Повышение эффективности работы систем водоотведения г. Санкт-Петербурга

 

 

 

 

 

 

4 РАСЧЕТ  ОСНОВНЫХ РЕСУРСОВ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ  ГОРОДА

4.1Водоснабжение

а) Хозяйственно-питьевые расходы на нужды населения.

- Определяем суточные расходы. Средний суточный расход, м3/сут.:

Q ср.сут.=∑gi * Ni/1000, где                                                                                     (1)

gi – норма водопотребления, л/чел.;

Ni – число жителей, чел.

- Максимальный суточный расход:

Q сут.max = Q ср.сут. * К сут.max;                                                                        (2)

К сут.max =  от 1,1 до 1,3 (зависит от степени благоустройства зданий). Чем выше степень благоустройства зданий, тем больше К сут.max = 1,3.

- Минимальный суточный расход:

Q сут.min = Q ср.сут. * К сут.min;                                                                           (3)

К сут.min = от 0,7 до 0,9 (зависит от степени благоустройства зданий).

Решение:

1 – находим  число жителей, чел.:

Ni = р * F3 = 120 * 900 = 108 000 чел.

Qср.сут. = 290 * 0,6 * 108 000 / 1000 = 18 792 (м3/сут.), где

290 –по данным степени благоустройства зданий и климата [1, с. 131].

Qmах сут. = 18 792 * 1,3 = 24 429,6 (м3/сут.);

Qmin сут. = 18 792 * 0,9  = 16 912,8 (м3/сут.), где

1,3 и 0,9 – k_сут.max и k_сут.min соответственно. Определяется из суточного расхода, который зависит от степени благоустройства зданий.

2 – находим  среднечасовой расход, м3/ч:

q ср.ч = Q max сут. /24 = 24 429,6 /24 = 1 017,9 (м3/ч);

q max = q ср.ч * К max ч = 1 017,9 * 1, 5372 = 1 564, 715 (м3/ч);

К max ч = α max * β max = 1,4 * 1,098 = 1,537 (м3/ч);

α max – зависит от степени благоустройства зданий,

β max – зависит от числа жителей [1, табл. 2].

	100	300
β max	1,1	1,05
β min	0,7	0,85

β max = 1,1 – (1,1 – 1,05 / 300 – 100) * (108 – 100) = 1,098;

q min ч = 1 017,9 * 0,4236 = 431,182 (м3/ч);

К min ч = 0,6 * 0,706 = 0,4236 (м3/ч);

β min = 0,7 + (0,85 – 0,7 / 300 – 100) * (108 – 100) = 0,706.

Аналогично  производим расчеты по второму району.

2 район:

1 – находим число жителей, чел.:

Ni = р * F3 = 105 * 950 = 99 750 чел;

Qср.сут. = 195 * 99 750/ 1000 = 19 451,25 (м3/сут.);

Qmах сут. = 19 451,25 * 1,2 = 23 341,5 (м3/сут.);

Qmin сут. = 19 451,25 * 0,8  = 15 561 (м3/сут.);

2 – находим  среднечасовой расход, м3/ч:

q ср.ч = Q max сут. /24 = 23 341,5/24 = 972,56 (м3/ч);

q max = q ср.ч * К max ч = 972,56 * 1, 43 = 1 390,76 (м3/ч);

К max ч = α max * β max = 1,3 * 1,101 = 1,43 (м3/ч);

	50	100
β max	1,15	1,1
β min	0,6	0,7

β max = 1,15 – (1,15 – 1,1 / 100 – 50) * (99 – 50) = 1,101 [1];

q min ч = 972,56 * 0,349 = 339,42 ( м3/ч);

К min ч = 0,5 * 0,698 = 0,349 (м3/ч);

β min = 0,6 + (0,7 – 0,6 / 100 – 50) * ( 99 – 50) = 0,698.

б) Хозяйственно-питьевые расходы на нужды предприятия.

1) Суточные расходы,  м3/сут:

Q сут. = (25 * N сут.х.ц. + 45 * N сут.г.ц.) / 1 000, где                                         (4)

25 л/чел. * сут., 45 л/чел. * сут. – нормы водопотребления  на 1 человека в смену соответственно  в холодных и горячих цехах;

N сут.х.ц., N сут.г.ц. – число рабочих соответственно в холодных и горячих цехах за сутки, чел.

Q сут. = 25 * 2 500 * 0,5 + 45 * 2 500 * 0,5 / 1 000 = 87,5 (м3/сут.);

2) Часовые расходы,  м3/сут.:

Q ч.расх. = (25 * 2,5 * N см.х.ц. + 3 * 45 *  N см.г.ц) / (8 * 1 000), где                (5)

2,5 и 3 – коэффициенты часовой неравномерности соответственно в холодных и горячих цехах;

N см.г.ц., N см.х.ц. – число рабочих соответственно в холодных и горячих цехах за смену, чел.;

8 – количество  рабочих часов в смену. 

Примечание  – расходы ведутся по максимальной смене.

Q ч.расх. = (25 * 2,5 * 1 500 * 0,5 + 3 * 45 *  1 500 * 0,5  / (8 * 1 000) = 18,5 (м3/сут);

3. Душевые расходы, м3/сут:

Q душ.сут. = k * 500 n / 1000, где                                                                          (6)

k – число смен;

n – число душевых сеток, шт.;

500 л/сут. –  норма расхода воды на 1 душевую  сетку в смену. 

Q душ.сут. = 2 * 500 * 162,857/ 1 000 * 45 / 60 = 217 (м3/сут);

n = N раб.х.ц. / N  ́ д.с. + N раб.г.ц. / N  ́́́́́́ ́д.с., где                                                (7)

N раб.х.ц., N раб.г.ц. – число работающих и пользующихся душем соответственно в г.ц. и х.ц.;

N  ́ д.с., N  ́́́́́́ ́д.с – количество человек приходящихся на 1 душевую сетку в х.ц. и г.ц.

n_с = 1 500 * 0, 5 * 0,4 / 7 + 1 500 * 0,8 * 0,5/ 5 = 162,857 (шт.).

в) Поливочные расходы, м3/сут:

Q пол.сут. = ∑Fi * Ni / 1 000, где                                                                          (8)

Fi – площадь поверхности соответствующей территории, м2;

Ni – норма расхода воды на полив территории, принимаемая в зависимости от вида покрытия и зеленых насаждений, л/м3[1, табл. 3].

Примечание  – норма расхода принимается  в зависимости от климатических  условий. Большее значение для жаркого  климата, среднее значение – для  умеренного и минимальное – для  холодного климата.

Q пол.сут. = N * n / 1 000, где                                                                                (9)

n – норма расхода воды при неизвестных поливочных территориях, (50 – 70 л/чел.сут).

Q пол.сут. = (120 * 900 + 105 *950) * 60 / 1 000 = 12 465 (м3/сут).

г) Пожарные расходы, л/с:

1) Наружное пожаротушение. 

Находим общее  число жителей проживающих в первом и во втором районе:

 N = 108 000 (чел.);

Определяем  один случай из четырех, который необходимо знать для дальнейшего решения. В данном проекте используется 4 случай, в котором количество людей больше 25 тыс. чел., площадь больше 150 га, в нем принимается два пожара. Расход воды определяет сумму большего расхода на предприятии или в населенном пункте + 50 % меньшего расхода [1, табл. 5].

1 – наружное  пожаротушение в населенном пункте, л/с [1, табл. 7].

Q нар.пож. н.п. = 3 * 40 = 120 (л/с);

2 – наружное  пожаротушение на промышленном  предприятии, л/с [1, табл. 7].

Q нар.пож. п/п = 35 (л/с);

3 – общее  наружное пожаротушение, л/с:

Q нар.пож. = 120 + 35 / 2 = 137,5 (л/с);

2) Внутреннее  пожаротушение.

1 – Жилые  здания = 1 * 2,5 = 2,5 (л/с);

2 – Общежитие = 2 * 2,5 = 5 (л/с);

3 – Предприятие = 3 * 5 = 15 (л/с);

Выбираем наибольшее максимальное значение по внутреннему  пожаротушению: Q нар.пож. = 15 (л/с);

Q расходы пож. = Q нар.пож. + Q внутр. пож. = 137,5 + 15 = 152,5 (л/с);

Итог: на определение  нормы расхода воды на нужды пожаротушения необходимо 152,5 л/с.

д) Режим  водопотребления:

Т ср. = 10 ч.

Т max = (24 – Т ср.) * (1 - k min) / (k max - k min), где                                     (10)

Т ср – количество часов среднего потребления (в сутки);

Т max – количество часов максимального потребления.

1 район:

Т max = (24 – 10) * (1 – 0, 4236) / (1, 5372 – 0, 4236) ≈ 7 (ч);

Т min = 24 – Т ср – Т max = 24 – 10 – 7 = 7 (ч);

Составляем  баланс:

24 150,3= 1 017, 9 * 10 + 431, 2 * 7 + 1 564, 7 * 7;

32 760 = 10 179 + 3 018,4 + 10 952, 9;

24 150, 3 < 24 429, 6;

24 429, 6 – 24 150, 3 = 279, 3;

279, 3/ Т ср = > 279, 3/ 10 = 27, 93;

q ср = 1 045, 83 (м3/ч);

24 429, 6 = 10 * 1 045, 83 + 7 * 1 564, 7 + 7 * 431,2;

24 429, 6 = 24 429, 6 (м³/сут).

2 район:

Т max = (24 – 10) * (1 – 0, 349) / (1, 43  - 0, 349) ≈ 8 (ч);

Т min = 24 – 10 – 8 = 6 (ч);

Составляем  баланс:

22 888, 2 = 8 * 1 390, 76 + 10 * 972, 56 + 6 * 339, 42;

22 888, 2 = 11 126, 08 + 9 725, 6 + 2 036, 52;

22 888, 2 < 23 341, 5;

23 341, 5 – 22 888, 2 = 453, 3;

453, 3/Т ср. = > 453, 3 / 10 = 45, 33;

q ср = 1 017, 89 (м³/сут);

23 341, 5 = 10 * 1 017, 89 + 8 * 1 390, 76 + 6 * 339, 42;

23 341, 5 = 23 341, 5.

Q сут. = 87, 5 (м³/сут), так как две смены берем 16 = > 87, 5 / 16 = 5, 468 (м³/ч);

Q душ.сут. = 217 (м³/сут.), так как две смены = > 217 / 2 = 108, 5;

Q полив.сут. = 12 465 / 5 = 2 493 (м³/сут).

Полив осуществляется в утренние часы, в часы минимального потребления с 3-8. Полив в максимальные часы не учитывается.

Сумма водопотребления  рассчитывается в процентах.

Составляем  таблицу расчета расходов подачи воды насосами и потребления воды в городе.

часы	Водопотребление									в бак	расход	остаток
	1 район	2 район	п/п пит	п/п душ	Полив	сумма
0-1	431,2	339,42	5,46875			776,08875	1,281931		2,5	1,21		1,21
1-2	431,2	339,42	5,46875			776,08875	1,281931		2,5	1,21		2,43
2-3	431,2	339,42	5,46875		2493	3269,08875	5399829		2,5		2,89	-0,46
3-4	431,2	339,42	5,46875		2493	3269,08875	5,399829		2,5		2,89	-3,36
4-5	431,2	339,42			2493	3263,62	5,390796		4,5		0,89	-4,25
5-6	1045,83	1390,76	5,46875			2442,05875	4,033754		4,5	0,46		-3,78
6-7	1564,7	1390,76	5,46875			2960,92875	4,890815		4,5		0,39	-4,17
7-8	1564,7	1390,76				2955,46	4,881782		4,5		0,38	-4,56
8-9	1564,7	1390,76				2955,46	4,881782		4,5		0,38	-4,94
9-10	1564,7	1017,89				2582,59	4,265881		4,5	0,23		-4,70
10-11	1045,83	1017,89	5,46875			2069,18875	3,417853		4,5	1,08		-3,62
11-12	1045,83	1017,89	5,46875			2069,18875	3,417853		4,5	1,08		-2,54
12-13	1045,83	1017,89	5,46875			2069,18875	3,417853		4,5	1,08		-1,46
13-14	1045,83	1017,89	5,46875			2069,18875	3,417853		4,5	1,08		-0,37
14-15	1045,83	1017,89	5,46875			2069,18875	3,417853		4,5	1,08		0,70
15-16	1045,83	1017,89		108,5		2172,22	3,588038		4,5	0,91		1,61
16-17	1564,7	1390,76				2955,46	4,881782		4,5		0,38	1,23
17-18	1564,7	1390,76				2955,46	4,881782		4,5		0,38	0,85
18-19	1564,7	1390,76	5,46875			2960,92875	4,890815		4,5		0,39	0,46
19-20	431,2	1390,76	5,46875		2493	4320,42875	7,136415		4,5		2,63	-2,17
20-21	1045,83	1017,89	5,46875			2069,18875	3,417853		4,5	1,08		-1,09
21-22	1045,83	1017,89	5,46875			2069,18875	3,417853		4,5	1,08		-0,01
22-23	1045,83	1017,89	5,46875			2069,18875	3,417853		4,5	1,08		1,07
23-24	431,2	339,42		108,5	2493	3372,12	5,570014		4,5		1, 07	0
	24429,6	23341,5	87,5	217	12465	60540,6	100

 

Строим график водопотребления и совместной работы насосов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 –  График водопотребления и совместной работы насосов 

е) расчет емкости бака, м³:

Wб = Wр + W пожар., где                                                                                     (11)

Wр – регулирующая емкость с учетом графика почасовой подачи и потребления воды, равна максимальному остатку в баке, м³;

W пожар – объем на пожаротушение, складывается из 10 минутного расхода воды на нужды пожаротушения (внутреннего и внешнего), м³.

Переходы:

|2, 436| + |- 0, 464| = 2, 9;

|-0, 379| + |0, 7| = 1, 079;

|- 4, 94| = 4, 94;

Наибольшей величиной перехода является 4, 94.

60 540, 6 – 100%;

Х – 4, 94 = > Х = 60 540, 6 * 4, 94 / 100 = 2 990, 7;

Wр = 2 990, 7 (м³);

Wпожар. = 152, 5* 600 / 1000 = 91, 5 (м³);

Wб = 2 990, 7 + 91, 5 =3 082, 2 (м³).

- Определение  объема резервуара чистой воды:

Wр.ч.в. = Wрег. + W пож. + Wав.  + W доп., где                                                 (12)

Wрег. – регулирующий объем воды;

W пож. – противопожарный объем воды;

Wав. – аварийный объем воды;

W доп. – дополнительный объем воды.

Wр.ч.в. рег. = Qmax сут. [1 + Кн + (Кч – 1) * (Кн / Кч) ^ Кч / Кч – 1], где       (13)

Кн – коэффициент  суточной неравномерности;

Кч – коэффициент  часовой максимальной неравномерности.

Кч = q max отбор / q сред.вод., где                                                                      (14)

q сред.вод. – среднесуточный расход:

q сред.вод. = 1 045, 83 + 1 017, 89 = 2 063, 72;

q max отбор – максимальный суточный расход:

q max отбор = 4, 5 % от 60 540, 6 = 2 724, 327.

Кч = 2 724, 327 / 2 063, 72 = 1, 32.

Кн = q max подача в РЧВ / q сред.вод., где                                                        (15)

q max подача в РЧВ – максимальная подача воды в РЧВ.

q max подача в РЧВ = Q max сут.  / 24, где                                                          (16)

q max подача в РЧВ = 47 858, 6 / 24 = 1 994, 1.

Примечание  – берется без учета поливочных расходов и душевых нужд.

Кн = 1 994, 1 / 2 063, 72 = 0, 966.

Wр.ч.в. рег. = 60 540, 6 [1 – 0, 966 + (1, 32 – 1) * ( 0, 966 / 1, 32) ^ (1, 32 / 1,32 – 1)] = 60 540, 6 (0, 034 + 0, 32 *  (0, 731) ^ 4) = 7 560, 3.