Системы водоснабжения

Введение 

    Под системой водоснабжения подразумевается  комплекс сооружений, необходимых для  обеспечения водой потребителей в необходимом количестве, требуемого качества.

    Системы водоснабжения разделяют на хозяйственно-питьевые, производственные и противопожарные. Помимо этого вода, вода используется для мойки улиц, проездов, площадей, а также поливки зеленых насаждений и для других целей. В зависимости от вида объекта, снабжаемого водой, системы бывают городскими, поселковыми, промышленными и т.п. При этом система водоснабжения может обеспечивать водой как один объект, так и группу однородных и разнородных потребителей на территории района.

    На  промышленных предприятиях, в зависимости  от схемы использования воды, системы  классифицируются на прямоточные, с  последовательным использованием воды, оборотные, замкнутые.

    Относительно  источника водозабора существуют системы, забирающие воду из поверхностных и  из подземных источников. По способу  подачи воды потребителям системы могут  быть напорными и безнапорными. Возможна комбинация этих схем подачи воды. Система  водоснабжения состоит из сооружений для забора воды из источника, ее транспортирования, обработки, хранения и регулирования  подачи.

    Вид водозаборного сооружения зависит  от характера источника водоснабжения. Из поверхностных источников водоснабжения  забор воды осуществляется береговыми и русловыми водозаборами различных  конструкций, из подземных водозаборных скважин, шахтных колодцев – горизонтальными  и лучевыми водозаборами, сооружениями для каптажа подземных вод.

    Подъем  и перекачка воды на очистные сооружения или к потребителю осуществляется насосной станцией I подъема. После  прохождения процесса кондиционирования  вода подается потребителю насосной станцией II подъема. Возможно устройство нескольких последовательно или параллельно работающих станций, что определяется техническими и экономическими требованиями. 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Системы и схемы хозяйственно-питьевого водоснабжения 

    Система водоснабжения – комплекс взаимосвязанных  инженерных устройств и сооружений, обеспечивающих потребителей водой  в требуемом количестве и заданного  качества. Система водоснабжения  включает в себя устройства и сооружения для забора воды из источника водоснабжения, ее транспортирования, обработки, хранения, регулирования подачи и распределения между потребителями.

    Схема водоснабжения – последовательное расположение этих сооружений от источника до потребителя и их взаимное расположение относительно друг друга.

    Системы водоснабжения должны проектироваться  в соответствии с требованиями по проектированию наружных сетей и  сооружений водоснабжения, а также  других нормативно-технических рекомендаций и требований, предъявляемых к воде потребителями. При этом необходимо учитывать местные условия, многообразие которых приводит к тому, что система водоснабжения любого объекта по-своему уникальна.

Классификации систем

    Все многообразие встречающихся на практике систем водоснабжения классифицируется по следующим основным признакам:

• по назначению: хозяйственно-питьевые; противопожарные; производственные; сельскохозяйственные. Перечисленные типы систем могут быть как самостоятельными, так и объединенными. Объединяют системы в том случае, если требования, предъявляемые к качеству воды одинаковые или это выгодно экономически;
• по характеру используемых природных источников: системы, получающие воду из поверхностных источников (реки, озера, водохранилища, моря, океаны); системы, забирающие воду из подземных источников (артезианские, грунтовые); системы смешанного питания (при использовании различных видов водоисточников);
• по территориальному признаку (охвату): локальные (одного объекта) или местные; групповые или районные, обслуживающие группу объектов; внеплощадочные; внутриплощадочные;
• по способам подачи воды: самотечные (гравитационные); напорные (с механической подачей воды с помощью насосов); комбинированные;
• по кратности использования потребляемой воды (для предприятий): прямоточные (однократное использование); с использованием воды (двух-трехкратное); оборотные (многократное использование воды, осуществляемое по замкнутой, полузамкнутой схеме или со сбросом части воды – продувкой); комбинированные;
• по видам обслуживаемых объектов: городские; поселковые; промышленные; сельскохозяйственные; железнодорожные и т.д.;
• по способу доставки и распределения воды: централизованные; децентрализованные; комбинированные.

    Системы водоснабжения в населенных пунктах  предусматривают, как правило, централизованными. При этом в зависимости от местных условий и экономической целесообразности они могут быть раздельными – с собственными источниками водоснабжения для каждой из зон (селитебной или производственной) – или объединенными – с общим источником водоснабжения для обеих зон (рис. 1).

Рис. 1. Системы  водоснабжения:

а –  централизованная раздельная; б –  централизованная объединённая; в –  комбинированная: 1 – водозаборное сооружение; 2 – насосная станция  НС-; 3 – очистные сооружения; 4 –  резервуары чистой воды; 5 – НС-; 6 – водонапорная башня; 7 – водоводы; 8 – распределительная водопроводная сеть; 9 – населённый пункт; 10 – производственная зона

    Децентрализованные (местные) системы водоснабжения  строятся для отдельных удаленных  локальных потребителей или группы зданий, а также поселков, намеченных к переселению.

    По  надежности или по степени обеспеченности подачи воды централизованные системы водоснабжения делятся натри категории (табл. 1).

    Системы водоснабжения (водопроводы), используемые одновременно для хозяйственно-питьевого и (или) производственного водоснабжения и для тушения пожаров, или специальный противопожарный водопровод могут быть низкого или высокого давления (рис. 2):

а) с  подачей воды из водопроводной сети через гидранты низкого давления (при наличии пожарного депо необходимый напор обеспечивается с помощью пожарных автомашин или мотопомп);

б) при  отсутствии пожарного депо напор  создается стационарными пожарными  насосами, установленными в насосных станциях, при этом трубы сети должны быть выбраны с учетом повышения давления при пожаре.

Таблица 1

Рис. 2. Схемы  тушения пожара из водопровода:

а - низкого давления; б – высокого давления.

    Специальный противопожарный водопровод может устраиваться с подачей воды непосредственно из противопожарных резервуаров или естественных водоемов (рек, озер, прудов); необходимый напор обеспечивается пожарными автомашинами или мотопомпами.

    В населенных пунктах с числом жителей  более 5 тысяч человек противопожарный  водопровод должен быть низкого давления. Противопожарное водоснабжение  поселков с числом жителей до 5 тысяч  человек допускается также из естественных или искусственных  водоемов или резервуаров с забором  воды из них пожарными автонасосами или мотопомпами. В этом случае требуемое число водоемов или резервуаров определяют исходя из того, что радиус их действия не должен превышать при тушении пожара: автонасосами – 200 м, мотопомпами – 100-150 м. Объем каждого резервуара должен быть рассчитан на расход воды, необходимый для тушения пожара в течение 3 часов. Пополняют противопожарные резервуары из хозяйственно-питьевого водопровода. Выбор системы противопожарного водоснабжения обосновывают технико-экономическими расчетами. Для поселков при застройке одно-двухэтажными зданиями, а также для отдельно стоящих производственных зданий I и II степени огнестойкости объемом до 1000 м3противопожарное водоснабжение можно не предусматривать.

    Примерная схема водоснабжения населенного  пункта представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема  водоснабжения населённого пункта при использовании поверхностного водоисточника:

1 –  источник водоснабжения; 2 – водозаборное  сооружение; 3 – насосная станция  1-го подъёма; 4 – водоочистная  станция; 5 – резервуар чистой  воды (РЧВ); 6 – насосная станция  П-го подъёма; 7 – напорно-регулирующее сооружение (водонапорная башня); 8 – распределительная сеть населённого пункта; 9 – самотёчные водоводы; 10 – напорные водоводы; 11 – всасывающие водоводы

    Сравнение вариантов следует производить  по срокам и очередности строительства  с определением капитальных вложений и годовых эксплуатационных расходов. Эти затраты следует определять на 1 м3 суточной производительности системы в целом и отдельно очистных сооружений (с учетом себестоимости подачи и очистки 1 м3 воды).

    При рассмотрении возможных вариантов  централизованных систем следует отдавать предпочтение объединенной системе, обслуживающей селитебную и производственную зоны населенного пункта. Это в ряде случаев обеспечивает снижение требуемых капитальных вложений и упрощает условия эксплуатации.

     Применение  раздельных систем для обслуживания каждой зоны может быть оправдано:

• при дебите водоисточника на каждой из площадок водозабора подземных вод, меньше требуемых суммарных расходов воды в жилой и производственной зонах;
• при значительном (более чем на 2-3 км) удалении селитебной зоны от производственной;
• при прокладке коммуникаций между обеими зонами, связанной с большими дополнительными затратами из-за сложного рельефа местности.

    В целях экономии питьевой воды следует  учитывать возможность использования  для поливки приусадебных участков воду местных источников (ручьи, водоемы, колодцы и т.п.).

    Рекомендуется рассматривать целесообразность поэтапного развития системы водоснабжения в зависимости от темпов строительства населенного пункта с поочередным объединением осуществленных этапов в общую схему водопровода. Пример поэтапного развития системы водоснабжения в три очереди проиллюстрирован на рис.4:

• 1 очередь (рис. 4, а): схема водоснабжения с одним подъемом воды и пожаротушением из водоемов, с водонапорной башней, в баке которой хранится регулирующий и неприкосновенный противопожарный запасы воды;
• II очередь (рис. 4, б): мощность водопровода развивается за счет строительства дополнительных скважин, резервуара чистой воды с регулирующим и противопожарным запасом воды, насосной станции второго подъема с переходом на пожаротушение через пожарные гидранты;
• III очередь (рис. 4, в): завершается строительство водопровода путем расширения водозабора, строительства второго резервуара, замены и дополнительной установки насосных агрегатов второго подъема или второго блока насосной станции второго подъема.

Рис. 4. Пример очерёдности строительства систем водоснабжения для малых населённых пунктов с использованием подземных водоисточников: 1 – скважина; 2 – водоводы; 3 – водонапорная башня; 4 – распределительная сеть; 5 – пожарный водоём; 6 – резервуар чистой воды; 7 – насосная станция второго подъёма, 8 – пьезометрические линии напоров воды

    Водоснабжение объекта может осуществляться по различным схемам. Для предварительной  оценки вариантов наиболее часто  встречающихся схем водоснабжения  небольших объектов рекомендуется пользоваться данными об основных элементных блоках систем водоснабжения и составе сооружений (табл. 2).

В табл. 2 рассмотрены следующие схемы:

1 –  один подъем воды НС-1 с водонапорной  башней ВБ, пожаротушение непосредственно из искусственных (или естественных) водоемов;

2 –  один подъем воды НС-1 с водонапорной  башней ВБ, пожаротушение через  гидранты;

3 –  два подъема воды с резервуарами  при насосной станции второго  подъема НС-Н и водонапорной  башней ВБ, пожаротушение через  гидранты с возможным частичным  использованием противопожарных  водоемов ППВ (для удаленных  объектов);

4 –  два подъема воды с резервуарами  при насосной станции второго  подъема НС-П без водонапорной  башни (безбашенная система), пожаротушение через гидранты;

Для 2-4 схем принята система пожаротушения  низкого давления.

Таблица 2

    Технико-экономическое  сравнение вариантов башенных и  безбашенных систем производится чаше всего для населенных мест с потребностью в воде до 6-8 тыс м3/сут. При большей производительности и невозможности устройства напорных наземных резервуаров экономически целесообразно устройство безбашенных систем. 

    Строительные  нормы и правила

    Схемы и системы водоснабжения   

   1 Выбор схемы и системы водоснабжения следует производить на основании сопоставления возможных вариантов ее осуществления с учетом особенностей объекта или группы объектов, требуемых расходов воды на различных этапах их развития, источников водоснабжения, требований к напорам, качеству воды и обеспеченности ее подачи. 
    2 Сопоставлением вариантов должны быть обоснованы: 
- источники водоснабжения и использование их для тех или иных потребителей; 
- степень централизации системы и целесообразность выделения локальных систем водоснабжения; 
- объединение или разделение сооружений, водоводов и сетей различного назначения; 
- зонирование системы водоснабжения, использование регулирующих емкостей, применение станций регулирования и насосных станций подкачки; 
- применение объединенных или локальных систем оборотного водоснабжения; 
- использование отработанных вод одних предприятий (цехов, установок, технологических линий) для производственных нужд других предприятий (цехов, установок, технологических линий), а также для поливки территории и зеленых насаждении; 
- использование очищенных производственных и бытовых сточных вод, а также аккумулированного поверхностного стока для производственного водоснабжения, орошения и обводнения водоемов; 
- целесообразность организации замкнутых циклов или создания замкнутых систем водопользования; 
- очередность строительства и ввода в действие элементов системы по пусковым комплексам. 
   3 Централизованная система водоснабжения населенных пунктов в зависимости от местных условий и принятой схемы водоснабжения должна обеспечивать: 
- хозяйственно-питьевое водопотребление в жилых и общественных зданиях, нужды коммунально-бытовых предприятий; 
- хозяйственно-питьевое водопотребление на предприятиях; 
- производственные нужды промышленных и сельскохозяйственных предприятий, гае требуется вода питьевого качества или для которых экономически нецелесообразно сооружение отдельного водопровода;  
- тушение пожаров; 
- собственные нужды станций водоподготовки, промывку водопроводных и канализационных сетей и т.п. 
    При обосновании допускается устройство самостоятельного водопровода для: 
- поливки и мойки территорий (улиц, проездов, площадей, зеленых насаждений), работы фонтанов и т.п.; 
- поливки посадок в теплицах, парниках и на открытых участках, а также приусадебных участков. 
  4 Централизованные системы водоснабжения по степени обеспеченности подачи воды подразделяются на три категории: 
    I — допускается снижение подачи воды на хозяйственно-питьевые нужды не более 30 % расчетного расхода и на производственные нужды до предела, устанавливаемого аварийным графиком работы предприятий; длительность снижения подачи не должна превышать 3 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускаются на время выключения поврежденных и включения резервных элементов системы (оборудования, арматуры, сооружений, трубопроводов и др.), но не более чем на 10 мин; 
    II — величина допускаемого снижения подачи воды та же, что при I категории; длительность снижения подачи не должна превышать 10 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускаются на время выключения поврежденных и включения резервных элементов или проведения ремонта, но не более чем на 6 ч;  
    III — величина допускаемого снижения подачи воды та же, что при I категории; длительность снижения подачи не должна превышать 15 сут. Перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается на время проведения ремонта, но не более чем на 24 ч. 
    Объединенные хозяйственно-питьевые и производственные водопроводы населенных пунктов при числе жителей в них более 50 тыс. чел. следует относить к I категории; от 5 до 50 тыс. чел. — ко II категории; менее 5 тыс. чел. — к III категории. 
    Категорию сельскохозяйственных групповых водопроводов следует принимать по населенному пункту с наибольшим числом жителей. 
    При необходимости повышения обеспеченности подачи воды на производственные нужды промышленных и сельскохозяйственных предприятий (производств, цехов, установок) следует предусматривать локальные системы водоснабжения. 
    Проекты локальных систем, обеспечивающих технологические требования объектов, должны рассматриваться и утверждаться совместно с проектами этих объектов. 
    Категорию отдельных элементов систем водоснабжения необходимо устанавливать в зависимости от их функционального значения в общей системе водоснабжения. 
    Элементы систем водоснабжения II категории, повреждения которых могут нарушить подачу воды на пожаротушение, должны относиться к I категории. 
  5 При разработке схемы и системы водоснабжения следует давать техническую, экономическую и санитарную оценки существующих сооружений, водоводов и сетей и обосновывать степень их дальнейшего использования с учетом затрат по реконструкции и интенсификации их работы. 
    6 Системы водоснабжения, обеспечивающие противопожарные нужды, следует проектировать в соответствии с указаниями разд. 2.  
   7 Системы оборотного водоснабжения надлежит проектировать в соответствии с указаниями разд. 11. 
   8 При выборе оптимального варианта систем производственного водоснабжения при необходимости следует рассматривать возможность и целесообразность изменений технологических процессов, при которых возрастание издержек основного производства оказывается меньше снижения приведенной стоимости систем водоснабжения и канализации. 
     9 Водозаборные сооружения, водоводы, станций водоподготовки должны, как правило, рассчитываться на средний часовой расход в сутки максимального водопотребления. 
    10 Расчеты совместной работы водоводов, водопроводных сетей, насосных станций и регулирующих емкостей надлежит производить в объеме, необходимом для обоснования системы подачи и распределения воды на расчетный срок, установления очередности ее осуществления, подбора насосного оборудования и определения требуемых объемов регулирующих емкостей и их расположения для каждой очереди строительства. 
   11 Для систем водоснабжения населенных пунктов расчеты совместной работы водоводов, водопроводных сетей, насосных станций и регулирующих емкостей следует, как правило, выполнять для следующих характерных режимов подачи воды: 
- в сутки максимального водопотребления — максимального, среднего и минимального часовых расходов, а также максимального часового расхода и расчетного расхода воды на пожаротушение; 
- в сутки среднего водопотребления — среднего часового расхода; 
- в сутки минимального водопотребления — минимального часового расхода; 
- Проведение расчетов для других режимов водопотребления, а также отказ от проведения расчетов для одного или нескольких из указанных режимов допускается при обосновании достаточности проведенных расчетов для выявления условий совместной работы водоводов, насосных станций, регулирующих емкостей и распределительных сетей при всех характерных режимах водопотребления. 
    Для систем производственного водоснабжения характерные условия их работы устанавливаются в соответствии с особенностями технологии производства и обеспечения противопожарной безопасности. 
    Примечание. При расчете сооружений, водоводов и сетей на период пожаротушения аварийное выключение проводов и линий кольцевых сетей, а также секций и блоков сооружений не учитывается. 
    12 При разработке схемы водоснабжения должен быть установлен перечень параметров, контроль которых необходим для последующей систематической проверки силами эксплуатационного персонала соответствия проекту фактических расходов воды и коэффициентов неравномерности водопотребления, а также фактических характеристик оборудования, сооружений и устройств. Для осуществления контроля в соответствующих разделах проекта должна быть предусмотрена установка необходимых для этого приборов и аппаратуры. 
    13 При разработке схем и систем сельскохозяйственного водоснабжения надлежит: 
- централизованные системы водоснабжения проектировать лишь для перспективных населенных пунктов и объектов сельскохозяйственного производства; 
- для сохраняемых на расчетный период сельских населенных пунктов предусматривать реконструкцию существующих водозаборных сооружений (водозаборных скважин, шахтных колодцев, каптажа родников и т.п.) с оборудованием их механизированными водоподъемниками и устройство внутренних водопроводов в отдельных культурно-бытовых и производственных зданиях; 
- при устройстве групповых водопроводов предусматривать меры по сохранению качества воды при ее транспортировании на большие расстояния, особенно в начальный период работы этих систем, когда скорости движения воды в водоводах значительно ниже расчетных; 
- рассматривать целесообразность устройства для поливки приусадебных участков отдельных сезонных водопроводов с использованием местных источников и оросительных систем, непригодных в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения; 
- при проектировании систем водоснабжения для районов распространения засоленных вод при отсутствии местных источников пресной воды рассматривать целесообразность использования для питьевых нужд опресненной воды и для непитьевых нужд минерализованной воды. При этом для поселков с одноэтажной застройкой внутренние водопроводы рекомендуется проектировать только для подачи минерализованной воды, предусматривая подачу опресненной воды на питьевые нужды через водоразборные колонки.