Водозаборные сооружения. Забор воды из поверхностных источников осуществляется специальными водозаборными сооружениями - береговыми (рис. 1 а) или русловыми (рис. 1 б); их располагают по течению реки обязательно выше населенных пунктов и производственных предприятий, сточные воды которых могут быть причиной загрязнения.
Рисунок 1. Водозаборные сооружения: а - водозаборное сооружение берегового типа: 1-водоприемник; 2-самотечная труба; 3-задвижка; 4-береговой колодец; б-русловый водозабор: 1 - водоприемник; 2-самотечная труба; 3 - береговой колодец; 4-насосная станция
Для забора воды из подземных источников используют шахтные или трубчатые колодцы (буровые скважины).
Шахтные колодцы (рис. 2 а) устраивают для забора грунтовых вод из водоносных слоев, залегающих на глубине 30…40 м. Каждый из них состоит из водоприемной части 5 с донным фильтром 6 из гравия, шахты 4 и возвышающегося над поверхностью земли на 0,5…0,8 м оголовка 2. Последний плотно закрывается водонепроницаемой крышкой для предохранения от попадания в колодец атмосферных осадков и посторонних предметов. Вокруг оголовка устраивают глиняный замок 3 шириной и глубиной не менее 1 м для защиты от загрязнений, вносимых с атмосферными осадками. Шахту делают квадратного сечения (со стороной 1…3 м) или круглого (диаметром 1…3 м) из железобетонных колец, кирпича или рубленой из дерева. На дне колодца устраивают песчано-гравийный фильтр, состоящий из 2…3 слоев фильтрующего материала толщиной не менее 100 мм, а в оголовке устанавливают вентиляционную трубу 1 сечением 0,8 х 0,8 м и высотой до 1 м.
Шахтный колодец работает следующим образом. Когда вода из него не отбирается, ее уровень находится на той же глубине, что и уровень подземных (грунтовых) вод, который называют статическим. При отборе воды уровень ее в колодце понижается и в зависимости от расхода и поступления свежей воды из водоносного слоя устанавливается на некоторой глубине. Такой уровень называется динамическим, а количество воды, даваемое источником в единицу времени, - дебитом источника (л/с, м3/ч). В производственных условиях дебит колодца определяют способом откачки.
Трубчатые колодцы. Для забора воды из глубоко залегающих водоносных пластов (до 150 м и более) устраивают трубчатый колодец, схема которого приведена на рис. 2 б. Он представляет собой глубокую буровую скважину диаметром 350 мм и более. Стенки закрепляют обсадными стальными трубами, предохраняющими ее от обвала и проникновения воды из вышележащих пластов с непригодной для питья водой.
Рисунок 2. Схемы колодцев: а-шахтный: 1-вентиляционная труба; 2-оголовок; 3-глиняный замок; 4-шахта; 5-водоприемная часть; 6-донный фильтр; б-трубчатый: 1-кондуктор; 2-обсадная труба; 3-сальник; 4-над-фильтровая труба; 5-фильтрующая часть; 6-отстойник фильтра
Колодец этого типа состоит из водоприемной части, ствола и оголовка. Заглубляемая в водоносный пласт водоприемная часть включает надфильтровую трубу 4, фильтрующую часть 5 и отстойник 6. Труба 4 соединяет фильтр с нижней обсадной трубой 2. Место соединения уплотняется сальником 3. В устойчивых каменных породах фильтр в водоприемной части иногда не устраивают, и вода из водоносного слоя поступает непосредственно в нижнюю обсадную трубу. В зависимости от местных условий и типа применяемого оборудования устье скважины располагают в надземном помещении или в заглубленной бетонированной камере. Верхняя часть обсадных труб скважины должна выступать над полом помещения не менее чем на 0,5 м. Каждая скважина должна быть оборудована уровнемером для наблюдения за динамическим уровнем воды, трубопроводом для отвода воды при прокачке, водомером для измерения дебита скважины и краном отбора проб воды для анализа.
В зависимости от расположения водоисточника относительно потребителей воды применяют напорные или самотечные системы водоснабжения. При напорной системе уровень воды в источнике расположен ниже уровня объекта водоснабжения, и воду приходится подавать к потребителям насосами, создавая некоторый напор. В самотечной системе водоисточник расположен выше уровня потребителей, к которым она поступает самотеком. В зависимости от типа водонапорного оборудования системы бывают башенными - с водонапорной башней и безбашенными - с пневматической водоподъемной (пневмогидравлической) установкой. В водоснабжении животноводческих ферм и комплексов получили распространение локальные и реже централизованные (от одного водоприемника) системы водоснабжения с подземными водоисточниками и резервными противопожарными резервуарами, оборудованными мотопомпами или автонасосами.
Рисунок 3. Схема водоснабжения из поверхностного источника: 1-источник; 2-самотечная труба; 3-водозаборное сооружение; 4-насосная станция первого подъема; 5-очистное сооружение; 6-резервуар чистой воды; 7-насосная станция второго подъема; 8-водонапорная башня; 9-водопроводная сеть; 10-объект водоснабжения
В зависимости от конкретных условий (рельеф местности, мощность водоисточника, надежность электроснабжения) применяемое оборудование системы водоснабжения объединяется в различные поточные технологические линии.
В отличие от системы с забором воды из поверхностного источника в системе водоснабжения из подземного источника при помощи буровых скважин не требует очистки, вследствие чего схема не содержит очистных сооружений, резервуара чистой воды и насосной станции второго подъема. В результате вся система оказывается более простой и надежной.
Для подачи воды от водоисточника к потребителям служит водопровод. Он состоит из двух частей: подводящего участка от водоисточника до водонапорной башни или другого напорно-регулирующего сооружения и разводящей сети от водонапорной башни до мест водоразбора. Различают внешнюю (наружную) сеть, прокладываемую вне зданий, и внутреннюю (разводящую) сеть сооружений. Водопроводные сети могут быть тупиковыми или кольцевыми (рис. 4). Тупиковой называется такая сеть, в которой от главной магистрали отходят в разные стороны не связанные между собой ветви. В них вода движется только в одном направлении. Недостатком тупиковых сетей является то, что в случае аварии или ремонта приходится отключать всех потребителей, расположенных за местом повреждения по направлению движения воды.
В кольцевой сети вода к любому потребителю может поступать с двух сторон, так как трубопровод в этом случае представляет собой замкнутый контур, что позволяет отключать поврежденные участки сети, не прекращая подачу воды другим потребителям. При сооружении водопровода отдают предпочтение кольцевым сетям, так как в них создается более равномерный напор по всей длине, а также уменьшается опасность гидравлических ударов и замерзания воды в трубах. На практике применяются и комбинированные сети, в которых к основному замкнутому контуру присоединяются отдельные тупиковые ветви.
Рисунок 4. Схемы водопроводных сетей: а-тупиковая; б-кольцевая; в-комбинированная
3. Методика проектирования ПТЛ водоснабжения и автопоения
При проектировании схемы водоснабжения следует руководствоваться строительными нормами и правилами «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» (СНиП - 2.04.02-84).
Исходными данными для проектирования водонапорной сети служат: план водоснабжения объекта с указанием высотных отметок поверхности земли у источника и объектов водоснабжения; схема расположения водоисточника, его дебит, отметки статического и дина-мического горизонтов; сведения о перспективном числе и составе водопотребителей; нормы водопотребления; нормы свободных напоров.
Потребность в воде. При определении потребности в воде необходимо знать среднесуточные расходы воды (м3) всеми водопотребителями, которые находят по формуле:
где i - количество групп потребителей; - суточная норма расхода воды одним потребителем, м3; ni - число потребителей, имеющих одинаковую норму расхода.
Нормы расхода определяются по нормативным документам. В жарких и сухих районах нормы допускается увеличивать на 25%. В нормы потребления включены расходы на мойку помещения, клеток, молочной посуды, приготовление кормов, охлаждение молока. На удаление навоза предусматривают дополнительный расход воды в размере от 4 до 10 дм3 на одно животное. Для животноводческих и птицеводческих ферм специальный бытовой водопровод не проектируют. Па ферму подается питьевая вода из общей водопроводной сети.
где - коэффициент суточной неравномерности водопотребления (=1,3).
Часовые колебания расхода воды учитываются коэффициентом часовой неравномерности . Максимальный часовой расход (м3/ч):
Максимальный секундный расход (м3/с):
По максимальному секундному расходу воды определяется необходимая мощность на привод насоса.
Большие колебания водопотребления в течение суток создают значительные трудности при эксплуатации систем водоснабжения. Для снижения влияния расхода воды на режим работы насосной установки необходимо предусматривать регулирующий объем водопотребления. Для определения его объема строится интегральный график водопотребления, на который накладывается линия работы насоса (рис. 5). По графику определяется такое положение линии работы насоса, при котором сумма Wп + Wo, будет минимальной. Тогда регулирующий объем водопотребления (м3):
Рисунок 5. Определение регулирующего объема бака: 1-интегральная кривая водопотребления; 2-линия работы насоса
Объем водонапорной башни (м3):
, (а)
(б)
где t-время включения в работу пожарного насоса, мин (при ручном включении t = 10 мин, при автоматическом t = 5 мин); Т - расчетное время тушения пожара, ч (Т = 3 ч); Qпож - расход воды на тушение пожара, дм3/с (Qпож = 10 дм3/с).
По формуле (а) ведется расчет, если вода на тушение пожара берется не из бака башни, по формуле (б) если из бака. В случае если вода на тушение пожара берется из бака башни, необходим ее большой объем, что приводит к большим капитальным вложениям. Поэтому необходимый напор в сети во время пожара создавать специальным пожарным насосом, а башню во время тушения пожара следует отключать, при этом подача пожарных насосов должна соответствовать пожарному плюс 50% максимального хозяйственного расходов.