POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

PROJEKT Z PRZEDMIOTU

WODOCIĄGI

Prowadzący: Wykonał:

dr inż. Elżbieta Osuch-Pajdzińska Michał Kubrak, grupa ISIW4

Ćwiczenie 1

Obliczyć charakterystyczne wielkości zapotrzebowania na wodę dla miasta, które w okresie perspektywicznym będzie liczyło 56 200 mieszkańców. Miasto będzie posiadało zabudowę wielorodzinną niską i wysoką oraz zabudowę jednorodzinną. Dla zabudowy wielorodzinnej wysokiej przewiduje się zagospodarować nowe tereny, na których zamieszka 26% mieszkańców. Mieszkania na tym obszarze będą wyposażone w wodociąg, kanalizację, wc i łazienkę z centralnym doprowadzeniem ciepłej wody. Na obszarze zabudowy wielorodzinnej niskiej zamieszka 54% mieszkańców. Mieszkania na tym obszarze będą wyposażone w wodociąg, kanalizację, wc i łazienkę z lokalnymi urządzeniami do podgrzewania wody. Na terenie zabudowy jednorodzinnej zamieszka 20% 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.

Obecny stan zaopatrzenia w wodę

Mieszkania wyposażone są w wodociąg, kanalizację, wc i łazienkę z lokalnymi urządzeniami do podgrzewania wody. Sprzedać wody w mieście kształtowała się w ostatnich pięciu latach na poziomie przedstawionym w tabeli poniżej.

Tabela 1.1 Sprzedaż wody w mieście (dane z Urzędu Gminy)

Rok	Liczba mieszkańców w mieście	% ogólnej liczby mieszkańców	Sprzedaż wody w mieście tyś. m^3/rok dla:
						Gospodarstw domowych	Przemysłu	Innych odbiorców
2005	35 900	75	1 517,6	262,8	630,7
2006	40 208	78	1 674,7	264,2	634,0
2007	44 600	80	1 810,0	278,4	668,1
2008	46 830	82	1 870,1	274,8	659,4
2009	49 640	85	2 019,3	268,7	644,8

W celu obliczenia jednostkowych wskaźników ilości zużycia wody skorzystano z następujących wzorów:

Wyniki obliczeń przedstawiono w tabeli poniżej.

Tabela 1.2 Jednostkowe wskaźniki zużycia wody

Rok	jednostkowe wskaźniki zużycia wody
		Gospodarstwa domowe [m^3/(Mk∙d)]	Przemysł [m^3/(M∙d)]	Inni odbiorcy [m^3/(M∙d)]
2005	0,154	0,020	0,048
2006	0,146	0,018	0,043
2007	0,139	0,017	0,041
2008	0,133	0,016	0,038
2009	0,131	0,014	0,035

Po analizie wartości wskaźników dla lat poprzednich, ustalono jednostkowe wskaźniki zużycia wody w okresie perspektywicznym. Przyjęte wskaźniki przedstawiono poniżej.

q_(M)wys = 130 l/(M_k∙d)

q_(M)nisk = 110 l/(M_k∙d)

q_(M)jedn = 115 l/(M_k∙d)

q_(U) = 40 l/(M∙d)

q_(P) = 16 l/(M∙d)

W celu obliczenia charakterystycznego zapotrzebowania na wodę oraz maksymalnego godzinowego zapotrzebowania na wodę skorzystano z następujących wzorów:

Średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę:

Maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę:

Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę:

gdzie:

N_d - współczynnik nierównomierności dobowej

N_h - współczynnik nierównomierności godzinowej

Współczynniki nierównomierności dobowej i godzinowej dobrano na podstawie wytycznych.

Wyniki przedstawiono w tabelach.

Grupa odbiorców	Liczba mieszkańców	Wskaźnik jednostkowego zużycia wody		Średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę Qdśr [m^3/d]	Współczynnik nierównomierności dobowej Nd	Maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę Qdmax [m^3/d]	Współczynnik nierównomierności godzinowej Nh	Max godzinowe zapotrzebowanie na wodę Qhmax [m^3/h]	Zapotrzebowanie na wodę w godzinie maksymalnego rozbioru wody w mieście Qhmax
									jednostka	wartość						m^3/h	l/s
1. zabudowa wysoka	14612	l/Mk∙d	130	1900	1,5	2849	1,5	178	148,1	41,1
zabudowa niska	30348	l/Mk∙d	110	3338	1,5	5007	1,5	313	260,4	72,3
zabudowa jednorodzinna	11240	l/Mk∙d	115	1293	1,8	2327	2,8	271	90,8	25,2
2. Usługi i inni odbiorcy	56200	l/M∙d	40	2248	1,3	2922	3	365	350,6	97,4
3. Przemysł	56200	l/M∙d	16	899	1,2	1079	1,6	72	67,4	18,7
4. Ogółem				9678		14185		1199	917,3	254,8
5. Straty wody (10% Qdśr)				968		968		40	59,1	16,4
6. Razem				10645		15603		1239	976,4	271,2
7. Cele technologiczne (5% Qdśr)				533		533
8. Całkowita ilość wody				11178		16136

Tabela 1.3 Charakterystyczne wielkości zapotrzebowania wodę dla miasta, które w perspektywie osiągnie 56 200 mieszkańców

Tabela 1.4 Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę dla miasta, które w osiągnie 56 200 mieszkańców

Godziny	mieszkalnictwo wielorodzinne niskie		mieszkalnictwo wielorodzinne wysokie		mieszkalnictwo jednorodzinne		usługi		przemysł		straty		razem dla miasta
																										% Qdmax	m^3/h
godziny	% Qdmax	m^3/h	% Qdmax	m^3/h	% Qdmax	m^3/h	% Qdmax	m^3/h	% Qdmax	m^3/h	% Qdmax	m^3/h
0-1	1,0	50,07	1,1	31,33	1,3	30,25	1,0	29,22	1,50	16,19	4,17	59,13	1,4	216,2
1-2	1,0	50,07	1,0	28,48	0,7	16,29	1,0	29,22	1,50	16,19	4,17	59,13	1,3	199,4
2-3	1,0	50,07	1,0	28,48	0,7	16,29	1,0	29,22	1,50	16,19	4,16	58,99	1,3	199,2
3-4	1,4	70,10	1,4	39,87	0,7	16,29	1,0	29,22	1,50	16,19	4,17	59,13	1,5	230,8
4-5	2,5	125,18	2,5	71,20	0,8	18,62	1,0	29,22	1,50	16,19	4,17	59,13	2,0	319,5
5-6	4,0	200,28	4,0	113,92	3,0	69,81	1,0	29,22	1,50	16,19	4,16	58,99	3,1	488,4
6-7	5,0	250,35	5,0	142,40	5,1	118,68	1,0	29,22	6,25	67,44	4,17	59,13	4,3	667,2
7-8	6,3	315,44	6,3	179,42	5,2	121,00	2,0	58,44	6,25	67,44	4,17	59,13	5,1	800,9
8-9	5,7	285,40	5,7	162,34	4,5	104,72	3,0	87,66	6,25	67,44	4,16	58,99	4,9	766,5
9-10	5,7	285,40	5,7	162,34	4,2	97,73	7,0	204,54	6,25	67,44	4,17	59,13	5,6	876,6
10-11	5,5	275,39	5,5	156,64	3,4	79,12	10,0	292,2	6,25	67,44	4,17	59,13	6,0	929,9
11-12	5,4	270,38	5,4	153,79	3,3	76,79	12,0	350,64	6,25	67,44	4,16	58,99	6,3	976,0
12-13	5,2	260,36	5,2	148,10	3,3	76,79	12,0	350,64	6,25	67,44	4,17	59,13	6,2	962,5
13-14	5,2	260,36	5,2	148,10	3,9	90,75	12,0	350,64	6,25	67,44	4,17	59,13	6,3	976,4
14-15	5,2	260,36	5,2	148,10	4,1	95,41	10,0	292,2	4,75	51,25	4,16	58,99	5,8	906,3
15-16	5,8	290,41	5,8	165,18	3,8	88,43	7,0	204,54	4,75	51,25	4,17	59,13	5,5	858,9
16-17	6,5	325,46	6,4	182,27	4,3	100,06	3,0	87,66	4,75	51,25	4,17	59,13	5,2	805,8
17-18	5,5	275,39	5,5	156,64	5,0	116,35	3,0	87,66	4,75	51,25	4,16	58,99	4,8	746,3
18-19	5,2	260,36	5,2	148,10	6,9	160,56	3,0	87,66	4,75	51,25	4,17	59,13	4,9	767,1
19-20	4,7	235,33	4,7	133,86	11,2	260,62	3,0	87,66	4,75	51,25	4,17	59,13	5,3	827,9
20-21	4,2	210,29	4,2	119,62	9,0	209,43	2,0	58,44	4,75	51,25	4,16	58,99	4,5	708,0
21-22	3,4	170,24	3,4	96,83	6,9	160,56	2,0	58,44	4,75	51,25	4,17	59,13	3,8	596,5
22-23	2,5	125,18	2,5	71,20	5,0	116,35	1,0	29,22	1,50	16,19	4,17	59,13	2,7	417,3
23-24	2,1	105,15	2,1	59,81	3,7	86,10	1,0	29,22	1,50	16,19	4,16	58,99	2,3	355,4
	100,0	5007	100,0	2848	100,0	2327	100,0	2922	100,00	1079	100	1418	100,0	15603

Ćwiczenie 2

Obliczyć wymaganą pojemność wyrównawczą i wymiary zbiornika sieciowego dla wodociągu o maksymalnej dobowej wydajności i rozkładzie godzinowego rozbioru wody w dobie maksymalnego zapotrzebowania wody w obliczonymi w ćwiczeniu 1. Ćwiczenie wykonać metodą analityczną przy założeniu stałej w ciągu doby wydajności pomp oraz metodą graficzną przy założeniu zmiennej w ciągu doby wydajności pomp.

Pojemność użytkową zbiornika wyznacza się sumując pojemność wyrównawczą niezbędną do wyrównywania nierównomiernych rozbiorów wody przez miasto oraz pojemność asekuracyjną przewidzianą na wypadek pożaru lub awarii wodociągu.

V_zb = V_u + V_a + V_poż [m³]

gdzie:

V_zb - pojemność zbiornika

V_u - pojemność użytkowa

V_a - pojemność awaryjna, która może wynosić (0÷30%)Q_dmax, przyjęto 0%

V_poż - pojemność pożarowa, która powinna wynosić 10 m³ na każdy 1 l/s poniżej 40 l/s wydajności wodociągu przy liczbie mieszkańców równej 25 001 - 100 000, wodociąg ma minimalną wydajność powyżej 40 l/s, stąd V_poż = 0 m³

Pojemność wyrównawczą zbiornika można obliczyć analitycznie jak również wyznaczyć ją korzystając z metody graficznej.

Metoda analityczna

Korzystając z tej metody założono wariant, w którym wydajność godzinowa pomp jest stała w ciągu doby i wynosi:

Q_dmax/h

Wydajności te wpisano do tabeli 2.1, do kolumny 2.

Tabela 2.1 Obliczenie pojemności wyrównawczej zbiornika sieciowego przy równomiernej 24-godzinnej pracy pomp w ciągu doby

Godziny	Wydajność pomp %Qdmax	Zużycie wody przez miasto %Qdmax	Przybyło do zbiornika %Qdmax	Ubyło ze zbiornika %Qdmax	Jest w zbiorniku %Qdmax
0-1	4,17	1,4	2,77		6,47
1-2	4,17	1,3	2,87		9,34
2-3	4,16	1,3	2,86		12,20
3-4	4,17	1,5	2,67		14,87
4-5	4,17	2,0	2,17		17,04
5-6	4,16	3,1	1,06		18,10
6-7	4,17	4,3		0,13	17,97
7-8	4,17	5,1		0,93	17,04
8-9	4,16	4,9		0,74	16,30
9-10	4,17	5,6		1,43	14,87
10-11	4,17	6,0		1,83	13,04
11-12	4,16	6,3		2,14	10,90
12-13	4,17	6,2		2,03	8,87
13-14	4,17	6,3		2,13	6,74
14-15	4,16	5,7		1,54	5,20
15-16	4,17	5,5		1,33	3,87
16-17	4,17	5,2		1,03	2,84
17-18	4,16	4,8		0,64	2,20
18-19	4,17	4,9		0,73	1,47
19-20	4,17	5,3		1,13	0,34
20-21	4,16	4,5		0,34	0,00
21-22	4,17	3,8	0,37		0,37
22-23	4,17	2,7	1,47		1,84
23-24	4,16	2,3	1,86		3,70

Sumowanie ilości wody pozostającej w zbiorniku rozpoczęto od godziny, w której zbiornik jest pusty, tj. godziny 20÷21. Z obliczeń wynika, że największa ilość wody pozostanie zmagazynowana o godzinie 5÷6 i będzie wynosić 18,10% Q_dmax. Stąd pojemność wyrównawcza zbiornika:

m³

Metoda graficzna

Korzystając z tej metody założono wariant, w którym wydajność godzinowa pomp jest zmienna w ciągu doby.

Metoda graficzna sprowadza się do umieszczenia na jednym wykresie krzywej dostawy i krzywej rozbiorów wody.

W tym celu sporządzono tabelę 2.2, która zawiera wartości dostawy i rozbiorów wody.

Tabela 2.2 Obliczenie pojemności wyrównawczej zbiornika sieciowego przy 16-godzinnej pracy pomp z godzinową wydajnością 6,25% Q_dmax

Godziny	Wydajność pomp %Qdmax	Zużycie wody przez miasto %Qdmax	Przybyło do zbiornika %Qdmax	Ubyło ze zbiornika %Qdmax	Jest w zbiorniku %Qdmax	Suma dostawy wody	Suma rozbiorów wody
0-1	0	1,4		1,40	6,00		1,4
1-2	0	1,3		1,30	4,70		2,7
2-3	0	1,3		1,30	3,50		4,0
3-4	0	1,5		1,50	2,00		5,5
4-5	0	2,0		2,00	0,00		7,5
5-6	6,25	3,1	3,15		3,15	6,25	10,6
6-7	6,25	4,3	1,95		5,10	12,50	14,9
7-8	6,25	5,1	1,15		6,25	18,75	20,0
8-9	6,25	4,9	1,35		7,60	25,00	24,9
9-10	6,25	5,6	0,65		8,25	31,25	30,5
10-11	6,25	6,0	0,25		8,50	37,50	36,5
11-12	6,25	6,3		0,05	8,45	43,75	42,8
12-13	6,25	6,2	0,05		8,50	50,00	49,0
13-14	6,25	6,3		0,05	8,45	56,25	55,3
14-15	6,25	5,7	0,45		8,90	62,50	61,1
15-16	6,25	5,5	0,75		9,65	68,75	66,6
16-17	6,25	5,2	1,05		10,70	75,00	71,8
17-18	6,25	4,8	1,45		12,15	81,25	76,6
18-19	6,25	4,9	1,35		13,50	87,50	81,5
19-20	6,25	5,3	0,95		14,45	93,75	86,8
20-21	6,25	4,5	1,75		16,20	100	91,3
21-22	0	3,8		3,80	12,40		95,0
22-23	0	2,7		2,70	9,70		97,7
23-24	0	2,3		2,30	7,40		100

Wykres 2.3 Graficzne wyznaczenie pojemności wyrównawczej zbiornika sieciowego przy nierównomiernej dostawie wody w ciągu doby

Z powyższego wykresu, pojemność wyrównawcza zbiornika wyznaczona metodą graficzną wynosi:

m³

Do obliczeń wymiarów zbiornika wyrównawczego wykorzystano wynik z metody analitycznej.

Przyjęto, że zbiornik jest w kształcie walca, o promieniu podstawy R = 9,70 m, stąd wysokość H jest równa:

m

Wymiary zbiornika wyrównawczego w kształcie walca:

R = 9,70 m

H = 9,60 m

Ćwiczenie 3

Dla jednostki osadniczej, której plan zagospodarowania przestrzennego przedstawiono w załączniku do niniejszego ćwiczenia zaprojektować lokalizację elementów systemu wodociągowego: ujęcia wody, stacji uzdatniania wody z pompownią II stopnia, zbiornika wyrównawczego i układu sieci wodociągowej magistralnej i rozbiorczej. Zaprojektowany układ sieci wodociągowej i lokalizację elementów systemu przedstawić na planie zagospodarowania przestrzennego jednostki osadniczej.

Zaprojektowana sieć wodociągowa jest siecią mieszaną, pierścieniowo-rozgałęzioną. Pierścieniem obejmuje się zazwyczaj możliwie największy obszar jednostki osadniczej, natomiast pojedyncze przewody stosuje się w najdalszych regionach.

Sieć składa się z przewodów magistralnych (głównych) oraz przewodów rozdzielczych.

Założono, że przewody znajdują się w osiach ulic.

Plan zagospodarowania przestrzennego wraz ze schematem sieci wodociągowej został zawarty w załączniku na następnej stronie.

Ćwiczenie 4

Sporządzić schematy obliczeniowe i wykonać obliczenia zaprojektowanej sieci wodociągowej dla układu zaprojektowanego w ćwiczeniu 4. Charakterystyczne wielkości zapotrzebowania wody przyjąć z ćwiczenia 1. Obliczenia powinny obejmować:

- obliczenie rozbiorów i przepływów (maksymalnych, minimalnych i w czasie pożaru) na poszczególnych odcinkach sieci wodociągowej

- dobór średnic przewodów i strat ciśnienia

- ustalenie rzędnych linii ciśnień charakterystycznych dla przepływów

Pierwszy etap obliczeń polegał na obliczeniu zapotrzebowania na wodę dla każdej z grup odbiorców oraz wyznaczeniu rozbiorów na poszczególnych odcinkach sieci. W tym celu przeprowadzono podział jednostki osadniczej na powierzchnie cząstkowe, stosując zasadę podziału według dwusiecznych kątów zawartych między osiami przewodów. Obliczone wielkości powierzchni wpisano na plan sieci zawarty w załączniku.

Ogólny wzór na wyznaczenie rozbioru odcinkowego w oparciu o podział powierzchni można przedstawić w postaci:

,

gdzie:

Q_o - rozbiór odcinkowy, dm³/s

q_i - wskaźnik jednostkowego zapotrzebowania na wodę dla i-tej powierzchni cząstkowej przyporządkowanej danemu odcinkowi, dm³/(s∙ha)

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

n - liczba powierzchni cząstkowych przyporządkowanych danemu odcinkowi

Tabela 4.1 Powierzchnie zabudowy poszczególnych grup odbiorców

Rodzaj zabudowy	Pole powierzchni F [ha]
Zabudowa wysoka	34,00
Zabudowa jednorodzinna	13,75
Zabudowa niska	22,70
Usługi	29,00
Przemysł	9,50
∑F	108,95

Do obliczenia współczynników jednostkowego zapotrzebowania na wodę dla poszczególnych rodzajów zabudowy skorzystano z następujących zależności:

Wyniki przedstawiono w tabeli poniżej

Tabela 4.2 Współczynniki jednostkowego zapotrzebowania na wodę dla poszczególnych rodzajów zabudowy

Rodzaj zabudowy	Współczynnik zapotrzebowania na wodę [l/s∙ha]
Zabudowa wysoka	1,64
Zabudowa jednorodzinna	2,26
Zabudowa niska	3,62
Usługi	2,84
Przemysł	2,12

Obliczenia rozbiorów i przepływów zostały przedstawione na załączonych schematach.

Po określeniu rozbiorów odcinkowych i węzłowych oraz kierunków przepływów ustalono natężenie przepływu wody w sieci, co pozwoliło na uzyskanie przepływów końcowych na poszczególnych odcinkach, niezbędnych do wyznaczenia przepływów obliczeniowych.

Obliczenia wykonano metodą Crossa i Łobaczewa kolejno dla wszystkich odcinków sieci. Podstawę tej metody stanowi jednoczesne spełnienie dwóch warunków:

- algebraiczna suma przepływów węźle powinna być równa 0

- algebraiczna suma strat ciśnienia w każdym pierścieniu powinna być równa 0

Korygowanie przepływów obliczeniowych w kolejnych przybliżeniach polegało na algebraicznym dodawaniu (z uwzględnieniem znaku) do przepływu poprzedniego poprawki obliczonej ze wzoru:

[dm³/s]

Wyniki obliczeń w godzinie maksymalnego i minimalnego zapotrzebowania na wodę przedstawiono w tabelach 4.3 i 4.4.

Wyznaczone w wyniku obliczeń hydraulicznych straty ciśnienia w projektowanej sieci wodociągowej są podstawą do określenia rzędnych linii ciśnienia w węzłach sieci. Obliczenia linii ciśnienia dla obu wariantów przedstawiono w tabelach 4.5 i 4.6

Ciśnienie wymagane dla poszczególnych typów zabudowy mieszkaniowej:

Zabudowa wysoka

m

Zabudowa niska

m

Zabudowa jednorodzinna

m

Tabela 4.5 Obliczenia rzędnych linii ciśnień w godzinie maksymalnego zapotrzebowania na wodę

Nr węzła	Odcinek	Przepływ obliczeniowy Q [l/s]	Srednica D [mm]	Prędkość v [m/s]	Jedn. spadek ciś. i [‰]	Straty h [m]	Rzędna ciśnienia dostatecznego [m]	Rzędna terenu [m]	Rzędna linii ciśnień	Ciśnienie w węźle [m]
15								122,8	157,4	34,6
	15_3	122,30	400	1,00	4,0	0,98
3							153,4	121,9	156,4	34,5
	3_4	80,44	300	1,14	6,3	2,53
4							151,6	120,1	153,9	33,8
	4_5	32,74	300	0,46	1,1	0,16
5							151,3	119,8	153,7	33,9
	5_14	23,57	300	0,33	0,6	0,04
14							150,6	119,1	153,7	34,6
	14_13	6,98	300	0,1	0,1	0,1
13							146,7	120,3	153,8	33,5
	13_12	11,03	250	0,16	0,1	0,01
12							146,6	120,2	153,8	33,6
	12_11	28,31	250	0,58	2,1	0,47
11							142,8	121,1	154,3	33,2
	11_10	32,24	300	0,46	1,0	0,05
10							143,0	121,3	154,3	33,0
	10_9	44,98	300	0,64	2,0	0,55
9							154,9	123,4	154,9	32,0
	9_16	61,19	300	0,8	3,5	0,84
16								122,8	155,7	32,9

Tabela 4.6 Obliczenia rzędnych linii ciśnień w godzinie minimalnego zapotrzebowania na wodę

Nr węzła	Odcinek	Przepływ obliczeniowy Q [l/s]	Srednica D [mm]	Prędkość v [m/s]	Jedn. spadek ciś. i [‰]	Straty h [m]	Rzędna ciśnienia dostatecznego [m]	Rzędna terenu [m]	Rzędna linii ciśnień	Ciśnienie w węźle [m]
15								122,8	175,5	52,7
	15_3	125,58	400	1,00	4,0	0,98
3							153,4	121,9	174,5	52,6
	3_4	77,8	300	1,10	5,9	2,37
4							151,6	120,1	172,1	52,0
	4_5	68,08	300	0,97	4,5	0,68
5							151,3	119,8	171,4	51,6
	5_14	66,2	300	0,94	4,3	0,32
14							150,6	119,1	171,1	52,0
	14_13	60,11	300	0,86	3,6	0,99
13							146,7	120,3	170,1	49,8
	13_12	59,16	250	0,84	3,4	0,34
12							146,6	120,2	169,8	49,6
	12_11	55,71	250	1,15	8,0	1,8
11							142,8	121,1	168,0	46,9
	11_10	61,85	300	0,88	3,8	0,19
10							143,0	121,3	167,8	46,5
	10_9	59,39	300	0,84	3,5	0,95
9							154,4	122,9	166,9	44,0
	9_16	87,79	300	1,10	7,0	1,6
16								122,8	165,3	42,5

Ćwiczenie 5

Na planie zagospodarowania przestrzennego z układem sieci wodociągowej i lokalizacją elementów systemu zaprojektować rozmieszczenie uzbrojenia sieci wodociągowej.

W sieci rozmieszczono uzbrojenie regulujące przepływy wody- zasuwy, urządzenia czerpalne- hydranty pożarowe oraz uzbrojenie zabezpieczające przed gromadzeniem się w przewodach powietrza i gazów lub powstaniem podciśnienia- odpowietrzniki, jak również rozmieszczono odwodnienia. Rozmieszczenie uzbrojenia przedstawiono na schemacie sieci wodociągowej.

Zasuwy-

Rozmieszczenie zasuw rozpoczęto od zasuw węzłowych następnie rozmieszczono zasuwy liniowe, zasuwy odcinają przewody o mniejszej średnicy od przewodów, które mają większą średnicę. Następnie przewody rozdzielcze oddzielono zasuwami od przewodów głównych. Zasuwy rozmieszczono a sposób taki, aby odłączenie jednego przewodu było możliwe poprzez zamknięcie mniej niż 5 zasuw a na odłączanym przewodzie nie było więcej niż 4 hydranty. Odstępy pomiędzy kolejnymi zasuwami liniowymi na przewodach rozdzielczych wynoszą 200-400m, natomiast na przewodach magistralnych 500-700m. Podczas rozmieszczania wzięto pod uwagę kierunki przepływów i ewentualne zaopatrzenie w wodę z różnych stron sąsiednich odcinków w przypadku awarii jakiegoś odcinka.

Hydranty przeciwpożarowe-

Głównym celem ich instalowania jest umożliwienie czerpania niezbędnej ilości wody w przypadku wystąpienia pożaru. Podrzędnymi celami są płukanie i odpowietrzanie przewodów, doraźne czerpanie wody do płukania sieci kanalizacyjnej i wodociągowej oraz do mycia ulic i dostarczania wody na teren bodowy. Hydranty rozmieszczono na przewodach rozdzielczych, wzdłuż ulic oraz na ich skrzyżowaniach tak, aby odległości między nimi nie były większe niż 100m, ponadto hydranty umieszczono w najwyższych i najniższych punktach przewodów, aby umożliwić ich odpowietrzanie i płukanie.

Odpowietrzniki-

Zgodnie z ich przeznaczeniem umieszczono je w każdym szczytowym punkcie profilu podłużnego, w odcinkach pomiędzy zasuwami odpowietrzniki umieszczono w wyższym punkcie przewodu przed zasuwą.

Odwodnienia-

Zostały umieszczone na przewodach o średnicy większe niż 250mm, i zgodnie z ich przeznaczeniem czyli usuwaniem wody z danego przewodu zostały umieszczone w najniższych punktach profilu podłużnego przewodu, oraz w niższym punkcie przed zasuwą w przypadku odcinków między zasuwami Ćwiczenie 6

Sporządzić wykres linii ciśnienia dla zaprojektowanej i zwymiarowanej sieci wodociągowej.

Wykresy linii ciśnienia wykonano się dla dwóch wariantów obliczeniowych pracy sieci - w godzinie maksymalnego i minimalnego zapotrzebowania na wodę. Linie ciśnienia wykreślono dla najdłuższej drogi pomiędzy pompownią i zbiornikiem wyrównawczym. Pierwszym etapem było wyznaczenie linii ciśnienia dostatecznego, biorąc pod uwagę rodzaj zabudowy mieszkaniowej. Linia ta przebiega równolegle do poziomu terenu a jej pozycja zależy od ilości kondygnacji w zabudowie, na obszarze przez który przebiega dany odcinek sieci wodociągowej.

Wykres zawiera również informacje o rzędnych terenu, rzędnych osi przewodów ich średnicy oraz długości. Wykreślanie linii ciśnienia dla rozbiorów maksymalnych zaczęto od punktu najniekorzystniejszego ze względu na położenie (najwyżej położonego) i następnie ustalano ciśnienie w kolejnych punktach uwzględniając straty ciśnienia na poszczególnych odcinkach.

Ćwiczenie 7

Zaprojektować pompowy układ ujęcia wody za pomocą studzien wierconych o wydajności odpowiadającej maksymalnemu dobowemu zapotrzebowaniu na wodę określonemu w ćwiczeniu nr 1.

Zakres ćwiczenia obejmuje obliczenia ilości studzien i parametrów ich pracy, opracowanie schematu rozmieszczenia studzien i przewodów tłocznych, obliczenia hydrauliczne przewodów tłocznych, sporządzenie wykresu linii ciśnienia, dobór pomp głębinowych.

Dane hydrogeologiczne terenu wodonośnego:

• wysokość ciśnienia piezometrycznego nad spągiem warstwy wodonośnej H = 35 m

• miąższość warstwy wodonośnej m = 19 m

• współczynnik filtracji k_f = 13 m/d = 0,00015 m/s

• średnica zewnętrzna filtru d_z = 0,506 m

• położenie statycznego zwierciadła wody w studni pod powierzchnią terenu 30 m

Aby zaprojektować pompowy układ ujęcia wody za pomocą studzien wierconych, należy na początku określić charakterystykę wydajności pojedynczej studni i filtru.

Ustalenie charakterystyki wydajności studni

Ujęcie ma być zlokalizowane w warstwie wodonośnej o napiętym zwierciadle wody. Ponieważ wykres wydajności studni jest linią prostą, wystarczy jeden punkt charakterystyki, np. s = 10 m

m

m/s

Ustalenie charakterystyki wydajności filtru

W celu wyznaczenia charakterystyki wydajności filtru określono dopuszczalną prędkość wlotową wody do filtru

m/s

Następnie wyznaczono jeden punkt charakterystyki, np. dla l = 18 m:

l/s

Charakterystykę studni przedstawiono na wykresie poniżej

Wykres 7.1 Charakterystyka studni i filtru

Obliczenie eksploatacyjnej wydajności studni

Eksploatacyjną wydajność studni można wyznaczyć z wykresu przedstawionego powyżej. Ponieważ studnia jest zlokalizowana w warstwie wodonośnej o napiętym zwierciadle wody, długość filtru jest ograniczona miąższością warstwy wodonośnej i może wynosić l = m - 1m = 18 . Eksploatacyjna wydajność studni jest równa wydajności filtru przy powyższej jego długość i prędkości dopuszczalnej.

l/s

Depresję ustalono z charakterystyki studni

s_eks = 4,74 m

m

Ustalenie niezbędnej liczby studzien

Z porównania wydajności eksploatacyjnej pojedynczej studni Q_eks = 0,011694 m = 42,10 m³/s i maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę Q_dmax = 16136 m³/d = 672 m³/h wynika, że niezbędne jest zaprojektowanie zespołu studzien. Do obliczenia liczby studzien skorzystano ze wzoru:

Przyjęto 16 studzien plus 2 studnie rezerwowe.

Obliczono wydatek jednej studni, zasięg leja depresji i odczytano depresję z charakterystyki studni.

m³/h < 42,10 m³/h

m

s = 4,72 m

Przyjęto, że odległości między studniami wynoszą 75 m. Należy zatem uwzględnić współdziałanie studzien, a niezbędną ich liczbę obliczyć. Ponieważ Q_dmax/Q_s>2, a L/R = 0,45, b=0,85 skorygowana liczba studzien:

Schemat rozmieszczenia studni wraz z zaznaczonymi odległościami między umieszczono na następnej stronie. Podane odległości są w metrach.

Rysunek 7.2 Schemat rozmieszczenia studzien

Parametry obliczeniowe pojedynczej studni przyjęto następująco:

42,10 m³/h > Q_s = 42,00 m³/h >
m³/h

s = 4,0 m

R = 147 m

Zastępczy promień depresji dla grupy studzien obliczono:

Skorygowane wartości wydajności poszczególnych studzien uwzględniające ich współdziałanie obliczono wykorzystując metodę Alowskiego.

Na studnię 1 oddziałuje studnia 2:

m

m³/s

Na studnię 2 oddziałuje studnia 1 i 3. Po uwzględnieniu zasady superpozycji obniżenie zwierciadła w studni 2 wskutek pracy studni 1 będzie równe obniżeniu zwierciadła wody w studni 1 wskutek pracy studni 2:

m

Na studnię 2 oddziałuje także studnia 3:

m

m³/s

Studnie 10, 11, 21 mają charakterystyki takie same jak studnia 1 i na każdą z nich może oddziaływać jedna studnia.

Studnie 2,3,4,5,6,7,8,9,12,13,14,15,16,17,18,19,20 mają takie same charakterystyki jak studnia 2 i na każdą z nich mogą oddziaływać dwie studnie.

W czasie eksploatacji ujęcia będzie pracowało 21 studzien. Wydajność ujęcia będzie wynosiła:

m³/s

Q_dmax = 16136 m³/d = 0,1868 m³/s

Obliczenia hydrauliczne przewodów tłocznych

Obliczenia polegały na wyznaczeniu średnicy przewodu, jednostkowego spadku ciśnienia oraz strat liniowych.

Obliczenia przeprowadzono w tabeli przy pomocy nomogramu łącznie z obliczeniami rzędnych linii ciśnień.

Tabela 7.3 Obliczenia hydrauliczne przewodów tłocznych ujęcia wody

Nr węzła	Nr odcinka	Q [l/s]	L [m]	D [mm]	v [m/s]	i [‰]	h [m]	Rzędna l. ciśnień [m]	Rz. wys. podn. pom. [m]	Wysokość dławienia [m]
St.1								132,60	133,0	0,40
	St.1 A	10,9	44	150	0,60	5,0	0,22
A								132,38
	A B	10,9	75	150	0,60	5,0	0,38
B								132,00
	B C	21,1	75	200	0,65	3,8	0,29
C								131,72
	C D	31,3	75	200	0,95	7,0	0,53
D								131,19
	D E	41,5	75	250	0,80	4,0	0,30
E								130,89
	E F	51,7	75	250	1,00	6,5	0,49
F								130,41
	F Z	103,4	250	350	1,00	4,5	1,13
Z								129,28
	Z St. U	217	100	500	1,00	2,8	0,28
St. U								129
St.21								131,71	132,11	0,40
	St.21 Y	10,9	44	150	0,60	5,0	0,22
Y								131,49
	Y W	10,9	75	150	0,60	5,0	0,38
W								131,12
	W U	21,1	75	200	0,65	3,8	0,29
U								130,83
	U T	31,3	75	200	0,95	7,0	0,53
T								130,31
	T S	41,5	75	250	0,80	4,0	0,30
S								130,01
	S R	51,7	75	250	1,00	6,5	0,49
R								129,52
	R Z	61,9	75	300	0,80	3,2	0,24
Z								129,28

Wydajność 1 studni:

10,9 l/s = 39,24 m³/s

Według danych z powyższej tabeli wymagana wysokość podnoszenia pompy w studni 1 wynosi:

m

Korzystając z kart katalogowych dobrano pompę GBC.4.04, której charakterystykę przedstawiono na następnej stronie.

Wykres 7.4 Charakterystyka pompy

Z wykresu można odczytać, że przy wymaganej wydajności równej 39,24 m³/s wysokość podnoszenia pompy jest równa 45,0 m, co jest wartością za dużą w stosunku do wymaganej 44,60 m. Wysokość dławienia w studni 1 wynosi zatem:

45,0 - 44,60 = 0,40 m

---