zapotrzebowanie na wodę na i-ty cel występujący w godzinie maksymalnego zapotrzebowania na wodę przez całe miasto

Fi - powierzchnia obszaru, na którym występuje i-ty cel zapotrzebowania na wodę

d) założenie przepływów wody w sieci - - po określeniu rozbiorów odcinkowych i węzłowych ustalono natężenie przepływu wody (przepływy) w sieci w celu uzyskania przepływów końcowych na poszczególnych odcinkach. W tym celu należy przyjąć rozkład przepływów wody w sieci pamiętając aby suma wydajności wszystkich źródeł zasilania, jak również suma rozbiorów odcinkowych i węzłowych, powinny być równe maksymalnemu godzinowemu zapotrzebowaniu na wodę. Dla sieci rozgałęzionej (część odcinka magistralnego) ustalenie przepływów początkowych i końcowych rozpoczęto od punktu zasilania sieci, przesuwano się zgodnie z kierunkiem przepływu wody i odejmowano odpowiednie rozbiory na odcinkach. W sieci pierścieniowej (dwa pierścienie sieci) należy założyć punkt podziału sieci (punkt zerowy), w którym prędkość przepływu wody jest równa zero, ponieważ woda dopływa do tego punktu z dwóch kierunków. Punkt ten teoretycznie przerywa sieć, sprowadzając ją do sieci rozgałęzionej. Przepływy są założone jako pierwsze przybliżenie i dopiero w wyniku dalszych obliczeń hydraulicznych są bardziej uściślone.

5. OBLICZENIA HYDRAULICZNE SIECI WODOCIĄGOWEJ

a) cel i zakres obliczeń - celem obliczeń hydraulicznych na etapie projektowania sieci wodociągowej jest określenie średnic odcinków przewodów oraz strat ciśnienia przy zadanych natężeniach przepływu wody.

Podstawowymi natężeniami przepływu, przy których przeprowadzono obliczenia hydrauliczne sieci, są przepływy odpowiadające maksymalnemu godzinowemu zapotrzebowaniu na wodę przez miasto. Praca sieci przy tych przepływach jest podstawowym wariantem hydraulicznych obliczeń, w wyniku którego dobiera się średnice przewodów i ustala minimalne ciśnienia w sieci. W projekcie poza podstawowym wariantem obliczeń projektowych sieci sprawdzono średnice przewodów i ciśnienia przy minimalnych rozbiorach wody (przepływach w sieci) w celu sprawdzenia maksymalnych ciśnień.

b) zasady obliczeń hydraulicznych - przy sporządzaniu schematu obliczeniowego dla wariantu obliczeń przy minimalnych rozbiorach godzinowych wody przez miasto, wykorzystano rozbiory maksymalne odcinkowe i węzłowe, stosując w tym celu zależność:

gdzie:

X - rozbiór odcinkowy na danym odcinku lub rozbiór węzłowy przy minimalnym godzinowym zapotrzebowaniu na wodę przez miasto w l/s,

Qhmin - minimalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę przez miasto w m3/h lub % Qdm3, Qhmin - maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę przez miasto w m3/h lub %Qdmax,

A - rozbiór odcinkowy lub rozbiór węzłowy przy maksymalnym godzinowym zapotrzebowaniu na wodę przez miasto w l/s,

B - współczynnik proporcjonalności, stały dla przyjętego rozkładu rozbiorów wody. Obliczenia zamkniętej sieci pierścieniowej wykonano metodą Crossa i Łobaczewa, której podstawę stanowi spełnienie jednocześnie dwóch warunków:

- algebraiczna suma przepływów w węźle powinna być równa 0 (∑Q_i = 0), tzn. suma dopływów w węźle powinna być równa sumie odpływów z węzła,

- algebraiczna suma strat ciśnienia w każdym pierścieniu (obwodzie zamkniętym) powinna być równa 0, tj. (∑h_i = 0),

Metoda Crossa i Łobaczewa polega na kolejnych przybliżeniach i na wstępnym założeniu przepływów w sieci oraz określeniu odpowiadających im średnic odcinków przewodów - przy uwzględnieniu odpowiednich prędkości wody. Przepływy są później korygowane tak, aby algebraiczna suma strat ciśnienia w każdym pierścieniu była równa 0 (praktycznie nie większa od błędu dopuszczalnego). Służy do tego poprawka na przepływ obliczeniowy którą oblicza się ze wzoru:

gdzie:

(h_i - suma wysokości strat ciśnienia na wszystkich odcinkach pierścienia w m

Q_i - przepływ obliczeniowy w i-tym odcinku pierścienia w m.

c) Wymagania dotyczące średnic, prędkości i materiału przewodów sieci wodociągowej średnice przewodów sieci wodociągowej powinny być korzystne zarówno pod względem technicznym, jak i ekonomicznym. Przy obliczaniu hydraulicznym sieci miano na uwadze oprócz stabilności hydraulicznej również jej koszty inwestycyjne i eksploatacyjne. Zgodnie z zaleceniami polskiej normy, najmniejsze średnice przewodów sieci miejskiej obwodowej przyjęto 100 mm. Średnia prędkość przepływu wody v jest wielkością założoną w procesie projektowania przewodów i waha się w okolicach 1 m/s.

Wartość ta wynika z warunków ekonomicznych i eksploatacyjnych sieci wodociągowej. Przy określaniu prędkości w przewodach kierowano się zaleceniem polskiej normy PN-76/M.-34034:

6. USTALENIE ROZKŁADu CIŚNIENIA W SIEcI WODOCIĄGOWEJ

a) wymagane ciśnienie w sieci - prawidłowo ustalone wartości ciśnienia w sieci powinny spełniać następujące warunki:

- w czasie maksymalnych godzinowych rozbiorów wody przez miasto ciśnienie w żadnym punkcie sieci nie powinno być niższe niż wymagane ciśnienie gospodarcze (dostateczne),

- w żadnym punkcie sieci ciśnienie nie powinno być niższe niż minimalne ciśnienie pożarowe, tj. od 0,1 MPa w czasie trwania pożaru (przy sumarycznym przepływie maksymalnym i pożarowym),

- w żadnym punkcie sieci ciśnienie nie może przekraczać dopuszczalnego maksymalnego ciśnienia roboczego w wysokości 6 MPa (8 MPa poza siecią).

Wymagane ciśnienie robocze (dostateczne w sieci) jest to ciśnienie niezbędne do zapewnienia dostawy wody do najniekorzystniejszych punktów poboru. Jego wielkość jest związana z wysokością geometryczną położenia miarodajnego punktu czerpalnego, tj. punktu położonego najwyżej i najdalej w stosunku do przewodu ulicznego. Wysokość tego ciśnienia mierzona od powierzchni terenu obejmuje następujące wielkości:

H_d=H_g+H_s+H_c [m]

gdzie:

H_g - wysokość geometryczna położenia miarodajnego punktu czerpalnego przyjmowana jako wielokrotność średniej wysokości kondygnacji

H_s - wysokość strat ciśnienia (liniowych i miejscowych) na odcinku od miejsca połączenia z przewodem ulicznym do miarodajnego punktu czerpalnego (straty na połączeniu wodociągowym, na wodomierzu, w instalacji wewnętrznej),

H_c - wysokość ciśnienia wypływu wody z miarodajnego punktu czerpalnego,

b) wykreślenie linii ciśnienia - wykresy linii ciśnienia wykonuje się dla wszystkich wariantów obliczeniowych pracy sieci. Linię ciśnienia wykreślono na rysunku profilu podłużnego przewodu, obliczając w kolejnych węzłach sieci odpowiednie rzędne. Oprócz wartości rzędnych linii ciśnienia rysunek zawiera również rzędne terenu w poszczególnych węzłach, średnice i długości odcinków przewodów, odległości, rzędne linii ciśnienia przy Qhmax i Qhmin.

Obliczenie rzędnych linii ciśnienia minimalnego (dostatecznego) rozpoczęto od węzła najniekorzystniejszego, tj. położonego najdalej w stosunku do punktów zasilania sieci (pompowni, zbiornika). Linia ciśnienia dostatecznego jest równoległa do linii terenu. Wykresy linii ciśnień wykonano dla przepływów odpowiadających maksymalnemu i minimalnemu zapotrzebowaniu wody przez miasto. Rzędne linii ciśnienia w danym węźle przy maksymalnych godzinowych rozbiorach wody obliczano ze wzoru:

gdzie

Z_n - rzędna terenu w węźle najniekorzystniejszym,

H_w - wysokość ciśnienia w węźle najniekorzystniejszym,

∑h - suma wysokości strat ciśnienia między węzłem rozpatrywanym a węzłem najniekorzystniejszym (wysokości strat ciśnienia dodaje się, licząc przeciwnie do kierunku przepływu wody, lub odejmuje, jeśli liczy się zgodnie z kierunkiem przepływu wody). Rzędne linii ciśnienia maksymalnego (przy minimalnych rozbiorach godzinowych) ustalono, rozpoczynając obliczenia od najwyższego poziomu wody w zbiorniku. Po określeniu pojemności użytecznej i ustaleniu wymiarów i wysokości wody w zbiorniku obliczenia rozpoczęto od rzędnej:

Z_max = Z_min + H_z

gdzie:

Z_max - maksymalna rzędna zwierciadła wody w zbiorniku, m. ,

Z_min - minimalna rzędna zwierciadła wody w zbiorniku, m. ,

H_z - wysokość użyteczna wody w zbiorniku, m.

Dla zbiornika końcowego, rzędne w węzłach obliczono, przesuwając się przeciwnie do kierunku przepływu wody, a więc dodając straty ciśnienia na kolejnych odcinkach. Rezultatem ustalenia linii ciśnienia maksymalnego jest sprawdzenie, czy nie przekracza ono w żadnym węźle ciśnienia dopuszczalnego. Wysokość ciśnienia w danym węźle obliczono ze wzoru:

H_c = Z - Z_t [m]

gdzie:

Z_t - rzędna terenu w danym węźle, m

Z - rzędna linii ciśnienia w danym węźle, m

7. DOBÓR I ZASADY ROZMIESZCZENIA UZBROJENIA PRZEWODÓW W SIECI WODOCIĄGOWEJ

Uzbrojenie lub armatura przewodów sieci wodociągowej jest to zespół urządzeń umożliwiających korzystanie z przewodów oraz sieci zgodnie z przeznaczeniem, właściwą obsługę, kontrolę i eksploatację. W projekcie zastosowano następujące typy uzbrojenia:

a) zasuwy - urządzenia regulujące przepływ wody. Dla sieci wodociągowej oraz przewodów przesyłowych dobrano zasuwy kielichowe owalne na ciśnienie nominalne do 1,0 MPa. Zasuwy liniowe na przewodach rozdzielczych są rozmieszczone w odstępach 200 - 400 m. , na przewodach magistralnych w odstępach 500-700 m. Przewód o średnicy mniejszej jest oddzielony zasuwą od przewodu o średnicy większej, przewód rozdzielczy jest oddzielony zasuwą od przewodu głównego.

b) hydranty - urządzenia czerpalne, służące do gaszenia pożaru. Dodatkowym zastosowaniem hydrantu jest płukanie i odpowietrzanie przewodów, na których są umieszczone, doraźne czerpanie wody do płukania sieci kanalizacyjnej i wodociągowej mycia ulic oraz prowizoryczne dostarczanie wody do placów budów. Hydranty instaluje się na odgałęzieniach od przewodów, na których powinna być przewidziana zasuwa odcinająca. Rozmieszcza się je także na przewodach rozdzielczych, wzdłuż ulic i dróg na skrzyżowaniach. Stosuje się hydranty o średnicy 80 i 100 mm, w odległości nie przekraczającej 100 m. między nimi.

c) odpowietrzniki - służą do usuwania powietrza z przewodu przy napełnianiu go wodą, do usuwania z przewodu powietrza wydzielającego się z wody, a także do wpuszczania powietrza do przewodu przy opróżnianiu go z wody. Odpowietrzniki instaluje się na przewodach magistralnych i tranzytowych, na odgałęzieniu pionowym od przewodu zaopatrzonego w zawór odcinający. Odpowietrznik powinien znajdować się w każdym punkcie szczytowym profilu podłużnego przewodu, z tym że, jeżeli w punkcie szczytowym wypada zasuwa, to przed i za zasuwą odpowietrzniki powinny być umieszczone oddzielnie. Rolę odpowietrzników mogą przejąć także hydranty przecowpożarowe umieszczone co max. 100 m.

8. POMPOWNIA II STOPNIA

Pompownie wodociągowe są to obiekty wyposażone w urządzenia do miejscowego podnoszenia wody w celu uzyskania wymaganych warunków przepływu wody w systemach wodociągowych. Ze względu na lokalizację i zadania pompowni w systemach wodociągowych można wyodrębnić pompownie I, II stopnia oraz pompownie strefowe. W projekcie, pompownia II stopnia przetłacza wodę uzdatnioną do sieci wodociągowej. W pompowni, która się znajduje przy stacji uzdatniania wody, do zasilania sieci wodociągowej stosuje się pompy odśrodkowe.

a) dobór pompy - przy wyborze typu i ustalaniu liczby pomp pracujących wzięto pod uwagę założony dla pompowni cykl pracy pomp i rozkład rozbioru wody w ciągu doby. Dla przyjętych wcześniej trzech pomp pracujących nierównomiernie w ciągu doby należy pamiętać o jednej pompie rezerwowej.

1

---