7.3. Трассировка водопроводных линий

Одной из основных задач проектирования является выбор схемы водоводов и сетей, т.е. трассировка линий на местности. Выбор трассы производится с учетом гидрологических, топографических, санитарно-гигиенических, экономических, технологических и других требований. При трассировке водопроводной сети необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:

• главные магистральные линии надо направлять по кратчайшему направлению к наиболее крупным потребителям воды, а также к водонапорной башне и от нее;

• с целью обеспечения надежности водоснабжения основных магистралей должно быть не менее двух, соединенных перемычками, позволяющими в случае аварии выключать на ремонт какой-либо участок;

• водопроводные линии должны быть расположены равномерно по всей территории объекта водоснабжения;

• для обеспечения достаточных напоров в распределительной сети магистральные линии следует прокладывать по возможности на наиболее возвышенных отметках местности;

• водопроводные линии следует размещать по проездам или обочинам дорог, параллельно линиям застройки, вне асфальтовых и бетонных покрытий;

• трассы трубопроводов, как правило, проектируются подземными, при глубине заложения на 0,5 м ниже глубины промерзания (проникновения нулевой температуры);

• водопроводную сеть следует проектировать кольцевой с учетом очередности застройки и будущего развития города и системы водоснабжения.

• Кроме того, необходимо учитывать наличие подземных коммуникаций, естественные и искусственные преграды, препятствующие прокладке труб, и другие факторы.

7.4. Выбор схемы питания и подготовка водопроводной сети к расчету

Схема питания водопроводной сети определяется количеством и местоположением насосных станций и напорно-регулирующих сооружений. По характеру взаимного расположения насосной станции, водонапорной башни и сети различают схемы с односторонним, двухсторонним и комбинированным питанием.

При односторонней схеме насосная станция подает воду в башню, откуда вода поступает в сеть. В часы, когда насосы подают воды больше общего водоотбора из сети, вода аккумулируется в башне. Если же отбор воды из сети превышает подачу ее насосами, тогда вода поступает из башни.

При двухсторонней схеме питания в часы максимального водоотбора вода в сеть поступает с двух сторон: от насосной станции и водонапорной башни. В часы, когда подача насосов превышает водоотбор, излишек воды поступает транзитом в башню.

При комбинированном питании часть сети питается по схеме с контррезервуаром, а часть по схеме с проходной башней. Выбор той или иной схемы питания сети зависит от рельефа местности, тока водоочистки, места расположения основных сооружений, величины отборов и требуемых свободных напоров в различных точках системы водоснабжения. Кроме трех основных схем питания водопроводной сети, возможны и другие, более сложные схемы, например, с несколькими насосными станциями.

После трассировки и выбора схемы питания составляют расчетную схему водопроводной сети. Для этого сеть разбивают на расчетные участки, начало и конец каждого из которых нумеруют. Точки отбора воды из сети или место разветвления потоков называют гидравлическими узлами. Узлы сети намечают в точках подключения водоводов от насосной станции и водонапорной башни, а также в местах отбора воды крупными потребителями воды в местах пересечений и ответвлений магистральных линий.

Очевидно, для нахождения диаметров труб, напоров насосов, отметок расположения бака водонапорной башни необходимо учесть наиболее напряженные режимы работы сети. В соответствии с рекомендациями СНиП 2.04.02-84 "Водоснабжение, наружные сети и сооружения" расчеты совместной работы водоводов, водопроводных сетей, насосных станций и регулирующих емкостей выполняются для следующих характерных режимов подачи воды:

• максимального хозяйственно-производственного водопотребления из сети, для которого определяют диаметр труб участков сети и высоту водонапорной башни;

• тушения расчетного количества пожаров при максимальном водопотреблении, для режима которого проверяют возможность пропуска расчетных расходов при допустимых скоростях движения воды по трубам;

• максимального транзита воды в башню, для режима которого определяют величину свободных напоров в узловых точках, а также проверяют диаметр труб на участках сети прилегающих к башне;

• питания сети только из водонапорной башни в часы, когда насосная станция не работает - это режим, при котором проверяют достаточность высоты водонапорной башни для обеспечения бесперебойности водоснабжения при остановке работы насосной станции;

• подачи воды при аварийных выключениях участков сетей, среднечасовых и минимальных часовых расходах воды в сутки среднего и минимального водопотребления, при которых проверяют возможность и целесообразность работы подобранных насосов совместно с сетью и резервуарами, а для аварийного режима - возможность обеспечения потребителям расхода воды под необходимым напором.

Расчет магистральной водопроводной сети заключается в установлении диаметров труб, достаточных для пропуска заданных расходов воды, и определением потерь напора, что необходимо для нахождения высоты водонапорной башни и напора, который должны развивать насосы. При расчете сети предполагают, что крупным потребителям вода подается в виде сосредоточенных в узлах расходов, а остальным потребителям - равномерно распределенные расходы по длине магистральных линий. Поэтому сосредоточенные расходы воды относят к узлам присоединения соответствующих крупных потребителей, а остальную часть общего расхода (путевой расход) - распределяют по участкам сети пропорционально их длинам. Величина расчетного расхода, по которому должен находиться диаметр труб и потеря напора, определяется по формуле:

, (7.1)

где Q_тр - транзитный, а Q_пут - путевой расход воды.

Для упрощения расчетов путевые расходы обычно заменяют сосредоточенными расходами в узлах отбора. В расчетной схеме эти расходы находят как полусумму путевых расходов участков, примыкающих к рассматриваемому узлу, и полного собственного сосредоточенного расхода:

, (7.2)

где q_уд=Q_пут/L - удельный расход воды из магистральной сети, л/см;

l_i - расчетная длина каждого i-го участка сети, м;

n - количество i-х участков, прилегающих к данному узлу;

Q_пут - путевой расход воды, равномерно отбираемый из всей магистральной сети, л/с;

L - расчетная сумма длин линий, из которых потребляется расход Q_пут, м;

q_кп - расход воды крупными потребителями из расчетного узла сети, л/с.

При определении суммарной длины сети в нее следует включать участки, из которых вода отбирается с двух сторон. Поэтому участки, проходящие по незастроенной территории, зеленым насаждениям, через реки и овраги, не включаются в суммарную расчетную длину сети. Длины участков магистральной сети, которые проходят по границам застройки учитываются в половинном размере.

Если водопроводная сеть имеет несколько зон с различной интенсивностью водопотребления, то удельные и узловые отборы следует вычислять отдельно для каждой из них. Для каждого расчетного случая работы сети определяют свои узловые отборы. При расчете водопроводных сетей узловые отборы условно принимаются постоянными, не зависящими от изменения давления в сети.

Далее назначают направления потоков воды, определяют расчетные расходы воды для каждого участка и назначаются диаметры труб. При этом необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:

• сумма линейных расходов воды, приходящих к любому узлу сети, должна быть равна сумме расходов, уходящих из этого узла, плюс узловой расход, т.е. алгебраическая сумма расходов воды в любом узле сети должна быть равна нулю:

Q_i = 0, (7.3)

где Q_i - расчетный расход на i-ом участке сети;

• основным потребителям воду следует подавать кратчайшим путем, при этом основные магистральные линии с целью взаимораспределяемости должны иметь примерно одинаковую пропускную способность, т.е. при назначении потоков воды исходят из равномерной загрузки магистральных линий;

• на выбор диаметра трубопровода оказывают влияние множество технических и экономических факторов, поэтому в практике проектирования выбор экономически наивыгоднейших диаметров производят ориентировочно по таблицам "Предельные экономические расходы" (ГОСТ 10704-63, ГОСТ 8696-74, ГОСТ 9583-75).

Уменьшение диаметров приводит к снижению стоимости строительства сетей, но вследствие увеличения потерь напора в трубах вызывает рост затрат на подачу воды насосами потребителям. Следовательно, выбор диаметра трубопроводов задача технико-экономическая, решение которой зависит от множества технических и экономических условий.

Экономически наивыгоднейшим диаметром труб считается такой, при котором затраты на сооружение и эксплуатацию по комплексу взаимосвязанных сооружений будут минимальными. В первом приближении экономически наивыгоднейший диаметр труб можно определить по формуле:

d_Э = Э^АQ^В, (7.4)

где Э - экономический фактор, учитывающий затраты на сооружение и эксплуатацию системы водоснабжения;

Q - расчетный расход воды по трубопроводу, л/с;

А и В - показатели степени, учитывающие особенности сооружения и эксплуатации трубопроводов.