WYKLAD 6

Ad. 2d) Ujmowanie wód podziemnych za pomocą studni wierconych

Za pomocą studni wierconych ujmujemy powszechnie zarówno wody płytkie jak i głębokie. Budowę studni wierconej musza poprzedzać badania w celu stwierdzenia (ustalenia) zasobów wody (kat. A, B lub C). Studnia wiercona składa się z następujących podstawowych części (rys. 70):

1. Rury filtrowej, którą zakłada się w warstwie wodonośnej. Jest ona przystosowana do przepuszczenia wody i zatrzymania materiału wodonośnego (w czasie pobierania wody cząsteczki najdrobniejsze kierują się w kierunku filtra. Część z nich przedostaje się do środka a część z nich się osadza).

2. Rury eksploatacyjnej (okładzinowa część filtra) - stanowiącej osłonę i zabezpieczenie otworu studziennego od warstwy wodonośnej aż do powierzchni Ziemi (do budowy studni). Rury okładzinowe mogą składać się z przewodów o różnych średnicach. Zależy to od głębokości założenia rury filtrowej.

3. Obudowa studni - jest zakończeniem studni i jednocześnie zabezpieczeniem przed jej uszkodzeniem.

Rodzaje studni wierconych (rys. 43)

- Studnie filtrowe (rys. 43c, d, e) - mają rury okładzinowe, które początkowo doprowadzane są do dna warstwy wodonośnej, a następnie, po założeniu filtra podciągane są w górę dla odsłonięcia filtru. Pozostają one jako rury eksploatacyjne (rys. 43 c) albo jako okładzinowe po założeniu filtru z przedłużoną rurą nadfiltrową zostają całkowicie wyciągnięty (rys. 43d). Wreszcie przy znacznych głębokościach wykonanie jest podobne jak w przypadku 43 c, z tym, że dla dojścia z rurą okładzinową na konieczną głębokość niezbędne jest uprzednie zapuszczenie rury prowadnikowej. Ewentualnie zastosowanie dodatkowo rur pośrednich (teleskopowo) (rys. 43 e).

- Studnie bezfiltrowe (rys.43a, b) - mają rury okładzinowe doprowadzone do warstwy wodonośnej i zamiast filtrów mają otwór (w przypadku warstwy wodonośnej skalistej) lub lej (w przypadku warstwy wodonośnej piaszczystej). Studnie bezfiltrowe stosuje się przeważnie do ujmowania wody artezyjskiej pod ciśnieniem, a studnie filtrowe - zasadniczym elementem tych studni jest filtr. Umożliwia on dopływ wody do studni z równoczesnym zatrzymaniem ziaren warstwy wodonośnej. Urządzenia czerpne (rury ssawne pomp, pompy głębinowe) znajdują się wewnątrz studni.

Rura filtrowa składa się z trzech części (rys. 43 e, 44 - 49)

1. Rura podfiltrowa - umieszczona pod filtrem właściwym. Spełnia rolę osadnika. Powinna być zagłębiona w warstwę nieprzepuszczalną, by nie tracić długości czynnej filtru (rys.48, 49).

2. Rura nadfiltrowa - stanowi przedłużenie filtru właściwego, wchodzi w rurę eksploatacyjną, a między tymi dwoma rurami zakłada się uszczelnienie (rys. 50, 51, 52).

3. Filtr właściwy - o długości L - decyduje o wydajności studni.

Konstrukcje filtrów są różnorodne pod względem elementów składowych jak i materiałów. Można je podzielić na:

- filtry perforowane - wykonane są z rur zaopatrzonych w otwory okrągłe lub prostokątne (rys. 57, 58, 59)

- filtry siatkowe - wykonane są z siatek różnego rodzaju, różnej gęstości, osadzanych na rurach szkieletowych perforowanych (rys. 60 - 63).

- filtry żwirowe - ich powierzchnia filtrująca wykonana jest z osypki piaskowo - żwirowej wokół rur szkieletowych perforowanych (rys. 54 - 62). Osypka żwirowa złożona jest najczęściej z 2 lub 3 warstw, nie powinna być w sumie cieńsza niż 15 cm.

Filtry żwirowe można podzielić dodatkowo na:

- filtry żwirowe obsypkowe - wykonane w otworze studziennym. Składają się z rury szkieletowej perforowanej i obsypki jedno dwu lub trzywarstwowej

- filtry żwirowe zapuszczane - wykonane na powierzchni terenu. Należą do nich:

• filtry okładzinowe blokowe - wykonane w formie bloków ze żwirów o ustalonej gradacji

• filtry osłonowe (płaszczowe) - których osypka żwirowa dokoła rury rdzeniowej perforowanej (lub siatki) została otoczona siatką o oczkach odpowiadających granulacji obsypki (rys. 56)

• filtry koszykowe (kieszeniowe) - składają się z szeregu kieszeni - koszyczków, umieszczonych wokół rury filtrowej perforowanej (rys. 54).

Wymiary filtra właściwego:

1. Długość filtra powinna być jak największa i dostosowana do miąższości warstwy wodonośnej z uwzględnieniem depresji zwierciadła wody i ze skoku hydraulicznego w czasie eksploatacji studni. Zbyt długie filtry powodują niebezpieczeństwo depresji, która powoduje odsłonięcie górnej części filtra i przedostawanie się powietrza co jest niekorzystne z uwagi na korozję płaszcza studni i ewentualnie wytrącanie żelaza i manganu. Raczej skracamy długość czynną filtra, aby uniknąć w/w niespodzianek.

2. Średnica filtra
   [m]

Gdzie:

d_c - średnica czynna filtra

Q - wydajność studni [m³/s]

L_c - długość czynna filtra [m]

v_dop - dopuszczalna prędkość wlotowa (filtracji) liczona na całej powierzchni czynnej filtra [m/s]

Dopuszczalną prędkość liniową możemy policzyć:

1. Wzór wg. Sichardta:

[m/d]

Dla studzien pracujących w sposób nieciągły (przerywany) od kilku do kilkudziesięciu godzin na dobę i przez możliwie długi okres (do kilku lat) z przeznaczeniem dla osiedli wiejskich, dla celów przeciwpożarowych oraz dla studni awaryjnych

2. Wzór wg Truelsena:

[m/d]

Dla studzien mających pracować w sposób ciągły na okres kilkudziesięciu lat (studnie powinny gwarantować dużą wydajność i pewność działania - zastosowanie dla wodociągów miejskich, osiedli miejskich i przemysłu).

3. Wzór wg Abramowa:

Dla studni mających pracować krótki czas (od kilku dni do kilku lat) - zastosowanie np. dla celów odwodnieniowych w terenach miejskich i przemysłowych

3. Powierzchnia filtrująca

- siatka filtracyjna - odpowiedni numer siatki można dobrać na podstawie krzywej przesiewu. Numer siatki powinien być dostosowany do uziarnienia warstwy wodonośnej. Siatkę, która przepuści 40 ÷ 50 % wagowo próbki, można uznać za właściwą.

- obsypka żwirowa - średnica obsypki zewnętrznej musi odpowiadać równaniu:

10 d_w > d_z > 20 d_m

gdzie:

d_m - Średnica najmniejszych ziaren warstwy wodonośnej, które utrzymują się na powierzchni warstwy żwirku filtracyjnego przy pompowaniu z pełną wydajnością

d_w - średnica największych ziaren warstwy wodonośnej

d_z - średnica ziaren zewnętrznej warstwy żwirku filtracyjnego [mm]

(Rys 47, 64 - 70).

Studnie wiercone wykonuje się przez odwiercenie odpowiedniego otworu wiertniczego, zabezpieczenie go przez zarurowanie, ustawienie filtru na ustalonej głębokości, wreszcie wykonanie obudowy - głowicy studni.

Każda studnia powinna mieć następujące wyposażenie:

1. Rurociąg, który może być rurociągiem ssawnym, gdy woda jest czerpana za pomocą pompy umieszczonej w obudowie studni albo poza nią, względnie rurociągiem tłocznym, gdy pompa jest zatopiona w studni (pompa głębinowa).

2. Zasuwa odcinająca umożliwiająca odłączenie studni od urządzenia czerpalnego.

3. Klapę zwrotną na rurociągu tłocznym.

4. Wodomierz lub inne urządzenie pomiarowe umożliwiające pomiar ilości czerpanej wody.

5. Urządzenie do pomiaru położenia zwierciadła wody w studni.

6. Urządzenia do czerpania wody (pompy, podnośniki) wraz z wyposażeniem.

Obudowa studni (rys. 55, 64 - 68) powinna być wentylowana, powinna posiadać zabezpieczone wejście. Spód komory i ściany musi być zabezpieczony przed wilgocią.

Ad.2e) Ujmowanie wody gruntowej za pomocą zespołu studzien.

Rzeczywiste ujęcie dla miasta, osiedla składa się z wielu studzien, nawet kilkuset. Wydajność pojedynczej studni jest większa niż studni pracującej w zespole. Teoretyczna liczba studzien wyniesie:

Gdzie:

Q_e - wydajność eksploatacyjna pojedynczej studni

Q_dmax - maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę przez miasto

Q_zw - woda na potrzeby własne wodociągu

Q_u - wymagana wydajność ujęcia

Każde ujęcie powinno posiadać studnie rezerwowe (kilka do kilkunastu studni). Rzeczywista liczba studzien wyniesie:

Gdzie:

n_s - teoretyczna liczba studzien

n_r - liczba studni rezerwowych

α - współczynnik rzeczywistej wydajności zespołu studzien (α = 1, jest to przypadek nieoddziaływania studni na siebie; α < 1, jest to przypadek wzajemnego oddziaływania studni na siebie).

Rozstaw studzien powinien zapewnić nieoddziaływanie studni na siebie lub oddziaływanie najmniejsze, a zależy on od promienia depresji R, oraz od szerokości pasa zasilania L i wynosi przeważnie 30 ÷ 200 m (tab. 1 i 2, rys. 71, 71).

Studnie należy rozmieszczać w miarę możliwości prostopadle do kierunku spływu wód gruntowych tak, aby maksymalnie wykorzystywać zasoby wód gruntowych.

Zespół studni współpracujących połączony jest rurociągami ze zbiornikami wody, skąd woda jest ponownie czerpana i dostarczana do dalszych urządzeń (w małych ujęciach typu wiejskiego może być tłoczona bezpośrednio do sieci, pod warunkiem spełnienia warunków sanitarnych i ilości dopuszczalnych substancji zawartych w wodzie).

Rodzaje rurociągów doprowadzających wodę:

- lewarowe

- ssące

- tłoczne

- grawitacyjne

Układ zbiorczy lewarowy stosowany jest na ujęciach, gdy zwierciadło wody podziemnej leży płytko pod terenem, a wytworzona depresja umożliwia zasysanie z wód podziemnych wody. Przewodem lewarowym woda spływa do studni zbiorczej pod ciśnieniem mniejszym niż atmosferycznym. Typowy układ lewarowy składa się z (rys. 43)

3. Przewodu lewarowego, który układa się wzdłuż linii studzien w odległości 4 ÷ 5 m od linii studzien (zgodnie z kierunkiem przepływu wody) - poza obszarem ewentualnego przemieszczania się gruntu. Aby zapewnić pobór wody ze studzien głowica lewara powinna leżeć nie wyżej jak 7 m ponad najniższym dynamicznym zwierciadłem wody. Dla umożliwienia odpowietrzenia lewara (wydobywające się z wody powietrze i gazy pod wpływem obniżonego ciśnienia) należy go układać ze wzniosem w kierunku studni zbiorczej lub przepompowni. Wzniesienie to jest ograniczone wysokością umożliwiającą grawitacyjny przepływ wody przy ciśnieniu niższym od atmosferycznego. Im lewar dłuższy tym jednostkowe wzniesienie może być mniejsze i odwrotnie. Np. lewary krótkie wznoszą się ze wzniosem 5 ÷ 2 ‰, długie 1,0 ÷ 0,2 ‰. Długie lewary buduje się w kształcie schodków rys. 74 (załamują się i odpowietrzają kilkakrotnie). Wzdłuż lewara powstaje spadek linii ciśnienia, powodującego ruch wody od studni najbardziej odległej w stosunku do studni zbiorczej. W związku z tym wykorzystanie sprawności poszczególnych studzien jest nierównomierne. Studnia najdalej położona będzie miała najmniejszą wydajność (s₁) a studnia najbliższa największą wydajność (s₄). Wielkość depresji (s₁ < s₄) pokazuje rys. nr 73.

Aby wszystkie studnie pracowały równomiernie, zgodnie z ustaloną wydajnością i depresją, powinny być położone skośnie do kierunku spływu wód gruntowych, w taki sposób, aby statyczny spadek zwierciadła wody gruntowej w studniach odpowiadał mniej więcej spadkowi linii ciśnienia dynamicznego w lewarze rys. nr 75, 76, 77. Taki układ umożliwia zastosowanie większych prędkości przepływu w lewarze, które normalnie nie powinny przekraczać O,6 ÷ 0,7 m/s.

Połączenie lewara ze studnią powinno być wykonane pod kątem 45°. Lewary powinny spełniać następujące warunki:

• Regulować samoczynnie prędkość przepływu w możliwie szerokich granicach

• Samoczynnie odpowietrzać się

• Sprawność lewarów powinna być osiągana przy odpowiadającym jej najkorzystniejszym spadku

2. Wyposażenia umożliwiającego eksploatację lewara - odpowietrzenie lewara - powietrze gromadzi się w głowicy lewara. Głowicę umieszcza się przeważnie w studni zbiorczej. Gromadzące się powietrze usuwane jest za pomocą pomp próżniowych, uruchamianych ręcznie lub automatycznie. Rys. 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83

3. Studni zbiorczej - (rys. 83) Studnia zbiorcza stanowi zakończenie rurociągu lewarowego. Musi posiadać niezbędną pojemność i głębokość, która pozwala na łagodne uruchomienie układu lewarowego. Rurociągi lewarowe i ssawne powinny być zanurzone stale w wodzie. Studnie zbiorcze z reguły wykonywane są jako studnie zapuszczane.

WYKLAD 7

Ad. 2e) Ujęcia wody gruntowej promieniste systemem:

1. Raneya - Ujęcia za pomocą studzien z filtrami poziomymi.

Studnie te są w stanie zastąpić zespól studni wierconych. Najbardziej nadają się do zastosowania w warstwach wodonośnych o dużych zasobach. Zakłada się je pod zbiornikami wód powierzchniowych (rzeka, jeziora). Ujęcia te oparte są na wodzie infiltracyjnej. Filtry zakładane są tutaj poziomo (rys. 84). Głębokość posadowienia filtrów ok. 30 ÷ 40 m pod terenem. Woda infiltrowana powinna przebywać około 40 ÷ 50 dni w gruncie w celu nabrania cech wody gruntowej.

Ujęcie systemu Raneya składa się ze studni zbiorczej żelbetowej o średnicy 4 ÷ 5 m zapuszczonej w głąb warstwy wodonośnej; jest to studnia z zabetonowanym dnem; oraz szeregu rur filtrowych o średnicy 200 ÷ 250 mm wciśniętych poziomo promieniście lub wachlarzatowato w warstwę wodonośną (rys. 84, 85). Rury zakłada się na kilku poziomach (1 ÷ 3) długość rur filtrowych mniej więcej 30 ÷ 60 m, a niekiedy do 100 m.

Dolna cześć studni jest wzmocniona. Wzmocnienie to powinno przenieść ciśnienie powstające w czasie wciskania w filtrów w grunt wzmocnienie wykonuje się w postaci płaszcza stalowego od zewnętrznej i wewnętrznej z otworami o średnicy 400 mm, dla wprowadzenia w grunt wodonośnych rur filtrowych pozapuszczaniu studni na właściwą głębokość. Otwory podczas zapuszczania studni zabezpieczone są tulejami (krućcami) z zakończeniem od wewnątrz studni kołnierzami, a od zewnątrz kielichami z założonymi szczelnie dębowymi pokrywami. Pokrywy zamykają otwór w czasie opuszczania studni.

W tuleje te będą wprowadzone rury filtrowe, a uszczelnienie dławicowe zabezpieczy przed wpływaniem do studni nawodnionego pisaku. Rury stalowe grubościenne perforowane wciskane są bezpośrednio w grunt za pomocą pras hydraulicznych. W odcinku 2,4 m spawane ze sobą. Pierwszy odcinek rury zaopatrzony jest w tak zwany but (stalowa głowica stożkowa ułatwiająca wciskanie rur, a zarazem służy do usuwania z gruntu wodonośnego drobnego materiału przed osuwająca się rurą).

Materiał który przeszedł przez otwory w bucie odpływa specjalnie założona na czas wciskania wewnątrz rury filtrowej rurą o średnicy 50 mm do studni zbiorczej, skąd usuwany jest wraz z woda za pomocą pomp. Każda z nich wciśnięta w grunt posiada zamkniecie zasuwowe.

Objętość wypłukiwanego z gruntu materiału wynosi zwykle 3-krotną objętość wtłoczonej rury filtrowej i stanowi od 70 ÷ 80% uziarnienia warstwy wodonośnej. Na skutek tego wokół rury powstaje naturalny filtr o średnicy 1,8 ÷2,4 m, składający się z najdrobniejszych ziaren warstwy wodonośnej.

Zaletą ujęć promienistych jest bardzo znaczne wykorzystanie zasobów ujmowanych wód (do 90%, a niekiedy więcej). Bardzo duża wydajność takiego ujęcia zastępuje nawet kilkadziesiąt studni wierconych pionowych. Do wąd studni Raneya można zaliczyć:

• konieczność stosowania bardzo kosztownych grubościennych rur filtrowych ze stali nierdzewnej

• trudności w dostosowaniu perforacji rur w stosunku do uziarnienia gruntu

• trudności zastosowania rur filtrowych tego typu do ujmowania wód z utworów różnoziarnistych

Istnieją inne zmodernizowane rozwiązania ujęć promienistych, ale zasada działania jest podobna.

2. Fehlmana (rys. 86)

Zamiast rury filtrowej wciskane są (podobnie jak przy ujęciach za pomocą studni wierconych pionowych) rur pełnościennych stalowych okładzinowych zaopatrzonych w głowicę (but perforowany) rozluźniającą grunt warstwy wodonośnej w miarę wciskania rur, a zarazem umożliwiającą usuwanie wraz z wypływającą wodą drobnoziarnistych frakcji gruntu, które następnie rurą materiałową są odprowadzane do studni zbiorczej, skąd wypompowane jest na zewnątrz. W tak przygotowany otwór wprowadzamy rurę filtrową cienkościenną o perforacji dostosowanej do wzmacniania warstwy wodonośnej po założeniu rury filtrowej usuwa się rurę okładzinową odsłaniając filtr (rury te można wykorzystać wielokrotnie, a but pozostaje w gruncie).

3. Preussag (rys. 87)

Tutaj postępuje się podobnie jak w systemie Fehelmana z tą różnica, że w rurę okładzinową wprowadza się rurę filtrową o średnicy odpowiednio mniejszej od rury okładzinowej, a przestrzeń między rurą okładzinową a rurą filtrową wypełnia się sposobem hydraulicznym, obsypką żwirową o granulacji dostosowanej do warstwy wodonośnej. Ten system może być wykorzystywany do ujmowania wody z utworów drobnoziarnistych. Odstępy miedzy sąsiednimi studniami 500 ÷ 600 m. Głębokość studni od kilkunastu do 40 m. Wydajność ujęcia może wzrosnąć nawet kilkakrotnie w przypadku ujmowania wody pod ciśnieniem (rys. 88 ÷ 99).

Ad. 3 Ujęcia wód ze źródeł naturalnych.

Zasady obowiązujące przy ujmowaniu źródeł.

1. Nie należy zmieniać wysokości położenia wypływu źródła (zmiana może spowodować wyczerpanie zasobów źródła).

2. Należy przestrzegać szczelności źródła (cale źródło powinno być uchwycone).

3. Należy zabezpieczyć ochronę sanitarną źródła i zabezpieczyć przed zniszczeniem źródła.

4. W przypadku ujmowania za pomocą drenów - nie dopuścić do przesuwania się warstwy wodonośnej (wydajność drenu musi odpowiadać wydajności źródła).

Ad. 3a) Ujęcia źródeł wstępujących (artezyjskich) (rys. 100)

Są spotykane na nizinnych zagłębieniach; kierunek wypływu ku górze. Wydajność takich źródeł kilkadziesiąt i więcej.

Ujmowanie źródeł występujących skupionych polega na:

1. oczyszczenie miejsca wypływu wody przez zdjęcie warstwy wierzchniej gruntu

2. odsłonięcie czystej warstwy wodonośnej

3. obudowanie miejsca wypływu za pomocą studni kopanej (komorowej) kołowej lub prostokątnej

4. dno studni wysypuje się żwirkiem granulowanym lub grubym piaskiem

5. ściany studni na wysokości warstwy nieprzepuszczalnej obłożyć warstwą iłu plastycznego lub tłustej gliny (grubość warstwy 0,3 ÷ 0,5 m)

6. całość należy przysypać gruntem rodzimym (zabezpieczyć przed wypływem temperatury zewnętrznej)

Wyposażenie komory:

• przewód czerpalny zakończony klapą i zamkiem zasuwowym

• przewód przelewowy zakończony klapą zwrotną i siatką (zabezpieczającą przed zwierzętami)

• rura wentylacyjna zaopatrzona w siatkę (by ptaszki się nie przedostawały:)

• szczelny właz otworu kontrolnego (otwór zamknięty)

Przykład grupowego (dla kilku wypływów) ujęcia pokazany na rys. 104. W niektórych przypadkach ujęcie źródeł skupionych można przedłużyć w głąb warstwy wodonośnej w postaci sztolni (rys. 105).

Ad. 3b) Ujęcia źródeł warstwowych

Ujecie źródeł warstwowych odbywa się za pomocą ciągów poziomych chwytających wódę na całej długości wypływu za pomocą drenów lub sztolni (rys. 106 ÷ 108). Galerie mają z reguły wymiary przełazowe; wykonywane sposobem górniczym lub w otwartym wykopie. Zabezpieczanie tych ujęć jest podobne do ujęcia wyżej wymienionego.

,,WZBOGACANIE WOD PODZIEMNYCH”

W przypadku gdy zasoby wód gruntowych są niewystarczające (np. przy istniejącym ujęciu wód gruntowych), sięgamy do ich sztucznego wzbogacania z istniejących wód powierzchniowych. Istnieje wiele sposobów wzbogacania. Do najczęściej spotykanych można zaliczyć:

1. Infiltracja brzegowa (naturalna; rys. 109) występuje wówczas, gdy urządzenia do ujęcia wody gruntowej znajdują się w pobliżu wód powierzchniowych. Odległość ujęć od brzegu powinna wynosić 50 ÷ 100 m, aby zapewnić możliwie długi czas przepływu, który jest niezbędny do oczyszczania się wody i nabrania cech wody gruntowej. Nie należy dopuszczać do zbyt dużych prędkości dopływu wody do studni oraz napływu wody z rzeki, jeziora do gruntu - może nastąpić zamulenie porów warstwy wodonośnej namułem wciąganym wraz z wodą.

2. Rowy i stawy infiltracyjne, studnie infiltracyjne (rys. 8, 9, 10) są to najczęściej spotykane urządzenia do nawadniania (wzbogacania). Czas przepływu wody w gruncie od miejsca infiltracji do miejsca ujęcia powinna wynosić 40 ÷ 100 dni. Woda w tym czasie nabiera cech wody gruntowej. Rowy bądź stawy wykonuje się w ten sposób ze dno wysypuje się warstwą drobnego piasku o grubości 0,3 ÷ 0,5 m. Piasek zatrzymuje niesione przez wodę zanieczyszczenia i nie dopuszcza do kolmatacji gruntu wodonośnego. Po pewnym czasie (2x do roku) zgarnia się górną warstwę piasku z osadem (podobnie jak na filtrach powolnych), a po kilku takich czyszczeniach układa się nową warstwę filtrującą. Głębokość urządzeń infiltracyjnych 1,2 ÷ 2 m. W przybliżeniu można przyjąć, że zdolność filtracyjna otwartych urządzeń nawadniających wynosi 1 m³ wody na 1 m² powierzchni dna rowu i dobę.

Studnie infiltracyjne (chłonne) (rys. 10) stosowane są, gdy wodę infiltracyjną należy wprowadzić na większą głębokość z powodu dużej warstwy przykrywkowej. Konstrukcja ich przypomina studnie wiercone ujmujące wodę, ale zadanie tych studni jest odwrotne. Studnie te powinny być zaopatrzone w podwójny filtr siatkowy. Woda wprowadzona do studni powinna być oczyszczona dość dokładnie. Wtórne ujmowanie wody następuje normalnie studniami wierconymi umieszczonymi w odległości 70 ÷ 100 m od linii studzien chłonnych.

3. Dreny infiltracyjne (chłonne) zastępują rowy otwarte, są to ciągi drenów zakładane w płytkich warstwach wodonośnych; trudne do utrzymania i czyszczenia .

WYKLAD 8

Sieć wodociągowa - materiały i uzbrojenie sieci.

Sieć wodociągowa składa się z następujących elementów:

- przewody proste - prostki o przekroju kołowym

- kształtki - elementy do zmiany kierunku przepływu średnicy wykonania odgałęzień

- połączenia przewodów - pomiędzy prostkami i kształtkami

- uzbrojenie

Rodzaje rur i kształtek w zależności od materiału z którego są wykonane.

1. Przewody żeliwne - zaletą tych rur jest ich taniość, trwałość. W normalnych warunkach mogą leżeć w ziemi 60 ÷ 100 lat, nieraz i więcej. Są odporne na związki nieorganiczne oraz organiczne. Wada tych rur jest kruchość, mała odporność na uderzenia i zginanie. Ścianki są stosunkowo grube, co zwiększa ich ciężar, a więc powstają trudności transportowe i montażowe. Ciężar rur ogranicza ich długość (4 ÷ 6 m) co z kolei daje dużą ilość złączy (im więcej złączy, tym więcej możliwych punktów nieszczelności i ewentualna strata wody). Rury i kształtki są znormalizowane. Normalne ciśnienie robocze 10 kg/cm² (10 atmosfer). Przy ciśnieniu próbnym 16 kg/cm². Produkowane są również rury o podwyższonym ciśnieniu roboczym wynoszącym 16 kg/cm² (próbne 30 kg/cm²). Rury i kształtki w zależności od potrzeb powinny być zaizolowane od wewnątrz i z zewnątrz (rodzaj izolacji zależy od warunków gruntowo - wodnych, a głównie o agresywność wód gruntowych w stosunku do materiału, z którego wykonane są przewody oraz rodzaju płynu, jaki przepływa przez przewód). Powłoka izolacyjna powinna być elastyczna, odporna na odpryski, nie powinna zawierać szkodliwych dla zdrowia substancji oraz psujących smak i zapach wody. Nowoczesne rury wykonywane są z żeliwa sferoidalnego.

Izolowane są:

• dla wody pitnej - wewnątrz izolacja zaprawy z cementu hutniczego - kolor rur niebieski

• rury do wody miękkiej - izolacja wewnątrz z poliuretanu - kolor granatowy

• dla ścieków - izolacja wewnętrzna z cementu glinowego - kolor wiśniowy

• dla wód deszczowych - izolacja wewnętrzna z cementu glinowego - kolor granatowy

• dla ścieków agresywnych - izolacja wewnętrzna z poliuretanu - kolor ciemnowiśniowy

• dla rur układanych w gruntach agresywnych - z zewnątrz polietylen (granatowy) lub poliuretan (beżowy)

Rury ciśnieniowe dzielą się na kielichowe i kołnierzowe. Wykonywane są o średnicy 50 ÷ 2000 mm, inne wymiary są osiągalne na specjalne zamówienie.

Rury żeliwne kielichowe (rys.1, 2) - jeden koniec rury zaopatrzony jest w kielich a drugi koniec jest bosy. Połączenie polega na tym, że koniec bosy jednej rury wsuwamy w kielich drugiej rury i uszczelniamy sznurem konopnym i ołowiem lub jednym z materiałów zastępczych jak folia aluminiowa, cement, żelazo gąbczaste, preparaty siarkowe, bitumiczne lub inne wchodzące na rynek.

Sznur konopny smołowany ubity na 2/3 kielicha, pozostałą część powinien zajmować inny uszczelniacz.

W przypadku stosowania ołowiu lanego (na gorąco) na warstwę sznura smołowanego czarnego nakłada się warstwę sznura suchego (niesmołowanego tzw. białego). Uszczelnienie ołowiem lanym daje dużą trwałość połączenia i elastyczność. Podobne własności daje folia aluminiowa.

Nowe rury wykonane z żeliwa sferoidalnego są wytrzymałe, nieprzepuszczalne, uszczelniane za pomocą pierścieni gumowych.

Rury żeliwne kołnierzowe (rys. 3, 4) - na końcach tych rur umieszczone są kołnierze służące do połączenia tych rur. Uszczelnienie następuje poprzez włożenie uszczelki gumowej z przekładką płócienną lub klingielitem, następnie kołnierze ściąga się równomiernie śrubami (jak w kole samochodowym śruby dociągamy na przemian). Połączenie tego typu stosowane jest wszędzie tam, gdzie może zajść potrzeba szybkiej wymiany rury czy elementy uzbrojenia, np. w przepompowniach, w zbiornikach, tunelach itp. Należy unikać zakładania rur kołnierzowych bezpośrednio w gruncie, jeśli już jest to nieuniknione, np. Przy zasuwie, wówczas wskazane jest wykonanie tego połączenia w studzience. Są też inne możliwości zabezpieczenia połączenia kołnierzowego takie jak: bandażowanie i asfaltowanie, zastosowanie folii termokurczliwych, ale tego należy unikać.

Rury żeliwne ciśnieniowe o połączeniach elastycznych (rys. 5, 6) - umożliwiają szybki postęp robót oraz zastosowanie rur żeliwnych w warunkach, w których zbyt sztywne połączenie mogłoby być niekorzystne dla trwałości przewodu. Należą tutaj rury z połączeniem gwintowanym typu union dla rur o średnicy 5 ÷ 500 mm oraz połączeniem śrubowym dla rur 600 ÷ 1200 mm. Firmy produkujące armaturę i przewody dają cały wachlarz rozwiązań konstrukcyjnych, z których należy korzystać.

Kształtki żeliwne ciśnieniowe - mogą być kołnierzowe, kielichowe, kielichowo-kołnierzowe.

Kształtki umożliwiają:

1. zmianę kierunku - kolana, łuki;

2. wykonanie odgałęzienia - trójniki, czwórniki;

3. zmianę średnicy z większej na mniejszą i odwrotnie - zwężki;

4. połączenie dwóch rur o końcach bosych - nasuwki;

5. zamknięcia przewodów - korki, pokrywy, ślepe kołnierze;

6. połączenia rur kielichowych z kołnierzowymi - kieliszki, króćce;

7. odwodnienie i odpowietrzenie - odwadniaki, odpowietrzniki;

2. Przewody stalowe - przewyższają rury żeliwne pod względem wytrzymałości na działanie sił wewnętrznych i zewnętrznych (obciążenia dynamiczne i statyczne). Mają mniejszą grubość ścianek. Są lżejsze, dzięki temu mogą być wykonywane o długościach do kilkunastu metrów. Mają mniejszą liczbę połączeń, mogą być spawane. Ciśnienie robocze ponad 10 kg/cm², stosowane są w sieci zewnętrznej, w gruntach słabych na terenach szkód górniczych, w syfonach (przejścia wodociągów pod torami kolejowymi, przez rzekę), na mostach. Wadą tych rur jest mała odporność na korozję, co wymaga starannej izolacji wewnętrznej i zewnętrznej (rurociąg powinien być ocieplony). Rury stalowe mogą być łączone na kielichy, kołnierze, spawanie. Mogą być stosowane połączenia typu Gibault lub Simplex (rys. 7, 8, 9)

3. PCV (polichlorek winylu) - produkowane jako rury kielichowe i proste (bose). Bosy koniec rury jest wciskany w kielich drugiej rury, wewnątrz którego, w specjalnie uformowanym gnieździe pierścieniowym, włożona jest gumowa uszczelka. Ciśnienie do 10 atm. Mogą być stosowane do transportu wody do 60°C. Łączenie szybkie, długość do 12 m, duża gładkość (mały współczynnik szorstkości). Lekkie, łatwe w montażu.

4. PE (polietylen) - są to rury bardzo lekkie. Zalety podobnie jak PCV.

5. Rury azbesto-cementowe - spotykane w praktyce (ok. 80% przewodów wodociągowych). Zaletą tych rur jest gładkość, wadą - są mało odporne na obciążenia statyczne i dynamiczne.

6. Przewody betonowe i żelbetowe - rury betonowe muszą mieć odpowiednią szczelność i wytrzymałość. Stosowane są przeważnie do ciśnieniowych (2 ÷ 4atm) jako przewody tranzytowe (średnica 1000 ÷ 1500 mm) wykonane metodą odśrodkową. Są mało odporne na działanie kwasów (środowisko wodno - gruntowe) jak również wstrząsów. Łączone na styk i nasuwkę lub kielichy. Uszczelnienie sznurem konopnym i zaprawą cementową albo pierścieniem gumowym (rys. 10).

Uzbrojenie sieci wodociągowej.

Uzbrojenie możemy podzielić na:

• uzbrojenie regulujące przepływ wody (zasuwy, klapy zwrotne)

• uzbrojenie czerpalne (hydranty, zdroje uliczne)

• uzbrojenie zabezpieczające (odpowietrzniki, wydłużki, zawory regulacyjne, zawory przeciwuderzeniowe)

• uzbrojenie pomiarowe - wodomierze, nanometry, wadłometry, termometry, itp.

1. Zasuwy - służą do zamykania przepływu wody przez przesuw. Konstrukcja zasuwy nie pozwala na nagłe zamknięcie przepływu, mogące wywołać uderzenie hydrauliczne. Zasuwy mogą być wykonane jako kielichowe, kołnierzowe, mogą być płaskie, owalne, okrągłe.

Zasuwy płaskie - stosowane do ciśnienia 4 atm.

Zasuwy owalne - 6 ÷ 10 atm

Zasuwy okrągłe - do 16 atm

Zasuwy stosowane na przewodach w obiektach, np. przepompowniach, zbiornikach, studzienkach, są zwykle kołnierzowe, a umieszczone w ziemi są kielichowymi.

Do średnicy 500 mm wykonane są z obudową (rys. 11, 12), powyżej 500 mm montuje się je w studzienkach lub komorach betonowych, żelbetowych, murowanych i z tworzyw sztucznych.

Zasuwy do średnicy 300 mm posiadają napęd ręczny, większe - napęd elektryczny lub inny (hydrauliczny, pneumatyczny). Zasuwy większe na sieci o dużych średnicach posiadają odciążenia hydrauliczne (na przewodzie głównym jest zasuwa duża a omijana na przewodzie równoległym prowadzona jest mała zasuwa, którą otwieramy gdy chcemy zamknąć lub otworzyć przewód, by nie spowodować uderzenia hydraulicznego).

2. Zawory zwrotne (klapowe, rys. 13) służą do przepuszczenia wody w jednym kierunku, klapy, lub zawory zwrotne z reguły umieszcza się w pompowniach na rurociągach tłocznych. Dla zabezpieczenia pomp przed cofającą się wodą (np. przy zatrzymaniu się pomp). Stosuje się je w zbiornikach wyrównawczych, przy wodomierzach sieciowych itp.

3. Zawory redukcyjne (dławiące, rys. 14) - umieszcza się na sieci w punktach granicznych między strefą wysokiego ciśnienia i niskiego ciśnienia, dla utrzymania ustalonych wcześniej ciśnień.

4. Zawory bezpieczeństwa (przeciwuderzeniowe rys. 15, 16, 17) - zabezpieczają przewody tranzytowe przed powstaniem w nich nadmiernych, niebezpiecznych dla rurociągów ciśnień. Umieszcza się je przy przepompowniach, na rurociągach tłocznych.

5. Zawory odpowietrzające - napowietrzające (rys. 18, 19, 20) - stosowane są głównie na przewodach tranzytowych i magistralnych. W najwyższych punktach sieci montuje się nawietrzniki które odprowadzają gromadzące się w tych punktach gazy i powietrze wydzielające się z wody.

6. Zawory odwadniające - spusty (rys. 20, 21, 23, 24) - służą do opróżnienia sieci w przypadku takiej konieczności, oraz do płukania sieci. Montuje się je w najniższych punktach sieci, na przewodach większych jak 300 mm. Przewód spustowy musi być zabezpieczony przed przedostawaniem się ścieków i gazów kanałowych (rys. 20, 24). Stosowane głównie na przewodach tranzytowych magistralnych.

7. Hydranty pożarowe - służą do czerpania wody z wodociągu w przypadku pożaru.

Hydranty mogą być nadziemne - zalecane do stosowania.

Hydranty podziemne (rys. 25) - należy stosować tam, gdzie zachodzi ryzyko, że hydrant może być uszkodzony.

Hydranty oraz inne uzbrojenie musi być oznakowane tablicami informacyjnymi. Tablice orientacyjne określają położenie uzbrojenia na przewodach wodociągowych. Średnice hydrantów

- w miastach - 80 ÷ 100 mm

- na osiedlach wiejskich - 80 mm

- w zakładach przemysłowych stosowane są średnice większe - 100 ÷ 150 mm

Wydatek hydrantu powinien wynosić 10 l/s przez okres 2h. Ciśnienie na hydrancie powinno wynosić 20 m słupa wody. Przy średnicach mniejszych jak 300 mm służą jako odpowietrzenie i napowietrzenie sieci.

8. Zdroje uliczne - są to punkty dostępne dla mieszkańców nie posiadających wewnętrznych instalacji wodociągowych, targowiskach, dworcach kolejowych.

9. Wydłużki dylatacyjne (kompensacyjne) - zabezpieczają wodociągi przed powstaniem nadmiernych naprężeń osiowych powstających na skutek zmiany temperatury otoczenia i dotyczą głównie wodociągów odsłoniętych, np. podwieszonych pod mostami, rurociągów dochodzących do zbiorników wieżowych itp. Na naprężenia termiczne narażone są w szczególności rurociągi prowadzące wodę zimną i ciepłą (sieci przemysłowe), dlatego należy je izolować. Na terenach szkód górniczych rurociągi narażone są na inny rodzaj naprężeń - zginanie i rozciąganie. Aby zapobiec powstawaniu tych naprężeń stosuje się specjalne zabezpieczenia w postaci kształtek kompensacyjnych (wydłużek) oraz złączy elastycznych. Wydłużki mogą być sprężyste lub dławikowe (rys. 27).

Wydłużki sprężyste - wykonane z blachy miedzianej, z kołnierzami połączeniowymi, stosuje się głównie tam, gdzie mogą wystąpić naprężenia zginające, np. przy przejściach wodociągu z gruntu w ścianę studni, zbiornika, itp. (tu gada coś o buszmenach <Lol>) Rurociąg osiada w gruncie odmiennie niż na podporze murowanej (zachodzi możliwość złamania).

Wydłużki dławikowe - pozwalają na odkształcenia podłużne rurociągu. Wykonanie z różnych materiałów. Stosowane np. w zbiornikach wieżowych.

10. Uzbrojenie pomiarowe służy do pomiarów przepływu, temperatury i ciśnienia. Pomiar ilości wody przesyłanej do sieci mierzy się wodomierzami silnikowymi lub zwężkowymi, zainstalowanymi na ujęciach i pompowniach. Pomiaru ilości wódy pobieranej przez użytkowników wody - wodomierzami domowymi lub przemysłowymi.

Rodzaje wodomierzy zostaną omówione odrębnie.

Specjalne obiekty na sieci wodociągowej

Montaż rurociągów, uzbrojenia wymaga często stosowania specjalnych obiektów, które ułatwiają montaż oraz kontrolę i eksploatację wodociągu. Do tych obiektów możemy zaliczyć studzienki i tunele (galerie).

• Studzienki wodociągowe PN-91/B-10728 - budowane szczególnie dla pomieszczenia w nich uzbrojenia, które powinno być zabezpieczone i łatwo dostępne do kontroli. W studzienkach umieszcza się zasuwy, odpowietrzniki, odwodnienia (spusty), wodomierze i inne.

• Studzienki zasuwowe (rys. 28) - budowane dla zasuw > 500 mm. Odległości w świetle między ścianką przewodu a -ścianką studzienki powinna wynosić 0,5 ÷ 0,7 m. Głębokość studzienek zależy od zagłębienia rurociągu, oraz wymiarów zasuw i połączeń, długość zależy od długości kształtek połączeniowych, długości zasuwy. Dno studzienki powinno mieć spadek umożliwiający odwodnienie (wgłębienie w dnie). Strop rozbieramy (ewentualna wymiana zasuwy). Otwór włazowy z pokrywą włazową klasy A lub B w chodniku lub klasy B, C, D w jezdni PN-87/H-74051/00, /01, /02. Studzienki mogą być wykonane z kręgów betonowych, murowane, żelbetowe, tworzyw sztucznych.

• Studzienka spustowa (odwadniająca) (rys. 24) - są stosowane, gdy nie można odprowadzić wody z odwadnianego przewodu wprost do kanalizacji. Po otwarciu zasuwy woda przedostaje się do studzienki i równocześnie jest odpompowana na zewnątrz. Studzienka musi być szczelna i posiadać odpowiednią pojemność.

• Studzienki odpowietrzające (rys. 29) mają mniejsze wymiary niż poprzednie.

• Studzienki wodomierzowe sieciowe (rys. 30) - muszą pomieścić wodomierz z kształtkami, zasuwami, i armaturą przy przestrzeganiu długości prostych przejściowych odcinków wymaganych dla danego typu wodomierza. Studzienki sieciowe mają zwykle obejście wodomierzowe(przypadek pożaru). Wodomierze domowe montuje się w konsoli.

• Tunele (galerie) (rys. 31) - stanowią obudowę przewodu przechodzącego pod przeszkodą lub obok przeszkody. Tunel stanowi obudowę przełazową, może być budowany dla przejścia kilku przewodów np. przejście pod torami.

WYKLAD 9

Projektowanie sieci. Układ przewodu w ulicy.

Położenie przewodu w ulicy powinno być dostosowane do warunków lokalnych. Podstawowymi materiałami wyjściowymi do projektowania są:

- plan zagospodarowania przestrzennego

- plan sytuacyjno - wysokościowy z aktualnym naniesionym uzbrojeniem nadziemnym i podziemnym terenu.

Projektując sieć wod-kan musimy przestrzegać pewnych zasad co do głębokości, jak i odległości od innych istniejących elementów uzbrojenia. Trasowanie przewodów powinno być ściśle zsynchronizowane z trasami przewodów innego rodzaju. Przewody wodociągowe powinny być układane z minimalnym spadkiem 0,5 ‰, pozwala to na odpowietrzenie sieci i jej odwodnienie w przypadku awarii (należy unikać układania przewodów poziomo). Przewody należy układać w miarę możliwości równolegle do nawierzchni ulicy zachowując jednakowe przykrycie (zależy ono od strefy przemarzania w danym rejonie) oraz należy uwzględnić obciążenia dynamiczne i statyczne.

Układ przewodów rozdzielczych

W każdej ulicy powinien znajdować się przewód rozdzielczy, do którego są podłączane połączenia domowe. Przewody wodociągowe rozdzielcze o średnicy do 250 mm umieszczane są sytuacyjnie pod chodnikiem, wzdłuż krawężnika, w odległości co najmniej 3 m od linii rozgraniczającej oraz 1 m od lica krawężnika. Głębokość przewodów rozdzielczych mieści się w granicach 1,4 m ÷ 1,8 m (zależnie od średnicy i strefy klimatycznej).

Układ przewodów magistralnych

Z uwagi na większe średnice wymaga większych odległości od linii rozgraniczającej, dla średnic do 500 mm odległość ta powinna wynosić 5 m, dla przewodów większych - ponad 500 mm odległość ta powinna wynosić 8 m oraz z reguły większą głębokość ze względu na konieczność przepuszczenia ponad magistralą innych przewodów tzn. rozdzielczych i połączeń domowych.

Głębokość przewodu magistralnego można obliczyć wg wzoru (rys. 1). Na rys. 2 i 3 przedstawione są przekroje poprzeczne ulicy z rozmieszczeniem różnego innego uzbrojenia.

Rozmieszczenie uzbrojenia

1. Zasuwy - na przewodach rozdzielczych ustawiane są przy węzłach dla oddzielenia przewodów bocznych oraz ustawione są na długich odcinkach prostych przewodów. Zasuwy ze względów pożarowych należy rozmieszczać tak, aby dla wyłączenia danego odcinka sieci nie trzeba było zamykać więcej jak 5 zasuw oraz aby na wyłączonym odcinku nie było więcej jak 4 zasuwy.

Warunki rozmieszczenia zasuw węzłowych:

• przewód rozdzielczy oddzielić zasuwą od przewodu magistralnego;

• przewód o mniejszej średnicy oddzielić zasuwą od przewodu o średnicy większej;

• w przypadku awarii danego odcinka zasilenie w wodę sąsiednich przewodów rozdzielczych powinno być zapewnione przez właściwe rozmieszczenie zasuw zgodnie z kierunkiem zasadniczego przepływu wody;

• rozmieszczenie zasuw na odcinkach prostych w odległościach mniejszych jak 400 m dostosowując ich położenie do rozmieszczenia hydrantów a nie odwrotnie; zasuwy na magistrali mogą być umieszczane w odległości 500 ÷ 700 m

2. Hydranty - rozmieszczenie wzdłuż ulic i dróg oraz na skrzyżowaniach lub w ich pobliżu.

• maksymalna odległość hydrantu do obiektu budowlanego wynosi 75 m od ściany budynku co najmniej 5 m; przy wysokim promieniowaniu ciepła co najmniej 25 m

• od zewnętrznej krawędzi jezdni, drogi lub ulicy do 15 m; odległość między hydrantami do 150 m

• hydranty należy zakładać także w punktach najwyższych i najniższych (odpowietrzenie i płukanie sieci)

Rozmieszczenie hydrantów wykonuje się w sposób następujący:

- najpierw należy je umieszczać w punktach skrzyżowań ulic, następnie między tymi punktami rozmieszcza się pozostałe hydranty; hydranty powinny swym zasięgiem obejmować cały obszar chroniony

- poza obszarami miejskimi odległość między hydrantami powinna być dostosowana do gęstości istniejącej planowanej zabudowy

Wydajność minimalna hydrantu zewnętrznego, przeciwpożarowego przy ciśnieniu nominalnym 0,2 MPa mierzony na zaworze hydrantowym podczas pobierania wody w zależności od jego średnicy nominalnej Dn powinna wynosić co najmniej:

1. dla hydranty nadziemnego Dn= 80 ÷ 10 dm³/s

2. dla hydrantu nadziemnego Dn= 100 ÷ 15 dm³/s przez okres 2 godzin

3. dla hydrantu podziemnego Dn= 100 ÷ 10 dm³/s

4. Odpowietrzniki, napowietrzniki, odwadniaki - zakładane są na sieci magistralnej, tranzytowej. W sieci rozdzielczej rolę tę spełniają hydranty przeciwpożarowe.

5. Plany sytuacyjne i profile przewodów wodociągowych (rys. 4, 5, 6, 8) - plany powinny dokładnie określać położenie przewodu, jego trasę, uzbrojenie, zagłębienie, średnicę, spadki, naniesione skrzyżowania z innym rodzajem uzbrojenia (ewentualne kolizje), oznaczenia graficzne na rysunkach, urządzenia i sieć zewnętrzna wod-kan (PN-B-01700:1999);

6. Węzły i trasy przewodów - węzły (rys.5) oznacza się numerami. Głębokość przewodów przy zasuwach i hydrantach oraz długości odcinków prostych między węzłami i kształtkami podajemy w [m]. przykładowy profil przewodu wodociągowego (rys. 6). Zaprojektowanie układu sieci w planie - nazywamy TRASOWANIEM. Do wykonania trasowania polegającego na nadaniu sieci kształtu geometrycznego zależy od ukształtowania terenu. Niezbędny jest plan warstwicowy miasta, osiedla czy dzielnicy w skali od 1:10 000 do 1:1000. Wybór skali uzależnia się od powierzchni projektowanego obszaru od planu zagospodarowania przestrzennego terenu z zaznaczeniem stref zabudowy, gęstości zaludnienia, rozmieszczenia zakładów np. przemysłowych itp. Dodatkowo na planach powinno być uwidocznione innego rodzaju uzbrojenie terenu. Trasę przebiegu projektowanej sieci należy uzgodnić z właścicielami innego rodzaju uzbrojenia, np. zakład energetyczny, gazownia, telekomunikacja, drogi i mosty, gospodarka cieplna, zieleń miejska, sanepid, ochrona środowiska. Samo trasowanie polega na wykreśleniu linii przewodów wzdłuż ciągów komunikacyjnych i ulic. Projektowanie sieci dla miasta czy osiedla rozpoczynamy od ustalenia sieci magistral stanowiących zasadniczy szkielet sieci, który podlega obliczeniu hydraulicznemu. Zaprojektowanie sieci rozdzielczej jest czynnością wtórną wykonywaną zazwyczaj w późniejszym okresie i według oddzielnych opracowań. Zasadnicze kierunki magistral powinny odpowiadać kierunkom, którymi będą płynęły największe ilości wody od źródeł zasilania do punktów odbioru. Przy trasowaniu należy mieć stale na uwadze:

• usytuowanie punktów zasilania sieci;

• rozmieszczenie zbiorników sieciowych wyrównawczych;

• układ komunikacyjny miasta;

• rozmieszczenie dzielnic mieszkaniowych, przemysłowych i punktów większego rozbioru wody i terenów zielonych itp.;

• istnienia naturalnych i sztucznych przeszkód takich jak: strumienie, rzeki, linie kolejowe, drogi itp.;

• rzeźbę terenu, na którym projektowana jest sieć;

• należy starać się łączyć najkrótszą drogą punkty zasilania głównych dzielnic, gdzie wskutek największej gęstości zaludnienia występuje największe zapotrzebowanie wody, również najkrótszej drogi szukamy do zbiornika sieciowego, jeśli taki jest przewidywany.

• magistrale korzystnie jest prowadzić na wzniesieniu (po najwyższych warstwicach), jeśli układ terenu na to pozwala;

• magistrala prowadzona w dolinie (po najniższych punktach) jest narażona na zwiększone ciśnienie - częstsze awarie (rys.7)

Ciśnienie w sieci wodociągowej

1. Wymagane ciśnienie gospodarcze (rys. 16) - jest to takie ciśnienie, które wystarczy do normalnego funkcjonowania punktów czerpalnych (w szczególności w punkcie miarodajnym - jest to zazwyczaj punkt najdalej i najwyżej położony). Minimalne ciśnienie w sieci miejskiej H₀ w punkcie połączenia domowego (na poziomie terenu) powinno być co najmniej równe sumie strat ciśnienia na pokonanie wszystkich oporów liniowych i miejscowych od przewodu ulicznego do najwyżej i najdalej położonego zaworu czerpalnego i strat ciśnienia na oporach miejscowych (kształtki, uzbrojenie), straty przy przepływie przez węzeł wodomierzowy, zapewnienie wysokości ciśnienia wylotowego H₂ w punkcie czerpalnym najwyżej i najdalej położonym i zrównoważenia geometrycznej wysokości odnoszenia wody co możemy zapisać wzorem:

H₀ = H₁ + H₂ + H₃ + H₄

H₄ = H₄' + H₄'' + H₄'''

gdzie:

H₀ - najmniejsze ciśnienie w sieci miejskiej niezbędne do pokonania wszystkich wyżej wymienionych oporów alby doprowadzić wodę do najbardziej niekorzystnego punktu czerpalnego w [m słupa wody].

H₁ - geometryczna wysokość położenia najniekorzystniej usytuowanego punktu czerpalnego w m słupa wody

H₂ - niezbędne ciśnienie wylotowe w punkcie czerpalnym [m słupa wody] przyjmowane wg normy PN-92/B-01706

H₃ - strata ciśnienia na wodomierzu [m słupa wody]

H₄ - suma strat ciśnienia w przewodzie, łącznie ze stratami miejscowymi na kształtkach, uzbrojeniu itp. [m słupa wody]

H₄' - straty ciśnienia na odcinku od B do C (rys. 16)

H₄'' - straty ciśnienia na odcinku od W do B

H₄''' - straty ciśnienia na odcinku od A do W

Ciśnienie H₀ powinno być równe lub mniejsze od ciśnienia roboczego (dyspozycyjnego) H_r panującego w rurociągu ulicznym.

H_r - najniższe ciśnienie robocze w sieci miejskiej nad terenem w miejscu połączenia domowego po uwzględnieniu strat na połączeniu domowym i obiekcie. Wymagane ciśnienie gospodarcze podane jest przykładowo (tab. 2, rys 15,16).

2. Maksymalne i minimalne ciśnienie robocze w sieci - miarodajne przy obliczeniu sieci wodociągowej jest ciśnienie gospodarcze jako większe od ciśnienia pożarowego. Ogólnie przyjętą zasadą jest aby w każdym punkcie ciśnienie nie było mniejsze od ciśnienia gospodarczego, a następnie sprawdzenie sieci na przepływ pożarowy z warunkiem zachowania ciśnienia pożarowego (0,2 MPa na hydrancie). W dużych sieciach sprawdzanie to jest zbędne. Przy ciśnieniu w sieci 25 ÷ 35 m słupa wody (częściej spotykane) bezpośrednio mogą być zasilane budynki 5-kondygnacyjnych. Dla wyższych należy stosować urządzenia do podnoszenia ciśnienia - hydrofornie, instalacje strefowe, zbiorniki wyrównawcze. Maksymalne ciśnienie robocze w godzinach najmniejszego rozbioru, lub braku rozbioru nie powinno przekraczać maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia w sieci ≤ 0,6 MPa (60 m słupa wody) w przewodach i żadnym punkcie zasilania sieci. Minimalne ciśnienie robocze w godzinach maksymalnego rozbioru oraz równocześnie maksymalny rozbiór godzinowy + rozbiór pożarowy nie powinno spaść w żadnym punkcie sieci obszaru zasilania poniżej ciśnienia pożarowego H_poż gwarantującego możliwość czerpania wody z hydrantów przeciwpożarowych przez motopompy (H_poż = 10 m słupa wody). W hydrantach zewnętrznych przeznaczonych do bezpośredniego gaszenia pożaru ciśnienie minimalne nie powinno być mniejsze niż 20  m słupa wody. Na rys. nr 17 pokazano układ linii ciśnienia przy różnych wielkościach rozbioru wody: Q_hmax, Q_hmin, Q_hmax + Q_poż oraz wielkości ciśnień minimalnych H_poż i H_rmin oraz maksymalnych H_rmax. Przy projektowaniu musimy uwzględnić:

H_rmin ≥ H_min

H_rmax ≤ 0,6 MPa

H_r'_min ≥ H_poż = 10  m słupa wody,

w przypadku hydrantów H_poż ≥ 20 m słupa wody, przez dwie godziny.

Systemy wodociągowe zaopatrzenia w wodę

W większości przypadków ujęcia wodociągowe położone są poniżej obszaru zaopatrzenia w wodę. Wówczas istnieje potrzeba sztucznego podnoszenia wody na taką wysokość by po doprowadzeniu do miasta czy osiedla zapewnione było odpowiednie ciśnienie robocze w sieci. Możemy wyróżnić dwa podstawowe sposoby pompowania wody:

1. Jednostopniowe pompowanie, gdy urządzenia uzdatniające wodę pracują pod ciśnieniem

2. Dwustopniowe, gdy urządzenia uzdatniające pracują grawitacyjnie.

Straty ciśnienia przy przejściu przez urządzenia do uzdatniania wody są zwykle rzędu kilku metrów słupa wody i w razie potrzeby należy je uwzględnić we właściwym punkcie urządzeń wodociągowych.

Dostosowanie wydajności pompy do zmiennego zapotrzebowania wody przez konsumentów byłoby nie tylko trudne, ale i nieekonomiczne, bowiem sprawność pomp byłaby w pewnych okresach obniżona. Dla zachowania jednostajnej wydajności pomp buduje się zbiorniki wyrównawcze, przeznaczone do magazynowania wody podawanej w pewnych okresach w nadmiarze w stosunku do zapotrzebowania. Tworzy się w ten sposób zapas do wykorzystania 'w następnym okresie, gdy zapotrzebowanie jest większe od wydajności pomp. Wskutek zastosowania zbiornika może być zachowana równomierna praca pomp oraz urządzeń do uzdatniania wody, co jest najdogodniejsze dla eksploatacji. Zapas wody w zbiorniku powinien być taki, aby wystarczył do pokrycia różnicy między zapotrzebowaniem a wydajnością pomp w okresie najczęściej dobowym. Zbiorniki sieciowe (w odróżnieniu od zbiornika stacyjnego usytuowanego między urządzeniami uzdatniającymi a pompami) charakteryzują się wysokim położeniem w stosunku do sieci, umożliwiające bezpośrednie (grawitacyjne) spływanie zawartej w nim wody do sieci. Potrzeba zastosowania zbiornika maleje ze wzrostem sieci, ponieważ chwilowe wahania rozbioru wody w dużych sieciach są stosunkowo nieznaczne wobec dużych przekrojów rur i pojemności sieci oraz większa liczba zespołów pompowych pozwala na łatwiejsze stopniowanie ogólnej wydajności w okresach parogodzinnych przez kolejne włączanie lub wyłączanie ich z pracy. W miastach o małej stosunkowo powierzchni a w stosunku do zaludnienia stosowanie zbiorników jest wręcz niezbędne.

Rozróżniamy :

a) Systemy jednostrefowe

b) Systemy wielostrefowe

c) Systemy grupowe

Systemy a, b, c można podzielić:

- Grawitacyjne, jeżeli ujęcie znajduje się powyżej obszaru zasilania

- Pompowe - ujęcie położone poniżej obszaru zasilania. Woda z ujęcia podawana jest za pomocą pompowni I-go stopnia do stacji uzdatniania, a następnie za pomocą pompowni l-go stopnia tłoczona jest do sieci wodociągowej (przy zastosowaniu do uzdatniania ciśnieniowych urządzeń, pominięty jest drugi stopień pompowania).

Ad a) Systemy jednostrefowe - charakteryzują się tym, że obszar zasilania mieści się w jednej strefie wymaganego i wywołanego ciśnienia. A pojedyncze budynki wysokie nie mają wpływu na sposób rozwiązania układu w całym mieście (budynki posiadające dodatkowe lokalne urządzenia hydroforowe lub pompowo-zbiornikowe podnoszące ciśnienie wody do najwyższych kondygnacji).

Na rys. 18 przedstawiono schemat wodociągu jednostrefowego grawitacyjnego.

Warunki, które musza być spełnione to:

- Przy całkowitym napełnieniu zbiornika, ciśnienie hydrostatyczne w sieci (linia cis. 7) H_max = 60 m sł. wody

- Minimalne ciśnienie robocze H_rmin (w czasie maksymalnego rozbioru Q_hmax) > H_min

(warunek może być nie spełniony w strefie zabudowy wysokiej gdzie H_min2 > od minimalnego ciśnienia roboczego linia 8)

Na rys. nr 19 - przedstawiono schemat wodociągu jednostrefowego ze zbiornikiem końcowym pompowego ze stacja uzdatniania i pompownią II-go stopnia - w układzie tym w zależności od wartości rozbioru wody w rurociągach tranzytowych i sieci rozdzielczej występują zmienne ciśnienia (linia 11,12,13 i 14). W okresie minimalnych rozbiorów wody (skrajny przypadek Q_h = 0), przy pompowni pracującej woda tłoczona do sieci przepływa przez rurociągi i dopływa do zbiornika górnego 10 (napełnienie zbiornika). Występujące ciśnienia charakteryzuje linia cis. nr 11 odpowiadająca najwyższym ciśnieniom w końcowej fazie napełnienia zbiornika. Największe ciśnienie w sieci rozdzielczej H_rmax występujące na początku obszaru zasilania powinno być ≤ H_max. W czasie postoju pomp i całkowitym napełnieniu zbiornika przy zerowym rozbiorze wody ciśnienie maksymalne. W sieci jest maksymalnym ciśnieniem hydrostatycznym. Przy max. rozbiorze wody Q_hmax zasilenie sieci następuje z dwóch stron: pompownia tłoczy wodę z ujęcia z ilości Q_p a reszta wody dopływa ze zbiornika wyrównawczego ( Q_himax = Q_p + Q_zb). W końcowej fazie maksymalnego rozbioru wody wyczerpany zostanie zapas wody użytkowej w zbiorniku, a ciśnienia w sieci przyjmą wartości minimalne (linia 13). W miejscu najniższego ciśnienia w obszarze zasilania ciśnienie robocze będzie miało wartość
H_rmin i powinno być większe od wymaganego ciśnienia minimalnego H_min (H_rmin ≥ H_min)
Jeżeli w czasie największego rozbioru wody wybuchnie pożar wówczas zasilenie miasta wodą od strony pompowni Q'''_p i od strony zbiornika Q''_zb musi pokryć zapotrzebowanie na wodę Q_hmax + Q_poż. Ciśnienie w sieci w najniekorzystniejszym miejscu nie powinno być niższe od H_poż = 10 m sł wody. W ostatniej fazie pożaru ciśnienia ułożą się według linii 14 przy całkowitym opróżnieniu zbiornika (łącznie z zapasem p-poż.).

Na rys. nr 20 przedstawiono schemat wodociągu jednostrefowego pompowego jak poprzednio, lecz ze zbiornikiem centralnym. Zasada nieprzekraczania max. ciśnień oraz utrzymania ciśnienia, co najmniej minimalnego, jak również min. ciśnień pożarowych jest jak w uprzednio przedstawionych układach obowiązująca.

Na rys. nr 21 przedstawiono układ wodociągu jednostrefowego pompowego - ze zbiornikiem przepływowym początkowym. Jak widać na schemacie układ wodociągowy części grawitacyjnej nie różni się od typowego układu wodociągu grawitacyjnego (rys. nr 17). Natężenie dopływu wody do zbiornika równe jest wydajności pompowni, a przepustowość rurociągu grawitacyjnego od zbiornika do obszaru zasilania odpowiada maksymalnemu rozbiorowi Q_hmax (linia cis. 10) i powinna być sprawdzona dla Q_hmax + Q_poż (linia cis. 11).

Na rys. nr 22 przedstawiono układ wodociągu jednostrefowego pompowego - ze zbiornikiem przepływowym początkowym bocznym.

Zbiornik początkowy boczny 6 połączony jest z rurociągiem przewodem tłocznym 5. W czasie zerowego rozbioru woda tłoczona przez pompownię 3 dopływa w całości do zbiornika i wypełnia go. Odcinek rurociągu 4a ma charakter rurociągu tłoczno-grawitacyjnego: w czasie największego rozbioru wody Q_hmax część wody jest tłoczona do sieci rozdzielczej Q'_p, a reszta zapotrzebowania na wodę pokryta jest dopływem ze zbiornika wyrównawczego Q'_zb, a więc O_hmax = Q''_p + Q'_zb. W końcowej fazie max rozbioru wody ciśnienia w sieci ułożą się wg linii minimalnego ciśnienia roboczego (linia 11) i nie powinny spaść poniżej wymaganego ciśnienia minimalnego (w czasie pożaru i maksymalnego rozbioru linia może spaść niżej (12). W najniekorzystniejszych miejscach sieci rozdzielczej musi być dotrzymany warunek wymaganych ciśnień minimalnych i dopuszczalnych maksymalnych (H_min, H_poż, H_max)

Ad b) Systemy wodociągowe wielostrefowe

W przypadku, gdy obszar zasilania odznacza się dużym zróżnicowaniem wysokościowym (nie można utrzymać ciśnień roboczych w granicach jednej strefy) wówczas w celu zaopatrzenia w wodę całego obszaru zasilania należy utworzyć dwie lub więcej stref.

• Systemy wodociągowe wielostrefowe grawitacyjne Typowy układ wodociągu dwustrefowego przedstawiono na rys. nr 22. Układ ten jest układem dwustrefowym szeregowym. Przez strefę I z ujęcia płynie cała ilość zapotrzebowanej wody przez dwie strefy, do strefy II dopływa zaś jedynie woda równa zapotrzebowaniu na wodę strefy II. Każda strefa ma swój własny zbiornik przepływowy, z tym, że zbiornik strefy I jest zbiornikiem wyrównawczym dla obu stref. Jak widać na rysunku konieczne było utworzenie dwóch stref ciśnienia, gdyż obszar strefy drugiej znajdował by się pod zbyt dużym ciśnieniem, większym od dopuszczalnego. Redukcja ciśnienia następuje tutaj w zbiorniku przejściowym strefy II nr 9.

Na rys. nr 24 przedstawiono układ wodociągu dwustrefowy szeregowy, grawitacyjny z jednym zbiornikiem wyrównawczym górnym. Na pograniczu obu stref umieszczono zamiast zbiornika wyrównawczego zawór redukcyjny 8, w którym maksymalne ciśnienie robocze po stronie odpływu zostało ustalone na wysokości dopuszczalnego ciśnienia maksymalnego (H^II_rmax ≤ H_max). Woda po przejściu przez zawór redukcyjny 8 spływa rurociągiem grawitacyjnym 9 do sieci rozdzielczej 10 i obszaru zasilania 11 strefy II.

• Systemy wielostrefowe pompowe

• Występują wówczas, gdy ujęcie wody położone jest niżej od obszarów zasilania a różnice terenowe między obszarami zasilania wykluczają możliwość zastosowania układu jednostrefowego

• lub gdy występuje duża rozciągłość obszaru zasilania.

Rozróżniamy trzy systemy strefowe pompowe:

• System szeregowy - rys. nr 25

• System równoległy - rys. nr 26 - przedstawia graniczne ciśnienia występujące w układzie strefowym dla strefy I i n .Ciśnienie w rurociągu tranzytowym nie powinno przekroczyć H_tr ≤ 80 m sł. wody

• System dwustrefowy pompowy w terenie płaskim i rozległym rys, nr 27 - stosowany zwłaszcza, gdy w mieście powstają nowe dzielnice peryferyjne

Ad c) Systemy wodociągowe grupowe

Systemy wodociągowe grupowe charakteryzują się tym, że umożliwiają zaopatrzenie w wodę miejscowości, które z powodu małego zapotrzebowania lub zbytniego oddalenia od źródeł wody nadającej się do ujęcia nie mogły być wyposażone w urządzenia wodociągowe z powodu dużych kosztów jednostkowych. Wodociągi grupowe mogą dostarczać wodę do osiedli pozbawionych wody, wysoko położonych, które we własnym zakresie nie mogłyby rozwiązać problemu zaopatrzenia w wodę. rys. nr 28 przedstawia schemat siedmiostrefowego wodociągu grupowego.

WYKLAD 10

Zbiorniki - usytuowanie, konstrukcja i uzbrojenie zbiorników

Podstawowymi zadaniami zbiorników wodociągowych są :

- wyrównanie dostawy wody do odbiorców

- wyrównanie ciśnień

- gromadzenie zapasów wody

Całkowita objętość zbiornika może być obliczana dla potrzeb wodociągowych

V_uż - objętość użytkowa zbiornika na cele bytowo - gospodarcze

V_ppoż - objętość na cele przeciwpożarowe

V_m - objętość martwa zbiornika (wynikająca z konstrukcji zbiornika)

1. Zbiorniki terenowe - są to zbiorniki budowane bezpośrednio w terenie. Mogą być dolnymi (zbiorniki ujściowe, zbiorniki przed pompami drugiego stopnia (zb. Wody czystej) lub zbiorniki strefowe, zbiorniki przed hydroforami itp.) lub zbiornikami górnymi wyrównującymi ciśnienie sieci (o ile układ topograficzny terenu na to pozwala)

1. Rodzaje i kształt zbiorników:

Zbiorniki terenowe mogą być prostokątne lub okrągłe jedno- i wielokomorowe. Zalecane jest stosowanie zbiorników co najmniej 2-komorowych (z uwagi na pewność dostawy wody). Przykłady rozwiązań zbiorników (rys. 1,2,3)

2. Głębokość wody w zbiornikach terenowych

zależy od kształtu zbiornika, konstrukcji ścian, położenia wysokościowego, warunków posadowienia itp. Głębokość nie powinna być zbyt duża, aby nie stwarzać zbyt dużych wahań zwierciadła wody, a więc i ciśnienia w sieci. Najmniejszy odstęp między najwyższym położeniem zwierciadła wody w zbiorniku a dolną krawędzią stropu (płyty, podciągu) powinna wynosić co najmniej 0,3 m. Układ rur dopływowych powinien zapewniać pionową oraz poziomą wymianę wody (w zbiorniku nie powinno być tzw. „martwych obszarów” - nieruchomych obszarów)

3. Izolacja cieplna

Najczęściej tworzy się je za pomocą obsypki ziemnej. Ma ona chronić zbiornik przed wpływami temperatury zewnętrznej, zarówno w zimie jak i w lecie. Grubość obsypki zależy od strefy klimatycznej. Ma ona bezpośredni wpływ na wytrzymałość, a więc i konstrukcję stropu oraz na jego koszt. Wielkość jej nie powinna być przesadnie duża. Aby zmniejszyć grubość obsypki można zastosować inne materiały izolacyjne, np. beton porowaty, korek, wełny mineralne itp. (izolacja nie może być nawadniana wodami powierzchniowymi).

4. Konstrukcja zbiornika

Obecnie zbiorniki terenowe buduje się przeważnie jako żelbetowe. Szczelność zbiorników otrzymuje się przez stosowanie betonu o możliwie największej szczelności (np. betony hydrotechniczne wraz odpowiednimi dodatkami uszczelniającymi beton). Szczelność zbiornika rośnie wraz z grubością ścian oraz przez pokrycie tych ścian np. wodoszczelnym tynkiem. Przed ewentualną agresywną wodą gruntową oraz przed wodą opadową zbiorniki są izolowane. Płyta główna zbiornika powinna mieć spadek 2-3%. Ściany wewnątrz powinny być gładkie i odpowiednio wyprawione. Dno zbiorników wykonuje się jako płaskie lub w postaci niecki o brzegach skośnych, nachylonych pod kątem 30°. Płaską płytę dna wykonuje się ze spadkiem 1-2% ku studzience zbiorczej dla łatwiejszego spłukania i czyszczenia zbiornika w okresie konserwacji.

e) Wyposażenie zbiorników

Zbiornik powinien być zabezpieczony przed przepełnieniem (przelew). Powinien być wentylowany, musi posiadać zabezpieczony dostęp do kontroli, czyszczenia i dezynfekcji. Komory zasuw zbiornika (rys. 4, 5 6). Wszystkie rurociągi powinny przechodzić przez komorę zasuw. Rurociągi zbiornika powinny być prowadzone na zewnątrz ścian i dna. Przejścia rurociągów przez ściany musza być wykonane starannie i szczelnie. Przykład typowych przejść (rys. 7, 8). Przykład rozwiązań projektowych zbiorników (rys. 10 - 14).

2. Zbiorniki wieżowe - stosowane są gdy warunki terenowe nie pozwalają na stosowanie zbiorników terenowych. Zbiorniki te są kilkakrotnie droższe od terenowych.

1. Rodzaje, kształt zbiorników wieżowych

Najczęściej spotykane są zbiorniki o przekroju kołowym, jedno lub dwukomorowe. Spotykane są też zbiorniki o przekroju kwadratowym i prostokątnym. Zbiorniki kwadratowe i prostokątne mają z reguły dno płaskie, zbiorniki o przekroju kołowym mogą mieć również dno płaskie (rys. 15a), kuliste lub stożkowe zawieszone (lub opuszczone) lub wspierające (podniesione rys. 15 b, c) oraz zbiorniki typu Intzego (rys. 15 d). zbiorniki te mogą być wykonane ze stali lub żelbetu. Pod względem statycznym najkorzystniejszym kształtem zbiornika jest kształt kulisty.

2. Głębokość wody w zbiornikach wieżowych

Powinna być możliwie duża, by średnica zbiornika oraz wymiary konstrukcji podtrzymującej (nośnej) były jak najmniejsze. Głębokość wody przyjmuje się zwykle 5-8 m, większe głębokości mogą dawać za duże spadki ciśnienia przy próżnym zbiorniku. W zbiornikach cylindrycznych, o płaskim dnie, głębokość wody powinna równać się połowie średnicy zbiornika.

3. Izolacja cieplna zbiorników wieżowych

Powinna być starannie wykonana ponieważ zbiorniki te są narażone na bezpośrednie działanie czynników atmosferycznych, a szczególnie temperatury zewnętrznej, tak w lecie jak i w zimie. Również narażone są rurociągi i uzbrojenie. Dla ochrony przed zbytnim nagrzaniem w lecie oraz ochłodzeniem w zimie stosuje się obudowę zbiornika lub zakłada się wprost na jego ściany izolację termiczną i przykrywa zbiornik dachem. Obudowa zbiornika może być wykonana np. z pustaków, cegły lub w postaci konstrukcji drewnianej, stalowej lub żelbetowej, ocieplonej materiałami izolacyjnymi. Między obudową a ścianą zewnętrzną zbiornika pozostawia się przestrzeń o szerokości ok. 1 m, która umożliwia kontrolę szczelności zbiornika oraz dostęp do jego wnętrza zwykle od góry (drabinką stalową zewnętrzną i wewnętrzną). Izolację cieplną wykonuje się np. z płyt korkowych i innych materiałów dostępnych na rynku (schemat obudowy rys.16)

4. Konstrukcja zbiorników

Zależy od materiału użytego do budowy najczęściej wykonuje się zbiorniki żelbetowe zwykłe lub sprężone oraz stalowe. Zbiorniki żelbetowe mogą być monolitycznie powiązane z konstrukcją nośną lub mogą stanowić odrębną konstrukcję postawioną na konstrukcji nośnej i oddzieloną od niej dylatacją. Zbiorniki samodzielnej konstrukcji maja płaskie dno płytowe i ustawione są zwykle na płycie stropowej lub ruszcie żelbetowym konstrukcji nośnej (rys. 17 a). zbiorniki monolityczne związane z konstrukcją nośną mają dno wzmacniane żebrami krzyżującymi się gdy stoją na kilku słupach (rys. 17 b) lub żebrami ułożonymi promieniście (rys. 17 c). Najniższe zbiorniki wieżowe mogą mieć dno oparte na szeregu słupa i wykształcone jak w ustroju grzybkowym (rys. 17 d). Najkorzystniejszymi statycznie są dna typu Intzego, w którym poziome siły są zniesione, a pozostaje tylko siła pionowa (rys. 17 e). zalecane proporcje zbiornika typu Intzego (rys. 18). Zbiorniki stożkowe mogą zastąpić zbiorniki walcowe, ponieważ pojemność części górnej odwróconego stożka jest o wiele większa od pojemności części dolnej (rys. 20). Zbiorniki pierścieniowe (rys, 21)mają kształt specjalny. Budowane najczęściej są ze stali lub żelbetu.

5. Konstrukcje nośne zbiorników wieżowych

Wykonuje się je najczęściej z muru, żelbetu lub stali.

6. Wyposażenie zbiorników wieżowych rurociągi i uzbrojenie

Schemat podstawowego wyposażenia zbiornika (rys. 23 znajomość obowiązkowa). Konstrukcja nośna (1) spoczywa na fundamencie (2) oraz podtrzymuje zbiornik (3). Obudowa zbiornika (4) zakończona jest w najwyższym punkcie dachu kominem wentylacyjnym (5). W celu umożliwienia dostępu do wnętrza zbiornika zakłada się drabinkę (6). Rurociągi i uzbrojenie służą do doprowadzenia i odprowadzenia wody, zapewniają wymianę wody w zbiorniku, chronią zbiornik przed przepełnieniem. Rurociąg dopływowy (7) jest zarazem w zbiornikach centralnych i końcowych rurociągiem odpływowym. Woda dopływa do zbiornika wylotem (8), zakończonym wylewem (9) i zaopatrzonym w zasuwę (10), a odpływa wylotem (11), zaopatrzonym w kosz (12), zawór zwrotny (13) uniemożliwiający dopływ wody do zbiornika tym przewodem oraz zasuwą (14). Gdy wlot znajduje się poniżej najwyższego zwierciadła wody w zbiorniku, rurociąg wylotowy zaopatrzony jest dodatkowo w klapę zwrotną, aby uniemożliwić powrót wody ze zbiornika tym przewodem. W najniższym punkcie dna zbiornika znajduje się spust (15) zamykany zasuwą (16), umożliwiający w razie potrzeby opróżnienia zbiornika rurociągiem spustowym (17). Do rurociągu tego już poza zasuwą (16) podłączony jest przelew (18) zaopatrzony w wylewkę. Przelew zabezpiecza zbiornik przed przepełnieniem. Rurociąg przelewowy musi być stale otwarty, nie wolno na nim umieszczać zasuw na drodze od wlotu w zbiorniku, aż do wylotu do kanalizacji. Rurociągi pionowe: dopływowo-odpływowy i spustowo-przelewowy zwykle są podparte w podziemiu wieży za pomocą kolan ze stopką lub bloków betonowych (19), a ich górna część jest podwieszona w stropie wieży lub w dnie zbiornika. Aby uniknąć szkodliwych naprężeń w tych rurociągach oraz konstrukcji dna zakłada się w ich górnej części kształtki kompensacyjne (20) umożliwiające zmiany długości rurociągu (np. termiczne). W podziemnej części wieży daje się jeszcze trzy zasuwy: do wyłączania całego zbiornika (21) oraz do wyłączania rurociągów sieciowych (22, 23). Przewody powinny być izolowane lub pomieszczenia ogrzewane przez które przechodzą rurociągi. Rurociągi powinny być stalowe - należy zwrócić szczególną uwagę na przejścia przez dno zbiornika. Urządzenia pomiarowe zbiornika ograniczają się zwykle do stałej kontroli stanu wody w zbiorniku. Najprostszy wodowskaz składa się z pływaka (24) pływającego na powierzchni wody, który za pomocą linki stalowej (25) przenosi poziom zwierciadła wody na łatę pomiarową (26) umieszczoną w dolnej kondygnacji wieży lub na zewnątrz obudowy zbiornika. Stan zwierciadła poziomu wody może być również przeniesiony elektrycznie do hali maszyn i sygnalizowany dźwiękiem lub światłem. Sygnały powinny być nadawane przez pływak w dwóch przypadkach: gdy woda dochodzi do krawędzi przelewu (sygnał, który pomaga zaoszczędzić uzdatnioną czystą wodę,) lub gdy zwierciadło wody opadło do poziomu zapasu przeciwpożarowego. W pierwszym przypadku niektóre pompy są zatrzymywane, w drugim uruchamiają się pompy rezerwowe aby nie dopuścić do dalszego obniżania się zwierciadła wody. Sygnalizacja może być automatyczna, wyłączająca lub włączająca pompy, bez udziału pracownika (rys 24 - 28).

Hydrofornie.

Możemy rozróżnić hydrofornie kompaktowe (bezzbiornikowe) oraz układy pompowni współpracujących ze zbiornikami zamkniętymi. Hydrofornie ze zbiornikami wodno-powietrznymi, z którymi spotykamy się najczęściej w małych ujęciach wody, w domach wczasowych, w osiedlach mieszkaniowych, w wiejskich jednostkach osadniczych, w budynkach wysokich itp. W pewnym stopniu zastępują one zbiorniki wyrównawcze. Wadą pompowni hydroforowych jest zupełny brak lub bardzo mały zapas wody na wypadek awarii oraz hydrofornie te wymagają dużego pomieszczenia. Pompownie hydroforowe muszą być wyposażone:

- w pompy blokowe, wirowe lub inne

- w sprężarki (z odolejaczem)

- mogą tłoczyć wodę o stałym lub zmiennym ciśnieniu

- mogą pracować w zależności od wielkości ciśnienia (z przetwornikiem ciśnienia) lub w zależności od wydajności (z przetwornikiem natężenia przepływu)

- pobierać wodę z ujęcia własnego sieci wodociągowej lub zbiorników zapasowych.

- mogą być wyposażone w jedną lub więcej pomp współpracujących (schemat instalacji rys. 26)

Zasada pracy hydroforu (w momencie rozruchu instalacji)

- napełnia się zbiornik do poziomu minimalnego wodą (poziom minimalny i maksymalny w zbiorniku jest zaznaczony na szkle refleksowym)

- włączamy sprężarkę - wtłaczamy sprężone powietrze do ciśnienie p_min, które zabezpiecza w najdalszym, najniekorzystniejszym punkcie sieci, dopływ wody pod odpowiednim ciśnieniem.

- przy tym ciśnieniu przetwornik ciśnieniowy uruchamia silnik pompy (11)

- pompa (2) tłoczy wodę do hydroforu (dopływ wody jest większy niż rozbiór)

- pompa tłoczy wodę do ciśnienia maksymalnego p_max =p_min+1,5do 2 atmosfer

- woda podnosi się w zbiorniku do poziomu maksymalnego i w tym momencie przetwornik ciśnienia (13) wyłączy silnik pompy (11)

- rozbiór wody trwa nadal, a gdy poziom spadnie, powrotem do poziomu minimalnego, przetwornik ciśnienia (13) ponownie uruchomi agregat pompowy.

- cykl się zamyka

Od czasu do czasu należy uzupełnić ilość powietrza w zbiorniku poprzez ręczne włączenie sprężarki (15). Na drodze pomiędzy sprężarką, a zbiornikiem hydroforowym musi się znajdować zawór zwrotny, zawór przelotowy i odolejacz.

---