Zbiorniki Magazynujące

Sieć wodociągowa jest to układ przewodów wodociągowych znajdujących się poza budynkami odbiorców, zaopatrujących w wodę ludność lub zakłady produkcyjne.

Układy sieci wodociągowej

• sieć pierścieniowa (obwodowa, zamknięta), której przewody tworzą obwody zamknięte, sieć pierścieniowa doprowadza wodę do odbiorców z dwóch stron

• sieć rozgałęzieniowa (otwarta, końcówkowa, promienista), której przewody tworzą gałęzie nie łączące się w obwody, sieć taka doprowadza wodę do odbiorców tylko z jednej strony

• układ mieszany to system, w którym część przewodów istnieje w postaci obwodów zamkniętych, a pozostałe (zwykle położone na skraju sieci) funkcjonują w układzie końcówkowym.

Podział sieci wodociągowej

• Magistrale - są to rurociągi o średnicy powyżej ф 250 mm. Rurociągi magistralne o średnicy ф 250 i 300 mm są jednocześnie przewodami rozdzielczymi.

• Przewody rozdzielcze - są to przewody powyżej ф 80 mm do ф 200 mm.

• Przyłącza domowe - to przewody o średnicy do 80 mm. W praktyce są to rurociągi o średnicy od 25 mm.

Uzbrojenie sieci wodociągowej

• Hydrant

• Zasuwa wodociągowa

• Zawór wodociągowy

• Odpowietrznik

• Zawór przeciwuderzeniowy

• Zawór redukcyjny

• Regulator przepływu

• Zdrój uliczny

• Studnia odwadniająca

• Zawór antyskażeniowy

Zbiorniki wodociągowe

Odgrywają istotną rolę w systemie wodociągowym. Pozwalają na gromadzenie wody w okresach jej nadmiaru i uzupełnianiu braków w czasie zwiększonego zapotrzebowania.

Zadania jakie spełniają zbiorniki wodociągowe:

• wyrównują nierównomierność między dostawą a poborem wody,

• zabezpieczają równomierną pracę pomp oraz urządzeń oczyszczających wodę,

• istotnie zwiększają stopień niezawodności działania systemu wodociągowego,

• stabilizują ciśnienia w sieci wodociągowej pod warunkiem, iż są zlokalizowane odpowiednio wysoko ponad obszarem konsumpcji wody,

• umożliwiają magazynowanie wody na cele gaśnicze, do celów własnych, a także na wypadek awarii urządzeń oraz sieci wodociągowej.

Rodzaje zbiorników:

Ze względu na położenie w stosunku do terenu:

• zbiorniki terenowe (tanie i budowane na wzniesieniach),

• zbiorniki wieżowe (zlokalizowane na specjalnej konstrukcji),

Ze względu na cele budowy:

• zbiorniki dolne (zadaniem ich jest wyrównanie nierównomierności między dostawą i poborem wody),

• zbiorniki górne (dodatkowo stabilizują ciśnienia w sieci wodociągowej).

Ze względu na położenie w stosunku do odbiorcy:

• zbiorniki przepływowe (początkowe), zlokalizowane są między obiektami zakładu produkcji wody, a siecią wodociągową.

Cała ilość wody dopływa do zbiornika, natomiast wypływa ze zbiornika zawsze ilość wody odpowiadająca aktualnemu, chwilowemu rozbiorowi na sieci wodociągowej. Ciśnienie wytwarzane przez pompownię jest ustabilizowane a ponadto zagwarantowana jest ciągła wymiana wody w zbiorniku, co zabezpiecza przed jej wtórnym zanieczyszczeniem (jeżeli przebywa w zbiorniku 7 - 8 dni to może być wtórnie zanieczyszczona bakteriologicznie). Z tego względu zbiorniki początkowe, mimo pewnych wad są w aktualnych warunkach wyraźnego trendu spadkowego zapotrzebowania na wodę - preferowane.

• zbiorniki końcowe odbiorcy są umiejscowieni między źródłem zasilania zewnętrznego (pompownia), a zbiornikiem. W tym wypadku charakterystyczne jest to, że ciśnienia wytwarzane przez pompownię są zmienne co sprawia, że zmienne są również ciśnienia w sieci wodociągowej.

• zbiorniki centralne (zlokalizowane zwykle w punkcie ciężkości największego rozbioru wody).

Dla części odbiorców wody jest to zbiornik początkowy, natomiast dla części pozostałej - zbiornik końcowy. Taka lokalizacja jest najkorzystniejsza z punktu widzenia warunków ciśnieniowych w sieci wodociągowej. Występują wówczas najmniejsze zmiany ciśnień w cyklach dobowych i nie ma zazwyczaj wtedy potrzeby instalowania na sieci dodatkowych urządzeń, a w szczególności regulatorów ciśnienia.

Pojemności zbiorników:

Zbiorniki dolne są zlokalizowane na końcu cyklu konstrukcyjnego urządzeń do oczyszczania wody ( zbiorniki wody czystej) oraz pełnią rolę zbiorników czerpalnych pompowni wodociągowych

v = v_w + v_f + v_k + v_aw [m³]

Gdzie:

v - całkowita pojemność,

v_w - pojemność przeznaczona do wyrównania nierównomierności miedzy dostawą wody ze stacji oczyszczania, a poborem wody przez pompownię. Najczęściej przyjmuje się, iż dostawa wody jest stała w czasie doby co jest najkorzystniejsze z punktu widzenia eksploatacji ujęcia i efektów oczyszczania. Natomiast pobór wody przez pompownię II - stopnia może być zmienny.

v_f - rezerwa zmagazynowana w zbiorniku i przeznaczona na cele własne zakładu produkcji wody; zwykle jest to 0,5-1% maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę.

v_k - pojemność niezbędna dla utrzymania kontaktu wody z chlorem przez czas T pomniejszony o czas t potrzebny do przepłynięcia wody ze zbiornika do pierwszych odbiorców (zwykle 1 h).

v_aw - pojemność przeznaczona dla zabezpieczenia dostawy wody w sytuacjach awaryjnych. Przyjmuje się obecnie, że nie powinna być ona mniejsza niż ok. 30% maksymalnego dobowego zapotrzebowania na dobę, a w praktyce wynosi ona więcej nawet powyżej 100%.

Jeśli v_w - v_k 0 to v_k = 0

Zbiorniki sieciowe (górne)

v = v_w + v_poż. + v_s

gdzie:

v_w - pojemność przeznaczona do wyrównania nierównomierności między dostawą wody z pompowni II-stopnia (ze źródeł zasilania zewnętrznego), a zmiennym w czasie poborem wody przez jej odbiorców.

v_poż. - pojemność do magazynowania wody na cele gaśnicze zczerpywana w czasie gaszenia pożaru. Żąda się aby w czasie normalnej eksploatacji była to pojemność nienaruszalna. Ilość wody, która zgodnie z aktualnymi przepisami powinna być zmagazynowana w zbiorniku zależy od ilości ludności miasta.

Liczba mieszkańców	vpoż. [m^3]
Do 2 000	50
2 100 - 5 000	100
5 100 - 10 000	150
10 100 - 25 000	200
25 100 - 100 000	400
Powyżej 100 000	600

v_s - pojemność przeznaczona do magazynowania wody na specjalne cele asekuracyjne wynikające ze specyfiki warunków eksploatacyjnych.

Generalnie uznaje się, że pojemność zbiorników sieciowych powinna być relatywnie duża. Projektuje się nawet w dużych miastach zbiorniki o łącznej pojemności nawet przekraczającej 100% maksymalnego dobowego poboru wody. Zabezpieczają one bowiem wyższy stopień niezawodności działania systemu w dostawie do odbiorców; umożliwiają wdrążenie systemów optymalnego sterowania dystrybucją wody w celu minimalizacji kosztów eksploatacji systemu, a przede wszystkim kosztów energii zużywanych na pompowanie wody (trzeba dysponować dużą ilością pomp i mieć dużą pojemność zbiornika).

Generalnie pojemność wyrównawczą określa się na drodze analizy przebiegu w czasie dostawy i poboru wody. Zbiorniki sieciowe wyrównują nierównomierność między dostawą wody z pompowni II - stopnia a zmiennym w czasie poborem wody przez jej odbiorców.

W małych i średnich systemach wodociągowych zazwyczaj minimalne koszty zużywane na pompowanie wody uzyskuje się wtedy, gdy wydajność pompowni w niewielkim stopniu zmienia się w czasie doby. Jednakże w tych warunkach pojemności zbiorników są znaczne. W małych systemach wodociągowych dąży się do tego, aby pojemności były relatywnie duże. Dlatego wówczas przyjmuje się stałą pracę pompowni w czasie całej doby.

Natomiast w systemach dużych na ogół przewiduje się stopniową pracę pomp, aby zminimalizować potrzebną pojemność wyrównawczą zbiorników (szczególnie, gdy są to zbiorniki wieżowe).

Pojemność wyrównawczą można określić drogą analityczną - analizując z jednej strony godziny poboru wody, a z drugiej strony godziny wydajności zgodnie z założonym harmonogramem pracy pompy.

Zbiorniki terenowe - są budowane bezpośrednio na terenie. Mogą być zbiornikami dolnymi wyrównującymi różnice między dostawą a poborem wody (np. zbiorniki ujęciowe, zbiorniki przed pompowniami II - stopnia lub strefowymi, zbiorniki przed hydroforami itp.), lub zbiornikami górnymi wyrównującymi również ciśnienie w sieci, jeśli układ topograficzny na to pozwala. Zbiorniki terenowe górne, a więc właściwe zbiorniki zapasowo - wyrównawcze (wodociągowe) są bardzo pożądane w gospodarce wodociągowej, przede wszystkim ze względu na możliwość uzyskania dużych ich pojemności przy stosunkowo niewysokich kosztach inwestycyjnych. W czasie projektowania urządzeń wodociągowych powinno się więc dążyć do wykorzystania znajdujących się w okolicy obszaru zaopatrywania wyniosłości terenowych, choćby nawet nie były one w bezpośredniej bliskości sieci. Dopiero gdy nie ma wzgórz o odpowiedniej wzniosłości, należy pomyśleć o zbiornikach wyniesionych (wieżowych).

Zbiorniki terenowe projektuje się jako dwu - lub więcej komorowe. Natomiast wieżowe najczęściej jako jednokomorowe. Projektując układ przewodów doprowadzających i odprowadzających wodę należy zagwarantować stałą wymianę wody w zbiorniku poprzez przemienne doprowadzanie i odprowadzanie wody.

Zazwyczaj wylewka z rurociągu, którym doprowadzana jest woda do zbiornika jest usytuowana nieco powyżej najwyższego poziomu wody w zbiorniku. Natomiast wlot do przewodu, w którym woda jest czerpana sytuuje się w części najniższej zbiornika.

Zagwarantowanie ciągłej wymiany powietrza nad zwierciadłem wody w zbiorniku, stąd konieczność instalowania specjalnych wywietrzników, które w zbiornikach terenowych powinny być zabezpieczone systemami osłonowymi przed zanieczyszczeniem i przed dopływem wód obcych (deszczowych). Wywietrzniki zabezpieczają przed sprężaniem i rozprężaniem poduszki powietrznej nad zwierciadłem wody przy zmianach stanu wody w zbiorniku.

Wyposażenie zbiorników

Wyposażenie zbiorników odpowiada funkcjonalnie ich zadaniom. Woda gromadzona w zbiornikach powinna być jak najczęściej wymieniana. Zbiornik powinien być zabezpieczony przed przepełnieniem, wymiana powietrza powinna następować bez zakłóceń. Poza tym należy zbiornik zabezpieczyć przed dostępem niepowołanych ludzi, a z drugiej strony musi istnieć możliwość przeprowadzenia kontroli od wewnątrz, oczyszczenia zbiornika, zdezynfekowania go itp.

Rurociągi i armatura

Dwa podstawowe układy rurociągów doprowadzających i odprowadzających:

• Układ pierwszy - zbiorniki przepływowe. Charakterystyczne jest to, że układy przewodów, którymi doprowadzana jest woda oraz przewodów czerpalnych są od siebie oddalone.

• Układ drugi - zbiorniki podłączone bocznikowo. Zbiorniki końcowe lub centralne.

Ten układ różni się od poprzedniego tym, że w bezpośrednim sąsiedztwie zbiorników albo w komorze układy przewodów doprowadzających i odprowadzających są ze sobą połączone. Poza komorą zasuw jest tylko jeden przewód łączący go z siecią, w którym woda może płynąć w dwóch kierunkach zależnie od aktualnej, chwilowej różnicy między globalną dostawą i globalnym poborem. Na przewodach czerpalnych oprócz zasuw zainstalowane są zawory albo klapy zwrotne (zabezpieczają one przed dostawą wody do zbiornika przewodami poborowymi. Zasada: w zbiornikach podłączonych bocznikowo na przewodach poborowych instaluje się klapy zwrotne, gwarantują one wymianę wody w zbiorniku. Każdy zbiornik musi być wyposażony w przewody: przelewowy i spustowy. Przelew zabezpiecza przed przepełnieniem zbiornika, natomiast spust umożliwia jego opróżnianie w miarę potrzeby.

Wody przelewowe i spustowe odprowadza się do studni zlokalizowanej na zewnątrz zbiornika, przy czym konieczne jest zamknięcie wodne. Ze studzienki wody są grawitacyjnie odprowadzane do odbiornika.

• W zbiornikach terenowych wykonuje się obudowany właz kontrolny dla pomieszczenia urządzeń ze stanem wody w zbiorniku.

• Zasuwy o średnicy > 400 mm powinny być wyposażone we wskaźnik otwarcia.

• Rurociągi układane w obrębie obsypki zbiornika terenowego powinny mieć złącza elastyczne, a nie sztywne.

• Odcinki pozostałych rurociągów ułożonych na dnie zbiornika muszą być wyposażone w podpory zlokalizowane przy złączach.

• W zbiornikach wieżowych rurociągi pionowe muszą być wyposażone w wydłużki zabezpieczające przed pęknięciem wskutek naprężeń spowodowanych zmianami temperatury.

• Jeśli w zbiorniku terenowym nie przewiduje się komory zasuw, to dla zasuw o średnicy > 400 mm muszą być przewidziane studzienki, również klapy zwrotne umieszcza się w studzienkach.

• Zbiorniki terenowe powinny mieć drenaż płytowy pod dnem zbiornika niezależnie od poziomu zwierciadła wód gruntowych.

• Temperatura wody w zbiorniku nie powinna być < 5˚, wobec czego konieczna jest izolacja termiczna. Tradycyjna jest obsypka ziemna; obecnie są specjalne izolacje.

Urządzenia pomiarowe:

• Pomiar stanu wody z przekazaniem informacji o tym stanie do sterowni.

• Urządzenia do sterowania pracą pomp z funkcją stanu wody w zbiorniku.

• Urządzenia do pomiaru prędkości i natężenia dopływu i odpływu wody ze zbiornika.

Literatura:

• Tadeusz Gabryszewski - Domowe Instalacje Wodociągowo-Kanalizacyjne

• Tadeusz Gabryszewski - Wodociągi

• Fryderyk Jankowski - Pompownie i urządzenia hydroforowe

• Karl i Klaus R. Imhoff - Kanalizacja miast i oczyszczanie ścieków

7

---