Суточная неравномерность расхода воды потребителями и необходимость иметь запас воды для повышения надежности водоснабжения требует устройства специальных емкостей (резервуаров) для хранения воды. По функциональному назначению резервуары разделяют на регулирующие, запасные и запасно-регулирующие. В зависимости от назначения они могут располагаться в различных точках системы водоснабжения и выполнять следующие функции:
- приема и хранение воды, подаваемой насосной станцией первого подъема на очистные сооружения водопровода, размещаются на площадках очистных сооружений;
- приема и хранения запаса питьевой воды после ее очистки и обеззараживания, размещаются на площадках очистных сооружений;
- поддержания требуемого напора в водопроводной сети и хранение регулирующего объема воды, размещаются на возвышенных участках рельефа;
- хранение аварийных и противопожарных запасов.
Объемы резервуаров зависят от производительности системы водоснабжения и находятся в пределах 50-20000 м3, сооружают их преимущественно из железобетона.
К напорно-регулирующим резервуарам относятся подземные железобетонные резервуары, расположенные на высоте, обеспечивающей подачу воды под необходимым напором потребителям и водонапорные башни.
Водонапорные башни имеют высоту 10-30 м, объем бака – от десятков до тысяч кубических метров, соотношение диаметра и высоты бака – (1-0,5). Минимальная высота башни 10 м определяется значением минимально допустимого напора в водопроводных сетях для противопожарных нужд. Пример устройства водонапорной башни приведен на рис. 35.
Рис. 35. Схема водонапорной башни. 1 – фундамент; 2 – обратный клапан; 3 – задвижки; 4 – трубопровод подачи воды в бак; 5 – ствол башни; 6 – шатер; 7 – бак; 8 – кровля; 9 – перелив; 10 – трубопровод для опорожнения бака и удаления осадка; 11 – трубопровод подачи воды в водопроводную сеть.
Водонапорная башня является своеобразным стабилизатором напора в водопроводной сети. В периоды суток с минимальным водоразбором, например, в ночные часы, излишки воды, подаваемой насосами в водопроводную сеть, заполняют бак водонапорной башни, а в периоды максимального водоразбора, когда производительность насосов недостаточна для обеспечения потребителей, используется вода из водонапорной башни. При этом напор в водопроводной сети определяется уровнем воды в баке водонапорной башни, поэтому размещать их желательно на возвышенностях.
Наружные сети водопровода
И сооружения на них
Наружная водопроводная сеть города предназначена как для транспортирования воды, так и для её распределения по потребителям. Водопроводная сеть является наиболее затратным элементом системы водоснабжения, на её долю приходится более половины общих затрат на устройство водопровода города. Эффективность работы водопроводной сети определяется надежностью и бесперебойностью её работы, степенью обеспеченности расчетных расходов и свободных напоров у потребителей, затратами энергии на транспортировку воды и сохранением её качества в процессе транспортировки.
По конфигурации в плане водопроводные сети делятся на разветвленные (тупиковые), кольцевые и комбинированные.
Тупиковые сети, рис. 36, прокладываются к потребителям по кратчайшему расстоянию и требуют минимальных, по сравнению с кольцевыми и комбинированными сетями, затрат на устройство сетей. Принципиальным недостатком тупиковых сетей является низкая надежность водоснабжения, обусловленная тем, что при аварии на каком-либо участке трубопроводной системы прекращается подача воды всем потребителям, расположенным за местом аварии по ходу движения воды.
Рис. 36. Тупиковые водопроводные сети. 1 – водоводы; 2 - магистральные водопроводы; 3 – распределительные трубопроводы; 4 – кварталы застройки.
Кольцевые сети, рис. 37, выгодно отличаются от тупиковых большей надежностью водоснабжения, так как в них предусмотрена возможность подачи воды потребителям в обход аварийного участка, однако достигается это за счет увеличения общей протяженности водопроводных сетей и их удорожания.
Рис. 37. Кольцевые водопроводные сети. 1 – водоводы; 2 - магистральные водопроводы; 3 – распределительные трубопроводы; 4 - кварталы.
Кольцевание наружных водопроводных сетей внутренними водопроводными сетями зданий и сооружений не допускается.
Комбинированные сети, рис. 38, представляют собой сочетание кольцевых и тупиковых сетей в составе единой системы водоснабжения поселения.
Рис. 38. Комбинированные водопроводные сети. 1 – водоводы; 2 - магистральные водопроводы; 3 – распределительные трубопроводы; 4 - кварталы.
При выборе конфигурации водопроводных сетей необходимо учитывать, что они должны быть кольцевыми. Тупиковые линии водопроводов хозяйственно-питьевого назначения допускается применять только при диаметре труб не свыше 100 мм или при длине линий не более 200 м.
В водопроводной сети выделяют магистральные и распределительные линии.
Направление магистральных линий совпадает с общим направлением подачи воды. Их рекомендуется прокладывать по возвышенным участкам рельефа, так как при этом уменьшается гидростатический напор в трубопроводах. Диаметры магистральных линий определяются расчетом, основу которого составляют данные по максимальному водоразбору и рекомендуемым скоростям движения воды. Принимая во внимание зависимость
, (1)
а также то, что потери напора жидкости при ее движении по трубе пропорциональны квадрату скорости, можно заключить, что при неизменности объемного расхода и уменьшении диаметра трубы, увеличивается скорость движения воды, а, следовательно, и потери напора. Это приводит к необходимости увеличения напора, создаваемого насосом, и, как следствие, к увеличению потребления электроэнергии насосом. Таким образом, сокращение затрат на устройство сети при уменьшении диаметров трубопроводов вызывает увеличение эксплуатационных расходов вследствие увеличенного потребления электроэнергии насосами второго подъема. Оптимальным вариантом выбора диаметров водопроводов считается такой, при котором значения скоростей движения воды в трубах находятся в пределах от 1 до 2 м/с, при этом, меньшие значения скоростей принимаются для труб диаметром от 100 до 300 мм, а большие – для диаметров более 600 мм.
Диаметр труб водопровода, объединенного с противопожарным, должен быть не менее 100 мм, в сельских населенных пунктах — не менее 75 мм.
Трассировка распределительных лини й и затраты на их устройство во многом определяются градостроительным решением поселения. При ширине улиц в пределах красных линий 22 м и более рекомендуется прокладка сетей водопровода по обеим сторонам улиц.
Прокладка трубопроводов выполняется подземной для предотвращения замерзания воды зимой и нагревания летом. Минимальная глубина заложения труб, считая до низа, принимается на 0,5 м больше расчетной глубины проникания в грунт нулевой температуры, и составляет примерно 1,0-1,5 м для южных районов России, 2,0-3,0 м для средней полосы и 3,0-3,5 м для северных районов. Минимальное расстояние от верха трубы до поверхности земли определяется из условий предотвращения нагревания воды летом, а также защиты от внешних нагрузок и составляет 0,5 м.
При теплотехническом и технико-экономическом обосновании допускаются наземная и надземная прокладки, прокладка в туннелях, а также прокладка водопроводных линий в туннелях совместно с другими подземными коммуникациями.
При определении трассировки и глубины заложения водопроводных сетей при подземной прокладке необходимо учитывать условия их пересечения с другими подземными сооружениями и коммуникациями.
С целью предохранения линий водопровода от внешних воздействий, а также для предотвращения негативного влияния аварий и протечек на водопроводных сетях, СНиП ограничивают минимальные расстояния от наружной поверхности водопроводных труб до зданий, сооружений и других наружных инженерных сетей.
Водопроводные трубы.
Водопроводные трубыдолжны отвечать ряду требований, главные из которых:
- безопасность в санитарном отношении;
- достаточная прочность, обеспечивающая сохранность трубопроводов при воздействии на них давления воды, грунта и транспортных нагрузок;
- долговечность и устойчивость к агрессивному воздействию грунта и грунтовых вод;
- гладкость внутренней поверхности труб, обеспечивающая их низкое гидравлическое сопротивление;
- герметичность труб и их соединений;
- умеренная стоимость.
Для водопроводных сетей целесообразно применять неметаллические трубы (железобетонные, асбестоцементные, пластмассовые и др.). В последнее время широкое распространение получили пластмассовые трубы, выгодно отличающиеся прочностью, долговечностью, низким гидравлическим сопротивлением и хорошими теплотехническими характеристиками.
Чугунные трубы применяются при обосновании для сетей в пределах населенных пунктов и территорий промышленных, сельскохозяйственных предприятий.
Применение стальных труб допускается:
- на участках с расчетным внутренним давлением более 1,5 МПа (15 атм.);
- для переходов под железными и автомобильными дорогами, через водные преграды и овраги;
- в местах пересечения хозяйственно-питьевого водопровода с сетями канализации;
- при прокладке трубопроводов по автодорожным и городским мостам, по опорам эстакад и в туннелях.