Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

Projekt Wodociągi

Wykonał: Tomasz Wrzosek gr. ISiW2

1. Obliczenie charakterystycznego wskaźnika zużycia wody

Zadanie to polegało na obliczeniu charakterystycznych wielkości zapotrzebowania na wodę dla miasta, które w okresie perspektywicznym będzie liczyło 57000 mieszkańców. Miasto będzie posiadało zabudowę wielorodzinną niską i wysoką oraz zabudowę jednorodzinną. Dla zabudowy wielorodzinnej wysokiej przewiduje się zagospodarować nowe tereny, na których zamieszka 30% mieszkańców. Mieszkania na tym obszarze będą wyposażone w wodociąg, kanalizację, wc i łazienkę z centralnym doprowadzeniem ciepłej wody. Na obszarze zabudowy wielorodzinnej niskiej zamieszka 35% mieszkańców. Na terenie zabudowy jednorodzinnej zamieszka 35% mieszkańców. Mieszkania będą wyposażone w wodociąg, kanalizację, wc i łazienkę z lokalnymi urządzeniami do podgrzewania wody. Przewiduje się, że w okresie perspektywicznym 100% mieszkań zostanie podłączonych do sieci wodociągowej i kanalizacyjnej. Według danych planu przestrzennego zagospodarowania przewiduje się niewielki rozwój usług i przemysłu dostosowany do rozwoju miasta wyrażonego wzrostem liczby mieszkańców.

Sprzedaż wody w mieście (dane z Urzędu Gminy)

Rok	Liczba mieszkańców w mieście	Liczba mieszkańców korzystających z wodociągów w mieszkaniu w % ogólnej liczby mieszkańców	Sprzedaż wody w mieście tyś. m^3/rok dla
						gospodarstw domowych	przemysłu	innych odbiorców
2002	32800	75	1386,6	528,2	250,3
2003	36736	78	1530,1	531,0	251,7
2004	39675	80	1610.2	544,8	258,2
2005	41659	82	1663,6	537,7	254,8
2006	44158	85	1796,3	525,8	249,2

Kolejnym punktem projektu jest ustalenie jednostkowych wskaźników zużycia wody w okresie perspektywicznym. Do wykonania tego punktu należy przeanalizować wartości tych wskaźników dla lat poprzednich. Do tychże obliczeń wykorzystano następujące wzory:

1. wskaźnik zużycia wody w gospodarstwach domowych

gdzie:

M_k - liczba mieszkańców korzystających z wodociągu

2. wskaźnik zużycia wody dla przemysłu

gdzie:

M- całkowita liczba mieszkańców

3. wskaźnik zużycia wody dla innych odbiorców

gdzie:

M- całkowita liczba mieszkańców

Wyniki obliczeń zostały przedstawione w formie tabelarycznej:

Rok	Liczba mieszkańców w mieście	Liczba mieszkańców korzystających z wodociągów w mieszkaniu w % ogólnej liczby mieszkańców	Sprzedaż wody w mieście tyś. m^3/rok dla
						gospodarstw domowych	przemysłu	innych odbiorców
2002	32800	75	0,154	0,044	0,017
2003	36736	78	0,150	0,040	0,015
2004	39675	80	0,147	0,038	0,015
2005	41659	82	0,144	0,035	0,014
2006	44158	85	0,140	0,033	0,013

Wskaźnik jednostkowego zapotrzebowania na wodę zależny jest od wielu różnych czynników.

Dla gospodarstw domowych tymi czynnikami są:

• Sposób przygotowania ciepłej wody. Ilość pobieranej wody jest różna dla centralnego doprowadzenia ciepłej wody, czy też lokalnego urządzenia do podgrzewania wody.

• Zużycie wody zależne jest także od liczby urządzeń sanitarnych. W planach przyjmujemy, że wszystkie mieszkania będą należały do III, IV lub V klasy, to znaczy, że będą wyposażone w zlewozmywak, miskę ustępową, wannę lub natrysk (czasami oba te urządzenia), umywalkę, pralkę automatyczną oraz niektóre z nich w zmywarkę.

• Zmniejszenie się zużycia wody w wyniku zastosowania szczelnych i wydajnych konstrukcji armatury.

• Obecność wodomierzy, według których będą pobierane opłaty za wodę, spowodują oszczędniejsze korzystanie z jej zasobów.

Natomiast dla przemysłu wskaźnik ten jest zróżnicowany ze względu na gałęzi przemysłu które występują w danym mieście.

Analizując uzyskane wyniki można stwierdzić, iż jednostkowe zużycie wody dla każdej z grup odbiorców spadało, dlatego można się spodziewać, że w kolejnych rocznikach będzie nadal spadać. Wobec tego zaproponowano w okresie perspektywicznym następujące wskaźniki:

Analizując uzyskane wyniki można stwierdzić, iż jednostkowe zużycie wody dla każdej z grup odbiorców spadało, dlatego można się spodziewać, że w kolejnych rocznikach będzie nadal spadać. Wobec tego zaproponowano w okresie perspektywicznym następujące wskaźniki:

1. dla gospodarstw domowych

1. zabudowa wysoka - 140
   

2. zabudowa niska - 100
   

3. zabudowa jednorodzinna 110
   

2. Usługi i inni odbiorcy wody - 10
   

3. Przemysł - 20
   

Kolejnym punktem zadania jest dobranie wartości współczynników zapotrzebowania na wodę. Przyjmuje się także, że straty wody wynoszą tyle samo co 10% średniego dobowego zapotrzebowania na wodę dla całego miasta, zaś na cele techniczne zużywane jest tyle ile wynosi 5% średniego zapotrzebowania miasta na wodę .

Inne wielkościami które należy ustalić to współczynniki nierównomierności dobowej (N_d) i godzinowej( N_h ). W tabeli poniżej zostały zamieszczone wielkości jakie przyjmują te współczynniki.

Wskaźniki zostały dobranej wg tabeli

Odbiorcy wody	Współczynnik nierównomierności dobowej Nd	Współczynnik nierównomierności godzinowej Nh
Mieszkalnictwo wielorodzinne jednorodzinne	1,3 - 1,5 1,5 - 2,0	1,4 - 1,6 2,5 - 3,0
Usługi i inni odbiorcy	1,3	2,8 - 3,0
Przemysł	1,15 - 1,2	1,25 - 1,50

Zarówno dla strat wody jak i celów technologicznych współczynniki nierównomierności dobowej i godzinowej przyjmują wartość 1,0. Zostaje więc tylko ustalenie pozostałych wskaźników. Dla gospodarstw domowych przy zabudowie wysokiej i niskiej wskaźniki te są zależne od liczby mieszkańców znajdujących się w danej grupie. Tak więc ponieważ planowo w mieście będzie mieszkać 57000 osób, z czego 30% (17160 osób) w zabudowie wielorodzinnej wysokiej (wskaźniki dla tej grupy mieszkańców przyjmować będą następujące wartości: N_d=1,4 i N_h=1,5)

i 35% (20020 osób) w zabudowie wielorodzinnej niskiej (wskaźniki dla tej grupy mieszkańców przyjmować będą następujące wartości: N_d=1,4 zaś N_h=1,5).

Tak więc współczynniki te będą odpowiednio przyjmowały wartości:

Grupa odbiorców	Nd	Nh
zabudowa wysoka	1,4	1,5
zabudowa niska	1,4	1,5
zabudowa jednorodzinna	1,7	2,7
usługi	1,3	2,9
przemysł	1,2	1,8
straty wody	1,0	1,0
cele technologiczne	1,0	1,0

Średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę

Q_śr - średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę przez daną grupę odbiorców [m³/d]

q - jednostkowy wskaźnik zapotrzebowania na wodę przez daną grupę odbiorców [m³/d*M_K]

M - liczba odbiorców wody

Obliczenie maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę:

Q_{d max} - maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę przez daną grupę odbiorców [m³/d]

Q_{d śr} - średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę przez daną grupę odbiorców [m³/d]

N_d - współczynnik nierównomierności dobowej dla danej grupy odbiorców

Następnie, według zasad takich jak przy doborze współczynników nierównomierności dobowej, dobrano współczynniki nierównomierności godzinowej N_h, które skorygowano po obliczeniu zapotrzebowania na wodę w godzinie maksymalnego rozbioru wody na mieście Q'_{h, max}. Obliczenia Q'_{h, max} dokonano według tabeli poniżej, w której przedstawiono zapotrzebowanie na wodę w poszczególnych godzinach doby przez różne grupy odbiorców. Q'_{h, max} zostało wybrane dla godziny, w której jest największe zapotrzebowanie na wodę, w naszym przypadku jest to między godziną 17 a 18.

Natomiast przy obliczaniu maksymalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę Q_h,max skorzystano ze wzoru:

Q_{h max} - maksymalne godzinne zapotrzebowanie na wodę przez daną grupę odbiorców [m³/h], [l/s]

Q_{d max} - maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę przez daną grupę odbiorców [m³/d]

N_h - współczynnik nierównomierności godzinnej dla danej grupy odbiorców

Zestawienie wyników obliczeń charakterystycznych wielkości zapotrzebowania na wodę maksymalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę przedstawione zostały w poniższych tabelach.

2. Obliczania wymaganej pojemności wyrównawczej i wymiarów zbiornika sieciowego.

Zadanie polega na obliczeniu wymaganej pojemności wyrównawczej i wymiarów zbiornika sieciowego dla wodociągu o maksymalnej dobowej wydajności i rozkładzie godzinowego rozbioru wody w dobie maksymalnego zapotrzebowania wody.

Zbiornik wyrównawczy to urządzenie w kształcie walca, które przeznaczone jest do gromadzenia wody czystej. Jego rolą może być:

• tworzenie zapasu wody czystej w celu zaspokojenia zmiennego w ciągu doby zapotrzebowania n wodę w obszarze objętym zasięgiem wodociągu.

• gromadzenie wody na wypadek pożaru

• wyrównywanie ciśnienia w sieci wodociągowej

• zachowanie rezerwowego zapasu wody na wypadek awarii urządzeń i przerwy w

systemie dystrybucji.

Metoda analityczna

Zakładamy, że pompy doprowadzające wodę do sieci pracują ze stałą wydajnością przez 24h / dobę. Wynika z tego, że w ciągu jednej godziny do sieci jest wpompowywane 4,17% (4,16(6)%) Q_d,max. W godzinach zmniejszonego zapotrzebowania na wodę w mieście woda jest gromadzona w zbiorniku. W godzinach zwiększonego poboru wody przez miasto, woda ze zbiornika jest pobierana, aby zaspokoić zapotrzebowanie miasta na wodę.

Maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę przez miasto wynosi Q_d,max= 12859 m³/d

Dane przedstawia tabela:

Obliczanie pojemności wyrównawczej zbiornika siecowego przy równomiernej 24-godzinnej pracy pomp w ciagu doby
Godziny	Wydajność pomp % Qd,max	Zużycie wody przez miasto, % Qd,max	Przybyło do zbiornika, % Qd,max	Ubyło ze zbiornika % Qd,max	Jest w zbiorniku % Qd,max
0 1	4,17	1,36	2,81	­	7,13
1 2	4,17	1,11	3,06	­	10,19
2 3	4,16	1,08	3,08	­	13,27
3 4	4,17	1,30	2,87	­	16,14
4 5	4,17	1,78	2,39	­	18,53
5 6	4,16	3,61	0,55	­	19,08
6 7	4,17	4,96	­	0,79	18,29
7 8	4,17	5,62	­	1,45	16,84
8 9	4,16	5,40	­	1,24	15,60
9 10	4,17	5,32	­	1,15	14,45
10 11	4,17	5,03	­	0,86	13,59
11 12	4,16	5,14	­	0,98	12,61
12 13	4,17	5,14	­	0,97	11,64
13 14	4,17	5,19	­	1,02	10,62
14 15	4,16	5,12	­	0,96	9,66
15 16	4,17	6,09	­	1,92	7,74
16 17	4,17	5,98	­	1,81	5,93
17 18	4,16	7,34	­	3,18	2,75
18 19	4,17	5,63	­	1,46	1,29
19 20	4,17	5,21	­	1,04	0,25
20 21	4,16	4,41	­	0,25	0,00
21 22	4,17	3,98	0,19	­	0,19
22 23	4,17	1,97	2,2	­	2,39
23 24	4,16	2,24	1,92	­	4,31

Największa ilość wody zostanie zmagazynowana o godzinie 5-6 i będzie wynosić 19,08 % Q_d,max

Pojemność wyrównawczą zbiornika obliczamy:

W celu obliczenia wymiarów zbiornika należy skorzystać ze wzoru:

Zakładamy że:

• 
  

• 
  

• R- liczba całkowita

Przyjmujemy że R=9

Wysokość zbiornika wynosi:

Wysokość zbiornika wynosi:

Metoda graficzna:

Założenie: zmienna wydajność pomp w ciągu doby. Ustalono, że pompy będą działać przez 16 godzin na dobę, od godziny 6 rano do 22 wieczorem. Będą przepompowywać 6,25% dziennego zapotrzebowania na wodę w ciągu godziny.

Zbiornik w chwili rozpoczęcia pracy pomp, czyli o godzinie 6 rano, jest pusty. Największa ilość wody w zbiorniku, to jest 14,8% maksymalnego dziennego zapotrzebowania na wodę, jest w chwili ustania pracy pomp, czyli o godzinie 21.

Aby policzyć ilość wody w zbiorniku pomnożono 14.8% razy Q_dmax.

Dane przedstawia tabela:

Obliczanie pojemności wyrównawczej zbiornika sieciowego przy 16-godzinnej wydajności 6,25% Qd,max
Godziny	Wydajność pomp % Qd,max	Zużycie wody przez miasto, % Qd,max	Przybyło do zbiornika, % Qd,max	Ubyło ze zbiornika % Qd,max	Jest w zbiorniku % Qd,max
0­1	­	1,36	­	1,36	5,27
1­2	­	1,11	­	1,11	4,16
2­3	­	1,08	­	1,08	3,08
3 4	­	1,30	­	1,30	1,78
4 5	­	1,78	­	1,78	0
5 6	6,25	3,61	2,64	­	2,64
6 7	6,25	4,96	1,29	­	3,93
7 8	6,25	5,62	0,63	­	4,56
8 9	6,25	5,40	0,85	­	5,41
9 10	6,25	5,32	0,93	­	6,34
10 11	6,25	5,03	1,22	­	7,56
11 12	6,25	5,14	1,11	­	8,67
12 13	6,25	5,14	1,11	­	9,78
13 14	6,25	5,19	1,06	­	10,84
14 15	6,25	5,12	1,13	­	11,97
15 16	6,25	6,09	0,16	­	12,13
16 17	6,25	5,98	0,27	­	12,4
17 18	6,25	7,34	-	1,09	11,31
18 19	6,25	5,63	0,62	-	11,93
19 20	6,25	5,21	1,04	-	12,97
20 21	6,25	4,41	1,84	­	14,81
21 22	­	3,98	­	3,98	10,83
22 23	­	1,97	­	1,97	8,86
23 24	­	2,24	­	2,24	6,62

Największą pojemność zbiornika uzyskujemy w godzinach 20 - 21 i wynosi ona 14,8 % Q_dmax, więc korzystamy ze wzoru

Gdzie:

Q_d,max=12859 m³/h

Na wykresie przedstawione zostały 2 krzywe:

• czarna przedstawia godzinowy rozkład zapotrzebowania na wodę przez mieszkańców w godzinie maksymalnego zapotrzebowania

• szara przedstawia godzinowy rozkład wydajności pompy

Zakładam, że pod koniec ostatniej godziny zwiększonego zapotrzebowania na wodę w zbiorniku znajduje się 0% Q_d,max, czyli zbiornik jest pusty i jest on napełniany przez następujące godziny zmniejszonego zapotrzebowania na wodę do momentu, gdy zaczyna się zwiększony pobór a w zbiorniku znajduje się maksymalna ilość wody.

Objętość zbiornika wyrównawczego oblicza się zgodnie z tą metodą sumując niedobór w zbiorniku w godzinie maksymalnego poboru wody z maksymalnym zapasem jaki występuje w godzinie minimalnego poboru wody.

V_u% = 17,74 %

V = V_u%* Q_d,max = 17,74 %*13335 m³= 2366 m³

W celu obliczenia wymiarów zbiornika należy skorzystać ze wzoru:

A ostatecznie wysokość zbiornika wynosi:

Wymiary zbiornika wyliczone obiema metodami różnią się. Metoda analityczna jest dokładniejsza niż graficzna obarczona błędami wykreślania krzywych sumowych i odczytu wyników. Obie można wykorzystywać do projektowania wymiarów zbiornika.

Należy pamiętać także o uwzględnieniu rezerwy pożarowej w zbiorniku.

3. Plan zagospodarowania przestrzennego jednostki osadniczej.

Na planie zagospodarowania przestrzennego jednostki osadniczej zaprojektowano i przedstawiono lokalizację elementów systemu wodociągowego: ujęcie wody, stację uzdataniania wody z pompownią II stopnia, zbiornik wyrównawczy oraz układ sieci wodociągowej magistralnej i rozbiorczej.

Zaprojektowana sieć jest siecią pierścieniową (dwa pierścienie), która charakteryzuje się dużą niezawodnością dostawy wody do odbiorców oraz większą niż w przypadku sieci rozgałęzionych stabilnością ciśnienia.

Wyróżnione zostały trzy rodzaje przewodów: tranzytowe, magistralne oraz rozdzielcze. Przewody magistralne prowadzone są wzdłuż głównych ciągów komunikacyjnych, okalają centrum miasta, służą do zasilania przewodów rozdzielczych. Przewody rozdzielcze natomiast prowadzone są wzdłuż podrzędnych ciągów komunikacyjnych. Do tych przewodów podłączeni są, poprzez połączenia wodociągowe, bezpośredni odbiorcy wody.

W małych jednostkach osadniczych, czyli m.in. w takich jak zaprojektowana, przewodami magistralnymi mogą być przewody o średnicach mniejszych od 300 mm.

W projekcie sieci zbiornik wyrównawczy jest zbiornikiem końcowym.

Jednostka osadnicza położona jest na terenie nizinnym, o różnicy poziomów nie przekraczającej 10 m.

Bilans terenu:

• Zabudowa wysoka F_w=22,8 ha

• Zabudowa niska F_n=30,8 ha

• Zabudowa jednorodzinna F_j=37 ha

• Usługi F_u=30,8 ha

• Przemysł F_p=16,8 ha

SUMA 138,2 ha

Po zaprojektowaniu układu sieci dokonano, zgodnie z zasadą dwusiecznych kątów, podziału powierzchni miasta na powierzchnie cząstkowe przynależne poszczególnym odcinkom sieci. Następnie obliczono wielkości poszczególnych powierzchni cząstkowych i wpisano na plan.

4. Schematy obliczeniowe. Obliczenia zaprojektowanej sieci wodociągowej.

W celu przeprowadzenia obliczeń hydraulicznych najpierw obliczono jednostkowe współczynniki rozbioru wody w godzinie maksymalnego zużycia wody przez miasto. Korzystano ze wzorów:

• Dla zabudowy wysokiej

• Dla zabudowy niskiej

• Dla zabudowy jednorodzinnej

• Dla przemysłu

• Dla usług

Następnie wyznaczono rozbiory odcinkowe i węzłowe w godzinie maksymalnego zużycia wody przez miasto, mnożąc wyżej obliczone współczynniki i powierzchnie cząstkowe przynależne każdemu odcinkowi sieci.

Wyniki tych obliczeń przedstawiono na schemacie. Schemat ten obejmuje układ geometryczny sieci z podanymi na nim:

• Założonymi kierunkami przepływów wody,

• Punktami zasilania sieci w wodę oraz ilością dostarczanej wody,

• Wartościami rozbiorów odcinkowych i węzłowych,

• Wartościami przepływów początkowych i końcowych na każdym odcinku sieci.

Natomiast schemat obliczeniowy przy minimalnych godzinowych rozbiorach wody przez miasto przygotowano podobnie jak dla maksymalnych godzinowych rozbiorów. Jednakże rozbiory odcinkowe i węzłowe w tym wariancie wyznaczono na podstawie wcześniej obliczonych rozbiorów maksymalnych, zmniejszając je o współczynnik 

W tym przypadku 

Należy pamiętać, iż przy minimalnych godzinowych rozbiorach wody przez miasto przepływ wody następuje od stacji uzdatniania wody i pompowni II stopnia do zbiornika końcowego, najwięcej wody płynie najkrótszą drogą, natomiast przy maksymalnych godzinowych rozbiorach, przepływ wody następuje nie tylko ze SUW ale woda również płynie ze zbiornika końcowego.

Wyniki tych obliczeń przedstawiono na schemacie.

Przepływy obliczeniowe są to przepływy miarodajne do zaprojektowania średnic przewodów oraz wyznaczenia strat ciśnienia. Przyjęto, że odcinki przewodów są odcinkami równomiernie wydatkującymi. Przepływ obliczenowy wyznacza się ze wzoru:

Q=Q_k+0,55Q_o

gdzie

Qk-natężenie przepływu na końcu odcinka [l/s],

Qo-rozbiór wody na długości odcinka [l/s].

Średnicę, prędkość oraz jednostkowy spadek ciśnienia dla danego przepływu obliczeniowego odczytujemy z nomogramu do obliczania strat hydraulicznych i natężenia przepływu w rurach żeliwnych i stalowych dla chropowatości bezwzględnej k=1,50 mg według Colebrooka i White'a.

Żeby odczytać te wartości należy początkowo założyć prędkość v=1m/s. Wówczas dla tej prędkości i przepływu obliczeniowego dobieramy średnicę (najmniejsza możliwa równa jest 100 mm) i dla tej średnicy oraz przepływu odczytujemy spadek oraz prędkość.

Jednakże odczytywanie tych parametrów wykonywano jednocześnie dla maksymalnych i minimalnych rozbiorów godzinowych przez miasto, ponieważ średnice dobierano dla większego przepływu obliczeniowego.

Wysokość strat ciśnienia obliczono ze wzoru:

gdzie

l-długość odcinka przewodu [m],

i-jednostkowy spadek ciśnienia [%_o].

Korygowanie przepływów wykonano metodą Crossa i Łobaczewa. Podstawę tej metody stanowią dwa warunki:

• Suma dopływów w węźle powinna być równa sumie odpływów z każdego węzła,

• Algebraiczna suma strat ciśnienia w każdym pierścieniu powinna być równa 0.

Metoda ta polega na kolejnych przybliżeniach. Przepływy są korygowane w sposób, iż w kolejnych przybliżeniach do przepływu poprzedniego dodawana jest poprawka obliczona ze wzoru:

Postępujemy tak do momentu, aż suma strat ciśnienia w każdym pierścieniu (wartość bezwzględna) będzie mniejsza od 0,5 m.

Ponieważ w tym przypadku zbiornik wyrównawczy jest zbiornikiem końcowym nie wykonano sprawdzenia metodą Crossa schematu obliczeniowego w przypadku wystąpienia pożaru w mieście.

Jednakże dokonano obliczeń wartości rozbiorów odcinkowych i węzłowych, zmniejszając te rozbiory o wspólczynik A:

oraz sporządzono schemat obliczeniowy.

5. Sporządzenie linii ciśnienia dla zaprojektowanej i zwymiarowanej sieci wodociągowej.

Linię ciśnienia wykreśla się na rysunku profilu podłużnego przewodu. W tym przypadku wybrano najdłuższą drogę od pompowni do zbiornika końcowego

W celu sporządzenia wykresu linii ciśnienia wykorzystano obliczenia wykonane w poprzednim ćwiczeniu. Mianowicie z ostatniego przybliżenia dla odpowiednich odcinków przepisano wartości przepływu obliczeniowego Q_obl., prędkości v, jednostkowego spadku ciśnienia i, strat ciśnienia h_i, średnicę d, długość odcinka L.

Ciśnienie dostateczne obliczono według wzoru:

gdzie

n - liczba kondygnacji,

• Dla zabudowy wysokiej n=5,

• Dla zabudowy niskiej n=2.

1 - strata ciśnienia na wodomierzu mieszkaniowym,

2,5 - strata ciśnienia na wodomierzu mieszkaniowym,

(5 ÷ 10) - wymagane ciśnienie na najwyższym, najdalej oddalonym miejscu od zaworu,

(0,8 ÷ 1,5) - straty ciśnienia przy przepływie przez poziome przewody,

(2,8 ÷ 3,0) - wysokość jednej kondygnacji.

Dla zabudowy wysokiej:

Dla zabudowy niskiej i jednorodzinnej

Rzędna ciśnienia dostatecznego jest to suma ciśnienia dostatecznego i rzędna terenu (rzędną terenu odczytano z planu zagospodarowania przestrzennego).

Rz_cd=Rz_t+H_d

Obliczanie rzędnych linii ciśnienia przy maksymalnych rozbiorach godzinowych rozpoczyna się od węzła najniekorzystniejszego - największą wartość rzędnej ciśnienia dostatecznego przepisano do kolumny rzędnej linii ciśnienia i kolejno dodawano bądź odejmowano straty ciśnienia w zależności od kierunku przepływu wody.

Ciśnienie w węźle jest to różnica rzędnej linii ciśnienia i rzędnej terenu.

H_c= Rz_lc - Rz_t

Należy pamiętać, że ciśnienie w węźle nie może być wyższe niż 0,6MPa i niższe niż wymagane ciśnienie gospodarcze.

Linię ciśnienia przy minimalnych rozbiorach godzinowych rozpoczyna się od zbiornika wyrównawczego. Rzędną linii ciśnienia w węźle „zbiornik wyrównawczy” otrzymuje się, dodając do znanej rzędnej linii ciśnienia przy rozbiorach maksymalnych godzinowych wysokość wody w zbiorniku. W tym przypadku jest to H=9,17 m.

Rzędną osi przewodu wyznaczono wiedząc, że głębokość pokrycia przewodu warstwą gruntu waha się w granicach od 1,4 m do 1,8 m w zależności od średnicy przewodu i strefy przemarzania gruntu związaną ze strefą klimatyczną. Przyjęto, że warstwa gruntu równa jest 1,4. Oś przewodu znajduje się pod powierzchnią terenu o 1,4+0,5d, przy czym d - średnica przewodu.

6. Zaprojektowanie rozmieszczenia uzbrojenia sieci wodociągowej.

Wzdłuż przewodów magistralnych o średnicach większych niż 250 mm zaprojektowano równoległe przewody rozbiorcze o średnicy 150 mm z odpowiednim dla nich uzbrojeniem.

Zasuwy (uzbrojenie regulujące) umieszczone w węzłach są to zasuwy węzłowe, a na odcinkach zasuwy liniowe. Przewód o średnicy mniejszej został oddzielony od przewodu o średnicy większej.

Przewód rozdzielczy został oddzielony od przewodu głównego.

Zasuwy liniowe umieszczone w odstępach

• Na przewodach rozdzielczych od 200 do 400 m,

• Na przewodach magistralnych od 500 do 700 m.

• Na przewodach przesyłowych brak zasuw ze względu, że umieszczane powinny być w odległościach nie większych niż 5 km

Hydranty (uzbrojenie czerpalne) - ich głównym celem jest dostarczenie wody na wypadek pożaru. Nie powinny być umieszczone w odległościach większych niż 100 m.

Powinny być umieszczone przede wszystkim na przewodach rozdzielczych, w miejscach łatwo dostepnych, wzdłuż dróg i ulic oraz w miejscu ich skrzyżowań.

Odpowietrzniki (uzbrojenie zabezpieczające) instaluje się na przewodah o średnicy większej niż 250 mm.

W każdym punkcie szczytowym profilu podłużnego powinien znajdować się odpowietrznik, przed i za zasuwą jeśli taka zauwa jest.

Każdy odcinek między zasuwami powinien mieć opowietrzenie w wyższym punkcie przewodu przed zasuwą.

Odwodnienia (uzbrojenie regulujące) taka samo jak odpowietrzenia umieszcza się na przewodach o średnicy powyżej 250 mm. W każdym najniższym punkcie profilu podłużnego powinno znajdować się odwodnienie, przed i za zasuwą, jeżeli taka zasuwa jest.

Każdy odcinek między zasuwami powinien mieć odwodnienie w niższym punkcie przed zasuwą.

7. Zaprojektowanie pompowego układu ujęcia wody za pomocą studzien wierconych

Dane hydrogeologiczne terenu:

• Wysokość ciśnienia piezometrycznego nad spągiem warstwy wodonośnej
  H=60 m

• Miąższość warstwy wodonośnej
  m=26 m

• Współczynnik filtracji
  k_f=14m/d

• Średnica zewnętrzna filtru
  d_z=508 mm

• r=254 mm

• Położenie statycznego zwierciadła w studni pod powierzchnią terenu
  40 m

Celem ćwiczenia jest obliczenie ilości studzien i parametrów ich pracy, opracowanie schematu rozmieszczenia studzien i przewodów tłocznych, obliczenia hudrauliczne przewodów tłocznych, sporządzenie wykresu linii ciśnienia, dobór pomp głębinowych.

Dla studni zupełnej w zbiorniku wody o zwierciadle napiętym korzystano ze wzoru:

[m³/s]

Gdzie:

k_f - współczynnik filtracji gruntu [m/d],

m - miąższość [m],

s - depresja [m],

R - zasięg leja depresji [m],

r - promień studni [m].

Zasięg leja depresji R obliczony został ze wzoru:

[m]

Eksploatacyjna wydajność studni zalezy od średnicy i długości filtru i może być określana jako wydajność filtru ze wzoru:

gdzie

Q_f- eksploatacyjna wydajność studni (wydajność filtru) [m³/s],

d_f- średnica zewnętrzna filtru [m],

l_f- długość filtru [m],

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

Przez prędkość wlotową rozumie się prędkość przepływu wody podziemnej na granicy między warstwą wodonośną a zewnętrzną powierzchnią filtru. Dopuszczalna prędkość v_dop jest to taka największa prędkość wlotowa, która nie powoduje sufozji mechanicznej gruntu i obsypki, a także kolmatacji chemicznej filtru i przyległej warstwy gruntu. Do obliczenia studzien wodociągowych o długotrwałym działaniu zalecana jest formuła Treulsena:

Wyznaczenie charakterystyki studni.

Ponieważ wykres wydajności studni jest linia prostą, wystarczy wyznaczyć jeden punkt charakterystyki, np. s=5 m,

stąd

czyli Q=1529,28m³/d.

Wyznaczenie charakterystyki filtru.

Dopuszczalna prędkość wlotowa do filtru:

Wyznaczono jeden punkt charakterystyki, np. l=20 m

czyli Q_f=1162,78 m³/d

Obliczenie ekslopatacyjnej wydajności studni.

Długość filtru ograniczona jest miąższością warstwy wodonośnej i wynosi l=m-1=26-1=25 m.

czyli Q_eks=1451,52m³/d

Odczytano z wykresu s_eks=5 m

Stąd R_eks=190 m

Obliczenie liczby studzien.

Niezbędną liczbę studzien dla pokrycia zapotrzebowania na wodę można obliczyć ze wzoru:

gdzie

Q_{d max} - maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę.

czyli

Łączna liczba studzien n+1 równa jest 11.

Wydajność pojedynczej studni

Q_s=13355/11=1212,27 m³/d

Czyli Q_s<Q_eks

S=4 m

R=152 m

Lokalizacja studzien.

Parametry obliczeniowe pojedynczej studni przyjęto:

Q_eks=1212,27 m³/d >Q_s=1332m³/d >Q_s=1451,52 m³/d

Czyli s=4,2

R=159 m

Ustalenie parametrów pracy grupy studzien.

Skorygowane wartości wydajności poszczególnych studzien uwzględniające ich wpółdziałanie obliczamy korzystając z metody Altowskiego.

Studnia 1 - oddziałuje studnia 2.

Obliczenia wykonano według wzorów.

Obniżenie zwierciadła wody w studni odległej o x od studni pracującej:

,

przy czym Q jest to wydajność studni przy depresji s bez uwzględniania współdziałania innych studzien.

Wspólczynnik wpływu dla studni:

Wydajność studni przy współdziałaniu z sąsiednią studnią:

Studnia 2 - oddziałuje studnia 1, 3.

t_2-1=t_1-2=0,22m

Studnie 6, 7, 11 mają takie same charakterystyki jak studnia 1, ponieważ na każdą z nich oddziałuje tylko jedna studnia.

Studnie 2, 3, 4, 5, 8, 9, 10 mają taką charakterystykę jak studnia 2, ponieważ na każdą z nich oddziałują dwie studnie.

W czasie eksploatacji ujęcia założono, że będzie pracowało 11 studzien. Nie pracująca studnia to 12. Wydajność ujęcia obliczono ze wzoru:

czyli

Ponieważ wydajność ujęcia jest mniejsza niż Q_d,max należy skorygować wydajność pojedynczej studni. W tym przypadku obliczenia pozostawiono na tym etapie, bez poprawek.

Obliczenia hydrauliczne przewodów tłocznych.

Obliczenia polegają na wyznaczeniu średnicy przewodu, jednostkowego spadku linii ciśnienia oraz strat liniowych. Wykorzystano nomogram do wymiarowania przewodów z rur żeliwnych lub stalowych przy k=1,5. Średnicę dobrano zakładając prędkość w przewodzie 1 m/s. Wyniki obliczeń przedstawiono w tabeli.

Nr węzła	Nr odcinka	Przepływ na odcinku [l/s]	Długość [m]	Średnica [mm]	Prędkość [m/s]	I %o	hi [m]	Rzędna linii ciśnienia m n.p.m.	Rzędna wysokości podnoszenia pompy [m]	Wymagana wysokość dławienia
st1								259,16	309,4	3,04
	st1-A	15,3	56,2	150	0,89	10	0,56
A								258,60
	A-B	15,3	100	150	0,89	10	1,00
B								257,60
	B-C	29,4	100	200	0,9	7	0,70
C								256,90
	C-D	43,5	100	250	0,87	5	0,50
D								256,40
	D-L	87	250	300	1,1	7	1,75
L								254,65
	L-stU	159,9	100	450	0,95	2,5	0,25
stU								254,4
	-	-	-	-	-	-
st11								256,91	309,4	5,09
	st11-N	15,3	56,2	150	0,89	10	0,56
N								256,35
	N-M	15,3	100	150	0,89	10	1,00
M								255,35
	M-L	29,4	100	200	0,9	7	0,70
L								254,65

Obliczenia rzędnych linii ciśnienia.

Rzędne linii ciśnienia ustalamy, zaczynając od wymaganego ciśnienia na stacji uzdatniania wody, które wynosi 7 m nad poziomem terenu czyli

Natomiast rzędne w pozostałych węzłach obliczono według wozru:

gdzie

R_zlci-rzędna linii ciśnienia w punkcie i przewodu tłocznego [m],

R_zlcstu-rzędna linii ciśnienia na wlocie do stacji uzdatniania wody [m],

h_i-st-straty ciśnienia na drodze od stacji uzdatniania do punktu i [m].

Wymaganą wysokośc podnoszenia pompy w studni obliczono ze wzoru:

H_pw=R_zlcs-RzZd

gdzie

H_pw-wymagana wysokośc podnoszenia pompy zainstalowanej w studni [m],

R_zlcs-rzędna linii ciśnienia w przewodzie tłocznym studni [m],

RzZd-rzędna zwierciadła dynamicznego w studni [m].

H_pw=259,16-(254,4-40-2)=46,96 m

Rzędna wysokości podnoszenia pompy jest to suma rzędnej zwierciadła dynamicznego i wysokość podnoszenia pompy odczytana z charakterystyki pompy.

Rz_Hp=RzZd+H_p

Rz_Hp=254,4+55=309,4 m

Korzystając z katalogu dobrano pompę GBC.4.07 o parametrach:

Q [m^3/h]	51	52	55
H [m]	57	55	50

Wymiary pompy:

średnica 148mm, długość 1705 mm. Z charakterystyki pompy przedstawionej poniżej odczytano, że przy wymaganej wydajności Q_p=15,3 dm³/s=55 m³/h wysokość podnoszenia pompy jest równa H_p=50 m. Stąd wysokość dławienia dla pompy znajdującej się w studni nr 1 wynosi 3,04 m. Natomiast dla pompy znajdującej się w studni nr 11 wysokość dławienia równa jest 5,09 m.

Charakterystyka pompy (pobrana ze strony producenta).

Wysokość dłwienia obliczono według wzoru:

H_d=H_p-H_pw

gdzie

H_d-wysokość dławienia [m],

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

H_pw-wymagana wysokość podnoszenia pompy [m].

H_d=50-46,96=3,04 m

Wykonano również obliczenie dla stacji jedenastej

H_d=50-44,91=5,09 m

---