Определить секундный и часовой расходы воды для жилого дома с централизованным горячим водоснабжением с числом квартир n кв = 30 и средней заселённостью V o = 4,5 чел/м 2 , число потребителей U = V o n кв = 4,5 30 = 135 чел. В каждой квартире установлены следующие санитарно-технические приборы: ванны, длиной 1700 мм, умывальник, унитаз, мойка.
1. Устанавливаем число водоразборных приборов в здании
N tot = N = 4*30 = 120;
2. В соответствии с прил. 3 СНиП 2.04.01-85* нормы расхода воды на одного потребителя в час наибольшего водопотребления составляет:
q tot hr,u = 15,6 л/ч; - общий
q h hr,u = 10 л/ч; - горячей воды
q c hr,u = 15,6 - 10 = 5,6 л/ч. - холодной воды
3. По той же таблице норма расхода воды санитарно-техническим прибором:
q tot o = 0,3 л/с (q tot o,hr = 300 л/ч); - общий
q c o = 0,2 л/с (q c o,hr = 200 л/ч); - холодной воды
4. Определяем секундную вероятность действия приборов по формуле:
5. Находим значение произведения NP и по приложению 4 СНиП 2.04.01-85* значения коэффициентов б. Промежуточные значения б находить точной интерполяцией.
N c P c = 135*0,0078 =1,053 б c = 0,99656;
NP = 1,05 б = 0,995
NP = 1,10 б = 1,021
6. Определяем максимальный секундный расход холодной воды:
q c = 5*q c o ? б c =5?0,2? 0,99656= 0,99656 л/с;
7. Определим часовую вероятность действия приборов по формуле:
8. Находим значение произведения NP hr и по приложению 4 СНиП 2.04.01-85* значения коэффициентов б hr . Промежуточные значения б hr находить точной интерполяцией.
N c P c hr = 135*0,028 = 3,78; б c hr = 2,102288;
NP hr = 3,7 б = 2,102
NP hr = 3,8 б = 2,138
9. Определяем максимальный часовой расход холодный воды в м3/ч по формуле:
q с hr = 0,005*q с o,hr ? б с hr =0,005?200?2,102288 = 2,102288 м 3 /ч
10. Из приложения 3 СНиП 2.04.01-85* можно найти:
300 - 120 = 180 л. в сутки наибольшего потребления.
11. Средний часовой расход холодной волы, м3/ч, за период (сутки, смена) максимального водопотребления Т, ч, определяют по формуле:
q T = = = 1,0125 м 3 /ч
Для водоснабжения населенных пунктов используют воду из открытых водоемов (рек, озер) или из подземных источников. Вода из открытых водоемов содержит болезнетворные бактерии и различные примеси, поэтому требует очистки и обеззараживания. Подземные воды обычно такой обработки не требуют. При проектировании систем водоснабжения учитывают и предъявляемые к ней технические и экономические требования: 1) обеспечение нужд населенного пункта в воде в часы максимального ее потребления; 2) устройство магистральных и внутриквартальных водопроводных сетей, обеспечивающих снабжение водой всех вводимых в эксплуатацию объектов; 3) низкую стоимость воды, поступающей к потребителям; 4) создание эксплуатационной службы, задачей которой является обеспечение требуемого санитарно-гигиенического и технического уровня водоснабжения населенного пункта.
Забор воды из реки обычно осуществляется выше (считая по течению реки) населенных пунктов или промышленных предприятий, что уменьшает загрязнение поступающей в водоприемник воды. Затем она по самотечному трубопроводу 2 поступает в береговой колодец 3 и насосами первого подъема 4 направляется в отстойники 5, где из воды выпадает большая часть содержащихся в ней взвешенных веществ. Ускорения процесса осаждения взве сей достигают добавлением в воду коагулянтов -- химических веществ, которые вступают в реакцию с содержащимися в воде солями, в результате чего образуются хлопья. Последние быстро осаждаются в воде и увлекают за собой взвешенные частицы. Далее вода самотеком поступает на очистные сооружения 6, где сначала фильтруется через слой зернистого материала (кварцевого песка) в фильтрах, а затем обеззараживается -- добавлением в нее жидкого хлора.
Для этой цели применяют озонаторные установки, которые оказывают большее бактерицидное действие и придают воде более высокие вкусовые качества, чем ее хлорирование (озон получают из воздуха посредством электрических раз рядов).
Очищенная и обеззараженная вода стекает в запасные резервуары 7, откуда насосы второго подъема 8 нагнетают воду в магистральные водоводы 9, водонапорную башню 10 и далее через магистральные 11 и распределительные 12 трубопроводы вода поступает в здания к потребителям.
Для забора подземной воды из водоносных пластов устраивают трубчатые колод цы -- скважины, закрепленные колонной стальных труб.
Над колодцем делают надстройку в виде павильона. В ниж ней части колодца устраивают фильтр, через который по ступает вода. Подъем воды обычно осуществляют центро бежными насосами, которые подают ее в сборные резервуары или непосредственно в водопроводную сеть.
Водопроводные сети устраивают из стальных, напорных, чугунных, железобетонных и асбестоцементных труб. Оборудованием этих сетей являются задвижки, слу жащие для выключения отдельных участков сети на случай ремонта или аварии; пожарные гидранты, служащие для получения через них воды для тушения пожаров, и водо разборные колонки.
Хозяйственно-питьевые водопроводы при диаметре труб не более 100 мм допускается устраивать тупиковыми (в виде ряда отдельных ответвлений). При больших диаметрах сети ее устраивают кольцевой, состоящей из нескольких замк нутых колец (Приложение 1); кольцевая сеть обеспечивает бесперебойное снабжение водой всех потребителей и при повреждении ее в какой-либо точке.
вентиляция здание водоснабжение канализационный
Задание 3. Опишите устройства внутренней канализационной сети, её конструктивные элементы, их назначение. Укажите соединительные фасонные части канализационных сетей
Расчет минимальных расходов воды на неизученных реках или в случае, когда имеющийся фактический материал не пригоден для использования в расчетах по статистическим формулам, производится в основном двумя способами: по картам изолиний минимального стока и по эмпирическим зависимостям.
Карты изолиний используются при расчетах минимального 30-дневного стока средних рек, с площадью водосбора от 1000 – 2000 (критическая площадь) до 75 000 км 2 . Реки с площадью водосбора, меньшей критической, относятся к малым рекам.
Они имеют величину модуля минимального стока, отличную от аналогичной характеристики средних рек. Способ определения минимального стока на малых реках излагается ниже. Критическая площадь показывает величину площади бассейна, начиная с которой на реках данного района практически не наблюдается изменение модуля минимального 30-дневного стока (М 30) с ростом площади бассейна (F). Она определяется путем построения зависимости M 30 =f(F) на двуосной логарифмической клетчатке, на которой критической площади будет со ответствовать точка перегиба кривой при переходе ее в прямую, близкую к горизонтальной линии.
На территории России выделено 11 районов в зимний сезон и 14 районов в летне-осенний, в которых реки имеют близкие по размеру критические площади бассейнов. Их величина изменяется от 800 до 10 000 км 2 . Поэтому для ее определения в данном районе может быть использована карта районов (рис. 4.3., 4.4.) для определения минимальных 30-дневных расходов воды на малых реках и таблица наибольших (критических) площадей бассейнов малых рек (табл. 4.3).
Таблица 4.3.
Наибольшие критические площади бассейнов (км 2 ) малых рек
| Индекс района по карте | Летне-осенний сезон | Зимний сезон | Индекс района по карте | Летне-осенний сезон | Зимний сезон |
| А | Д | ||||
| Б | Е | ||||
| В | Ж | ||||
| Г |
Способ определения минимального 30-дневного стока по картам изолиний аналогичен методу вычисления годового стока. Карты изолиний минимального стока не применяются для озерных рек и рек, расположенных в карстовых районах.
Минимальный 30-дневный сток на малых реках, с площадью водосбора не менее 50 км 2 , для увлажненных районов и 100 км 2 для районов недостаточного увлажнения, рассчитывается по эмпирической зависимости вида
где – минимальный 30-дневный расход воды, средний за многолетний период, для зимнего или летне-осеннего сезонов;
F – площадь бассейна реки в км 2 ;
а, n, с - параметры, определяемые в зависимости от географического местоположения реки, устанавливаются по таблице и картам районов для определения минимального 30-дневного стока на малых реках (табл. 4.4).
1 – граница и индекс района для определения наибольшего значения (критической) площади бассейна малой реки; 2 – граница и номер района для определения минимальных 30 – дневных расходов воды на малых рек; 3 – номер района и индекс подрайона для определения минимальных 30 – дневных расходов воды на малых реках; 4 – расчетные створы
Рис. 4.3. Выкопировки из карт районов для определения минимальных 30 – дневных расходов воды на малых реках в летне-осенний сезон.
1 – граница и номер района для определения коэффициента изменчивости; 2 – граница и номер района для определения минимального среднего суточного расхода воды;
Рис. 4.4. Выкопировка из карты районов для определения минимального среднего суточного расхода воды и коэффициента изменчивости 30-дневного стока в летне-осенний сезон.
Таблица 4.4.
Значения параметров а, n, с
| Номер района по карте | Зминий сезон | Летне – осенний сезон | ||||
| а 10 3 | n | с | а 10 3 | n | с | |
| 2,50 | 1,08 | 1,40 | 1,27 | |||
| 1,60 | 1,05 | 0,94 | 1,24 | |||
| 1,00 | 1,14 | 0,64 | 1,22 | |||
| … | ||||||
| 0,012 | 1,30 | 0,0034 | 1,12 | -500 | ||
| 0,72 | 0,74 | -300 | 0,15 | 1,05 | -200 | |
| 0,24 | 0,90 | -500 | 0,00013 | 1,93 | -200 | |
| 1,10 | 0,85 | -1000 | 0,053 | 1,06 | -500 | |
| 0,87 | 0,84 | -160 | 0,065 | 1,09 |
Для расчета минимальных 30-дневных расходов воды различной обеспеченности коэффициент изменчивости Сv определяется в зависимости от величины среднего многолетнего минимального 30-днсвного модуля стока за зимний или летне-осенний сезон для данного района. В качестве вспомогательного материала используется карта районов для определения коэффициентов изменчивости и таблица значений C v (табл. 4.5.). Коэффициент асимметрии принимается по аналогии с окружающими изученными реками или назначается по соотношению C S = 2C v для увлажненных районов и C s =1,0-1,5 C v для районов недостаточного увлажнения.
Таблица 4.5.
Значения C v в зависимости от величины модуля минимального 30- дневного стока за летний и зимний сезоны
| Номер района по карте | М зим. мес л/сек с 1 км 2 | С v зим. мес | М лет. мес л/сек с 1 км 2 | С v лет. мес |
| 0,5-3 | 0,3-0,2 | 3-12 | 0,5-0,3 | |
| 0-1 | 0,4-0,3 | 4-7 | 0,6-0,3 | |
| __ | 2-4 | 0,6-0,4 | ||
| 1,5-6 | 0,3-0,2 | 3-12 | 0,4-0,3 | |
| 1-5 | 0,4-0,2 | 1-7 | 0,5-0,3 | |
| 0,5-3 | 0,4-0,2 | 6-7 | 0,6-0,3 | |
| 1-5 | 0,7-0,3 | 1-5 | 0,6-0,3 |
Минимальные расходы воды малых рек могут быть получены по зависимости минимального 30-дневного модуля стока обеспеченностью 97% от отметки тальвега русла реки в замыкающем створе, выраженной в абс. м. для районов с одинаковыми гидрогеологическими условиями питания реки.
Величина минимального среднего суточного стока устанавливается по его соотношению с минимальным 30-дневным модулем стока по зависимости
М сут = аМ мес - b, (4.2)
где М сут - минимальный средний суточный модуль стока в л/сек с 1 км 2 . М мес - минимальный 30-дневный модуль стока; а , b - параметры, определяемые в зависимости от местоположения реки (табл. 4.6.).
Таблица 4.6.
Значения параметров а и b для определения минимального среднего суточного модуля стока
| Номер района по карте | Зминий сезон | Летне – осенний сезон | ||
| а | b | а | b | |
| 0,94 | 0,1 | 0,82 | 0,4 | |
| 0,86 | 0,1 | 0,74 | 0,1 | |
| 0,80 | 0,3 | 0,83 | ||
| 0,70 | 0,4 | 0,72 | ||
| 0,70 | 0,2 | 0,42 | ||
| 0,75 | 0,1 | 0,47 | 0,1 |
Пример 4.3. Определить минимальные 30-дневные и средние суточные расходы воды 90%-ной обеспеченности в летне-осенний сезон р. Ура у ст. Ура-Губа (Кольский п-ов).
1. Устанавливаем, что площадь бассейна реки до замыкающего створа составляет 1020 км2.
2. Исходя из местоположения речного бассейна на карте (рис. 4.3), определяем индекс района и по табл. 4.6 устанавливаем величину площади бассейна, до которой река считается малой (критическую площадь). Величина критической площади для района А, в котором находится бассейн р. Ура, составляет 1400 км2. Следовательно, расчет необходимо производить по схеме, применяемой для определения минимального стока на малых реках.
3. По той же карте находим, что номер района для определения минимального стока малой реки. По табл. 4.4 определяем значения параметров расчетной формулы для района 1, которые равны а = 0,0014, n = 1,27, С=95. Подставив все расчетные параметры в формулу 4.1 получаем, что величина среднего многолетнего минимального 30-дневного расхода воды в летне-осенний сезон составляет 9,85 м3/сек, или 9,65 л/сек с 1 км2.
4. Для определения коэффициента изменчивости Cv по карте (рис. 4.4) устанавливаем, что бассейн р. Ура расположен в районе 1. По табл. 4.5 находим, что в районе 1 величине модуля 9,65 л/сек с 1 км2 соответствует значение коэффициента изменчивости Cv, равное 0,34 (величина Cv определена путем интерполяции с учетом того, что большему значению модуля соответствует меньшая величина Cv).
5. Величина коэффициента асимметрии Cs принимается в соответствии с рекомендацией для увлажненных районов равной 2 Cv
6. По установленным параметрам Q = 9,85 м3/сек, Cv = 0,34 и Cs =2 Cv определяем, что расчетное значение минимального 30-дневного расхода воды 90%-ной обеспеченности равно 5,3 мг/сек.
7. Для расчета минимального среднего суточного расхода воды по уравнению используется карта, показанная на рис. 4.4, по которой устанавливается, что р. Ура расположена в районе 1, для которого районные параметры а и b равны соответственно 0,82 и 0,4 (значения параметров определены по табл. 4.6). В качестве параметра Ммес подставляется величина М 90% ,равная 5,2 л/сек с 1 км 2 . В результате расчета получаем, что искомая величина минимального среднего суточного расхода воды (после перевода модуля в расход воды) 90%-ной обеспеченности составляет 3,94 м3/сек.
Пример 4.4. Определить минимальные 30-дневные и средние суточные расходы воды 75%-ной обеспеченности в летне-осенний сезон река на Кольском п-ове в зоне 3 (рис. 4.3). Устанавливаем, что площадь бассейна реки до замыкающего створа составляет 920 км 2 .
Пример 4.5. Определить минимальные 30-дневные и средние суточные расходы воды 25%-ной обеспеченности в летне-осенний сезон река на Кольском п-ове в зоне 2 (рис. 4.3). Устанавливаем, что площадь бассейна реки до замыкающего створа составляет 1020 км2.
Максимальные расходы воды
Под максимальными расходами воды рек и малых водотоков понимаются наибольшие в году значения мгновенных или срочных расходов, наблюдаемые во время весеннего половодья или дождевых паводков.
На малых водотоках со значительным внутрисуточным изменением уровней и расходов, особенно в период дождевых паводков, пик паводка может пройти между установленными сроками наблюдений. Поэтому срочные максимальные расходы бывают меньше мгновенных. В свою очередь средний суточный максимум меньше срочного. Эта разница бывает значительной на очень малых водотоках и уменьшается с возрастанием площади водосбора реки. Расчеты следует производить для мгновенных максимальных расходов воды.
По генетическому признаку, или происхождению, максимальные расходы воды подразделяются на:
а) образующиеся в основном от таяния снегов на равнинах,
б) от таяния снегов в горах и ледников,
в) от дождей,
г) от совместного действия снеготаяния и дождей – смешанные максимумы.
К максимумам смешанного происхождения относятся максимальные расходы воды, в образовании которых невозможно установить превалирующую роль талых или дождевых вод.
При анализе и расчетах максимальных расходов воды с применением методов математической статистики максимумы различного генетического происхождения рассматриваются раздельно.
Практическая важность вопроса определяется тем, что многие элементы половодья или паводков необходимо учитывать при строительстве гидротехнических сооружений. Особенно важно знать максимальные расходы воды весеннего половодья и дождевых паводков, от величины которых зависят размеры наиболее массовых сооружений – мостовых переходов через реки и малые водотоки, большое количество которых ежегодно строится на автомобильных и железных дорогах, а также размеры водосбросных и водопропускных отверстий других сооружений.
От правильного определения максимальных расходов воды и работы водосбросных отверстий зависит бесперебойность работы сооружения или дороги, безопасность пли судьба всего сооружения и прилегающих к реке объектов, а также, и стоимость сооружения. Завышенные максимальные расходы воды повысят общую стоимость сооружения, что снизит его экономическую эффективность. Занижение максимальных расходов приведет к разрушению сооружения, затоплению прилегающей к реке местности, материальному убытку и человеческим жертвам.
Расчетные ежегодные вероятности превышения, или обеспеченности, максимальных расходов воды определяются в зависимости от класса капитальности сооружения и нормируются общими техническими указаниями, рекомендуемыми или обязательными для проектных организаций.
Все гидротехнические сооружения по своей капитальности делятся на несколько классов. Сооружения высоких классов капитальности должны служить несколько сот лет. Чтобы они работали бесперебойно, их водосбросные отверстия нужно рассчитывать на пропуск максимальных расходов воды очень редкой повторяемости. Временные гидротехнические сооружения рассчитываются на максимальные расходы воды более частой повторяемости.
Строительными нормами и правилами [СНиП II–И 7–65] установлены следующие расчетные ежегодные вероятности превышения, или обеспеченности, максимальных расходов воды в зависимости от класса капитальности сооружения:
Класс сооружения ……..I II III IV
Р °/о……………………0,01 0,1 0,5 1
Временные гидротехнические сооружения V класса рассчитываются на пропуск максимальных расходов 10%-ной обеспеченности.
Постоянные водопропускные сооружения на автомобильных дорогах рассчитываются на максимальные расходы воды следующих обеспеченностей:
Бровка насыпи……………………………1,0 2,0
Отверстия мостов, труб…………………1,0 2,0
Ответвленные водоотводы………….....…2,0 4,0
Обвалование населенных пунктов,
вход в шахты, тоннели и пр.……………. 0,1 0,1
При этом если наблюденный максимальный расход имеет обеспеченность меньше 1%, то он принимается в качестве расчетного.
Технические условия проектирования железных дорог предусматривают расчеты отверстий мостов и труб на пропуск следующих расходов:
а) наибольшего обеспеченностью 0,33% для больших и средних мостов и 0,2% для малых мостов и труб;
б) расчетного обеспеченностью, указанной ниже:
Класс сооружения по степени капитальности I I и II II
Обеспеченность расхода, %............................1 (для труб 2) 1 (для труб2) 2
В зависимости от степени достаточности (длительности) ряда наблюдений и надежности исходных данных применяются следующие методы расчета максимальных расходов воды:
а) при наличии длительного ряда гидрометрических наблюдений строится эмпирическая кривая обеспеченности, и верхняя часть экстраполируется за пределы наблюдений до заданных обеспеченностей с помощью теоретической кривой обеспеченности;
Б) при наличии короткого ряда наблюдений, недостаточного для построения кривых обеспеченности, но достаточного для приведения его к длительному ряду, имеющийся короткий ряд приводится к длительному ряду и по последнему строятся кривые обеспеченности;
в) при наличии короткого ряда наблюдений, недостаточного для приведения его к длительному периоду, а также при отсутствии наблюдений по расчетному створу расчет производится косвенными методами – по методу аналогии или по формулам с обеспеченными параметрами.
Определение стока маловодных лет и минимальных расходов весьма важно как при использовании рек в естественном состоянии так и при регулировании рек для ряда отраслей водного хозяйства-гидроэнергетики, судоходства, водоснабжения и орошения.
Для определения минимальных расходов воды рек используются данные наблюдений по стоку за зимний и летне-осенний сезоны. При этом под летне-осенним сезоном понимается период от конца весеннего половодья до начала ледовых явлении на реках рассматриваемой территории; за зимний сезон принимается период от начала появления ледовых явлений на реках до начала весеннего половодья. В случае отсутствия ледовых явлений за зимний сезон принимается период от средней даты устойчивого перехода температуры воздуха через 0° в сторону понижения до начала весеннего половодья.
Основной расчетной характеристикой является минимальный средний месячный расход воды, наблюдающийся в меженный период зимнего или летне-осеннего сезона. В случае если меженный период является коротким (меньшим двух месяцев) или прерывистым (состоит из нескольких периодов, разделенных паводками), вместо среднего месячного расхода воды используется средний расход воды за 30 суток с наименьшим стоком (не календарный месяц).
Он определяется следующим образом: строятся гидрографы стока исследуемой реки за каждый год за весь период наблюдений (необходимость такого построения определяется сложностью режима стока реки, что устанавливается путем анализа таблиц ежедневных расходов воды); на гидрографе определяется участок с наименьшими расходами воды в данном сезоне продолжительностью 30 суток и по таблицам ежедневных расходов воды производится подсчет среднего расхода воды за выбранный период.
В случае если для рек данного района характерно наличие длительного меженного периода, прерываемого только в многоводные годы значительными паводками, т.е. когда меженный период является коротким, вместо 30-дневного периода в такие годы используется и более короткий период, но не менее 25-23 суток, чтобы исключить влияние паводков. Если длительные беспаводочные периоды наблюдаются редко, в расчет вводится величина минимального стока, определенная за 23-30 суток с наименьшим стоком. Такой режим характерен для рек с коротким и неустойчивым меженным периодом. Длительность периода минимального стока определяется величиной паводков, предшествующих периоду наименьшего стока и следующих за ним.
Средний за период наблюдений минимальный расход воды определяется как среднее арифметическое из имеющегося ряда фактических данных о стоке. При этом в случае определения минимального 30-дневного расхода воды средняя величина рассчитывается независимо от того, имеются в ряду наблюдений только 30-дневные величины или с сокращенным периодом - 25-23-дневные. Средняя многолетняя величина минимального стока считается достаточно надежной, если ее средняя квадратическая ошибка σ n , определяемая по формуле , составляет не более ±15%. Если значение σ n превышает допустимую величину, необходимо удлинить ряд наблюдений методом аналогии. При выборе реки-аналога используются гидрогеологические описания и карты изучаемого района, а также карты районов для определения минимального стока на малых реках. При отсутствии аналога расчет производится по методу определения минимального стока на реках с отсутствием гидрометрических наблюдений.
Наиболее обоснованными являются карты Л. Н. Попова (рис 4.1 и 4.2), составленные им для среднемесячных минимальных летних и зимних модулей стока. Картами можно пользоваться при предварительных расчетах для площадей бассейнов более 2000 км 2 . Средняя ошибка при определении минимального стока, по мнению автора, равна ±12,0-14%. При сложных геологических условиях эта ошибка может оказаться значительно большей.
При достаточном ряде наблюдений можно составить кривые обеспеченности. Для пересыхающих рек М. Э. Шевелев рекомендует принимать C s min =0 (для рек южной полосы и рек малых бассейнов), а для бассейнов, покрытых растительностью, C s min = =2 C υ min . Для пересыхающих рек рекомендуется принимать C s min от 2C υ min до ЗC υ min . В зависимости от величины C υ годового стока C s min принимают от 1,5 C v до 2 C v .
При недостаточном ряде наблюдений производят удлинение этого ряда по реке-аналогу. При кратковременных наблюдениях (один -два года) в правильности выбора аналога убеждаются определением в хронологическом порядке отношения расходов грунтового питания Q a реки-аналога и расходов Q рассматриваемой реки:
(4.1)
Если в течение нескольких месяцев эти отношения постоянны или близки между собой, то условия грунтового питания обеих рек считают одинаковыми.
.
Рис. 4.1. Изолинии среднемесячных минимальных модулей стока за летний период, л/сек·см ² (по Л. Н. Попову)
Тогда при определении минимумов расчетной обеспеченности поступают следующим образом:
1) для тех месяцев, у которых определялись указанные коэффициенты К, определяют средний из среднемесячных для расчетного створа расход Q p и средний расход Q a реки-аналога;
вычисляют по Q cp , C v и C s минимальные месячные расходы расчетной обеспеченности реки-аналога, например, Q 95% и Q 97% ;
берут отношения
и
(4.2)
Расчетные минимальные месячные расходы в рассматриваемом створе определяют при помощи полученных величин Qp и коэффициентов С 95% и C 97% :
(4.3)
(4.4)
Рис. 4.2. Изолинии среднемесячных минимальных модулей стока за зимний период, л/сек·км 2 (по Л. Н. Попову)
Если по расчетному створу имеется два-три года наблюдений над минимальным стоком, то указанным способом определяют Q 95% и Q 97% для каждого года в отдельности и в качестве расчетного для каждой обеспеченности принимают средний из расходов, установленных за эти годы.
Минимальные расходы воды расчетной обеспеченности определяются методом, аналогичным определению средних годовых расходов. Построение кривых обеспеченности производится отдельно для зимнего и летне-осеннего периодов. Если в составе ряда минимальных расходов воды имеются нулевые значения вследствие пересыхания или промерзания реки, величина C v определяется графо-аналитическим способом по эмпирической кривой обеспеченности.
Пример 4.1. Определить минимальные средние месячные расходы воды на р. Печа у д. Падун (Кольский полуостров) в зимний и летне-осенний сезоны, обеспеченные на 90%. Сведения о стоке исследуемой реки имеются с 1933 по 1965 г. Анализ водного режима реки показывает, что в зимний сезон меженный период является продолжительным и устойчивым, в то время как в летне-осенний сезон он довольно часто нарушается дождевыми паводками, являясь прерывистым или коротким. Поэтому в зимний сезон используется величина минимального расхода воды, среднего за календарный месяц, а в летне-осенний сезон в многоводные годы производится сдвижка по времени и, вместо календарного среднего месячного, используется средний расход воды за 30 суток с наименьшим стоком. Результаты произведенной выборкиминимальных средних месячных (30-дневных) расходов воды за зимний и летне-осенний сезоны приведены в таблица 4.1.
Таблица 4.1
Минимальные средние месячные (30-дневные) расходы воды р. Печау д. Падун
* Расход воды, определенный со сдвижкой по времени, т. е. за период наименьшего стока продолжительностью 30–23 дня.
Исходя из данных этой таблицы, для зимнего сезона получаем следующие параметры, необходимые для построения кривой обеспеченности: Q=3,45 м³/сек, Cv=0,23 при σ n =4,8%. Эмпирическим точкам соответствует теоретическая кривая при Cs = 2Cv. Тогда искомая величина Q 90% будет равна 2,4 м 3 /сек.
В летне-осенний сезон величина среднего многолетнего минимального 30-дневного расхода воды составляет 13,3 м 3 /сек, что на 14% меньше величины, определенной по календарным месяцам без сдвижки по времени. Значения других параметров следующие: Сv = 0,41; σ n =7,1%, т.е. в пределах допустимой ошибки. Эмпирической кривой, построенной на клетчатке вероятности, наиболее соответствует теоретическая биномиальная кривая при Сs = 2Сv. Искомая величина минимального 30-дневного расхода воды обеспеченностью 90% составляет 6,94 м 3 /сек.
Пример 4.2.
Определить минимальные средние месячные расходы воды в зимний и летне-осенний сезоны, обеспеченные на 5, 15, 25, 75, 90, 99 %. Сведения о стоке исследуемой реки имеются с 1963 по 1995 г. Результаты произведенной выборки минимальных средних месячных (30-дневных) расходов воды за зимний и летне-осенний сезоны приведены в таблица 4.2.
Таблица 4.2
Минимальные средние месячные (30-дневные) расходы воды реки
Потребление воды в водотоке – объем жидкости, проходящей через поперечное сечение. Расходная единица - м3/с.
Вычисление потребляемой воды должно осуществляться еще на этапе планирования водопровода, поскольку от этого зависят главные параметры водоводов.
Для того, чтобы самостоятельно выполнить вычисление расхода воды в трубопроводе, необходимо знать те факторы, которые обеспечивают проходимость воды в трубопроводе.
Главные из них - это степень давления в водоводе и диаметр сечения трубы. Но, зная лишь эти величины, не получится с точностью вычислить расход воды, поскольку он зависит также от таких показателей, как:
В формулах используются следующие величины:
Итак, зная величины, мы получаем следующую формулу потребления воды:
В доме установлены: унитаз, умывальник, ванна, кухонная мойка.
Можно перевести в м.куб/час, умножив его на 3,6. Таким образом получается: 0,4 х 3,6 = 1,44 м.куб/час
Весь порядок расчета указан в своде правил 30. 13330. 2012 СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация» актуализированной редакции.
Если вы планируете начать строительство дома, перепланировку квартиры или установку водопроводных конструкций, то информация о том, как рассчитать расход воды будет как нельзя кстати.. Расчет расхода воды поможет не только определить необходимый объем воды для конкретного помещения, но и позволит своевременно выявить снижение давления в трубопроводе. К тому же, благодаря нехитрым формулам все это можно сделать самостоятельно, не прибегая к помощи специалистов.
Расчет проектируемых систем водоснабжения коттеджа будем вести согласно СНиПу 2.04.01-85.
Системы холодного и горячего водоснабжения должны обеспечивать подачу воды соответствующую расчетному числу водопотребителей или установленных санитарно-технических приборов. Секундный расход воды q o (q o tot , q o h , q o c), л/с, водоразборной арматурой отнесенный к одному прибору для различных приборов обслуживающих одинаковых водопотребителей на участке тупиковой сети (что применимо к системе холодного ВС) следует определять согласно приложению 3. В нашем случае ближе всего категория “Жилые дома квартирного типа с водопроводом канализацией и ваннами длиной от 1500 до 1700 мм, оборудованными душами“. Для данной категории: расход воды в средние сутки общий и горячей, соответственно 300 и 120– л; в час наибольшего водопотребления 15,6 и 10 л; и собственно основная искомая величина – секундный расход воды прибором: общий – 0,3 л/с, горячей или холодной 0,2 л/с.
Максимальный секундный расход на расчетном участке сети q (q tot , q h , q c), л/с, следует определять по формуле q=5 q o a.
Вероятность действия санитарно-технических приборов на участке сети P(P tot , P h , P c) определяем по формуле:
где q hr,u – норма расхода воды в час наибольшего водопотребления;
U– число водопотребителей;
N – число приборов на участке;
Вероятность использования с/т приборов для системы в целом находим по формуле
где q o, hr – часовой расход воды с/т прибором, принимаемый по прил. 3
Максимальный часовой расход воды q hr определяем по формуле, где a – коэффициент, определяемый согласно прил. 4 в зависимости от общего числа приборов, обслуживаемых системой и вероятности их использования.
Расчет водопроводной сети холодной воды
Гидравлический расчет данной сети необходимо производить по максимальному секундному расходу воды. При расчете должны быть обеспечены необходимые напоры воды у приборов (свободные напоры). Скорость воды не должна превышать 3 м/с.
Расчетная схема для системы ХВ представлена на рис. 4-2.
Рис. 4-2
Наиболее загруженная ветвь правая (6-10), соответственно она и будет диктующей. Участки нумеруем, начиная с последнего прибора (ванная). В скобках указано количество приборов на участке.
Расчет ведем следующим образом:
определяем вероятность действия санитарно-технических приборов P (определяется один раз для всей системы при одинаковых водопотребителях в здании);
Учитывая, что на последнем участке включается расход и на горячее водоснабжение, для него необходимо отдельно определить значение P изменив в формуле значение максимального часового и секундного расхода.
по номограмме 2 приложения 4 определяем максимальный расход воды на участке q с, который будет являться расчетным. Значение на последнем участке (водомерный узел) используется при подборе счетчика воды.
Подбор счетчика воды.
Максимальный расход через водомер q с =0,48 л/с = 1,728 м 3 /ч; расход воды в средние сутки q u,m tot =0,25 м 3 /ч
Принимаем счетчик воды СГВ 1,5-90, крыльчатого типа, со следующими характеристиками
минимальный расход 0,03 м 3 /ч;
эксплутационный расход 1,5 м 3 /ч;
максимальный расход 3 м 3 /ч;
порог чувствительности – не более 0,015 м 3 /ч;
максимальный объем воды в сутки 45 м 3 ;
гидравлическое сопротивление 14,5 м/(л/с) 2 ;
диаметр условного прохода – 15 мм.
Согласно СНиПу необходимо проверить, чтобы потери на счетчике при максимальном расчетном секундном расходе не превышали 5 м.
h=S*q 2 =14.5*0.48 2 =3.34 м. Значит, принимаем счетчик воды крыльчатого типа.
Гидравлический расчет.
При расчете непосредственно гидравлики будем пользоваться методом характеристик сопротивления S o , т.к. с помощью этого можно определить действительные значения расходов на участках, даже не уравнивая смежные ветви.
Алгоритм расчета:
по предварительно подобранным диаметрам труб (см. табл. 2-1) определяем скорость движения воды по участкам, контролируя, чтобы её значение не превышало 3 м/с, динамическое давление, затем число Re и коэффициент Дарси.
Коэф-т Дарси будем находить по формуле Альтшуля
где k э – коэф-т эквивалентной шероховатости, для меди 0,01 мм;
d – внутренний диаметр трубы, мм;
суммируем значения коэф-тов местного сопротивления Σ ζ на участке (приближено принимая их по приложению 5).
После участка 11 сеть разделяется, поэтому потери на участке водомерного узла и в узле гидроаккумулятора не следует включать в общую сумму, а вынести отдельными пунктами. Причем потери на счетчике мы определили ранее в пункте ”Подбор счетчика воды”, поэтому в местные сопротивления их включать не следует. А определяя потери на ветке со стороны скважины, в учет берем только элементы между гидроаккумулятором и тройником, объединяющим две ветви, т.к. источником требуемого давления служит именно он. Потери на умягчителе воды по данным производителя при расходе 1,8 м 3 /ч составляют 7м.
Суммируем потери по обеим ветвям, к полученному числу прибавляя 10% на неучтенные местные сопротивления; полученное значение и составляет гидравлические потери в системе для снабжения с наружных сетей и от скважины, соответственно H tot нс и H tot скв м. вод. ст.
Результаты расчета сведены в таблицу 4-1.
Требуемый напор на вводе в здание:
H тр =H tot +H geom +H f ; м. вод. ст.
где H geom – геометрическая разница высот между точкой ввода воды в здание и наиболее удаленным потребителем; 8 м.
H f – величина свободного напора на диктующем с/т приборе, для ванной H f = 3 м.
H тр нс =17,9+8+3=28,9 м. вод. ст.
H тр скв =13,9+8+3=24,9 м. вод. ст.
Оценка результатов:
Давление на входе в здание равно 3 атм. ≈ 30 м. вод. ст., то есть его будет вполне достаточно для обеспечения необходимых расходов.
На регулирующем клапане гидроаккумулятора необходимо установить значение 2,5 атм. Помимо этого теперь известна величина напора, который должен развивать погружной насос:
H тр н = H тр скв +H п +Δh=24,9+1,32+13=39,20 м
Выбираем насос ЭВПБ 0,26-40-У харьковского предприятия АО «ИМТ» с напором 40 м. вд. ст.
Вывод: данная система холодного водоснабжения при запроектированных диаметрах сможет обеспечить расчетные расходы воды.
Расчет циркуляционной сети горячего водоснабжения выполнять не обязательно т.к. ввиду того, что сеть закольцована двумя параллельными кольцами её сопротивление при тех же диаметрах будет меньше сопротивления сети холодного водопровода. К тому же все циркуляционное кольцо кроме специально обозначенного участка имеет диаметр 22 мм.
Коэффициенты местных сопротивлений
|
№ участка | |
|
1+1,5*3+3=8,5 |
|
|
1+1,5*4=7 |
|
|
1+1,5*2=4 |
|
|
1+1,5*4+3=10 |
|
|
1,5+7*1,5=12 |
|
|
1*3+2*2+2*1+10=19 |
|
|
Водомерный узел |
2*1+1*3+10+2*1+2*4=25 |
|
Участок от Г.А. |
1,5*2+2*1+1*2+10+2*2=21 |
Из неё, при известной протяжённости участка, можно найти путевой расход:
q пут = q уд · l уч л/сек
Но нужно учесть также расходы воды на участке, лежащего выше рассчитываемого, а также поступление от боковых присоединений (qтранз), - транзитных для него. Тогда полный расчётный расход для конкретного линейного участка
q расч = q пут + q транз.
Если на участке присутствуют здания общественного или производственного назначения, расходующие относительно много воды (прачечные, мойки, бани и т. д.), их расходы нужно рассчитывать по отдельности. Они принимаются как сосредоточенные объекты. Такой подход целесообразен и к редкой застройке.
Для каждого сооружения или здания определяется так называемый сосредоточенный расход qсоср. Это максимальная величина для данного объекта. Расчётный на линейном участке расход будет равен сумме всех сосредоточенных на этом отрезке сети.
И в том и в другом случае считается, что весь расход будет поступать в верхнюю часть расчётного участка сети (в самое его начало). Принятое постоянство расхода стоков на данном участке сети делает проще его расчёт.
Определить секундный и часовой расходы воды для жилого дома с централизованным горячим водоснабжением с числом квартир n кв = 30 и средней заселённостью V o = 4,5 чел/м 2 , число потребителей U = V o n кв = 4,5 30 = 135 чел. В каждой квартире установлены следующие санитарно-технические приборы: ванны, длиной 1700 мм, умывальник, унитаз, мойка.
1. Устанавливаем число водоразборных приборов в здании
N tot = N = 4*30 = 120;
2. В соответствии с прил. 3 СНиП 2.04.01-85* нормы расхода воды на одного потребителя в час наибольшего водопотребления составляет:
q tot hr,u = 15,6 л/ч; - общий
q h hr,u = 10 л/ч; - горячей воды
q c hr,u = 15,6 - 10 = 5,6 л/ч. - холодной воды
3. По той же таблице норма расхода воды санитарно-техническим прибором:
q tot o = 0,3 л/с (q tot o,hr = 300 л/ч); - общий
q c o = 0,2 л/с (q c o,hr = 200 л/ч); - холодной воды
4. Определяем секундную вероятность действия приборов по формуле:
5. Находим значение произведения NP и по приложению 4 СНиП 2.04.01-85* значения коэффициентов б. Промежуточные значения б находить точной интерполяцией.
N c P c = 135*0,0078 =1,053 б c = 0,99656;
NP = 1,05 б = 0,995
NP = 1,10 б = 1,021
6. Определяем максимальный секундный расход холодной воды:
q c = 5*q c o ? б c =5?0,2? 0,99656= 0,99656 л/с;
7. Определим часовую вероятность действия приборов по формуле:
8. Находим значение произведения NP hr и по приложению 4 СНиП 2.04.01-85* значения коэффициентов б hr . Промежуточные значения б hr находить точной интерполяцией.
N c P c hr = 135*0,028 = 3,78; б c hr = 2,102288;
NP hr = 3,7 б = 2,102
NP hr = 3,8 б = 2,138
9. Определяем максимальный часовой расход холодный воды в м3/ч по формуле:
q с hr = 0,005*q с o,hr ? б с hr =0,005?200?2,102288 = 2,102288 м 3 /ч
10. Из приложения 3 СНиП 2.04.01-85* можно найти:
300 - 120 = 180 л. в сутки наибольшего потребления.
11. Средний часовой расход холодной волы, м3/ч, за период (сутки, смена) максимального водопотребления Т, ч, определяют по формуле:
q T = = = 1,0125 м 3 /ч
Для водоснабжения населенных пунктов используют воду из открытых водоемов (рек, озер) или из подземных источников. Вода из открытых водоемов содержит болезнетворные бактерии и различные примеси, поэтому требует очистки и обеззараживания. Подземные воды обычно такой обработки не требуют. При проектировании систем водоснабжения учитывают и предъявляемые к ней технические и экономические требования: 1) обеспечение нужд населенного пункта в воде в часы максимального ее потребления; 2) устройство магистральных и внутриквартальных водопроводных сетей , обеспечивающих снабжение водой всех вводимых в эксплуатацию объектов; 3) низкую стоимость воды, поступающей к потребителям; 4) создание эксплуатационной службы, задачей которой является обеспечение требуемого санитарно-гигиенического и технического уровня водоснабжения населенного пункта.
Забор воды из реки обычно осуществляется выше (считая по течению реки) населенных пунктов или промышленных предприятий , что уменьшает загрязнение поступающей в водоприемник воды. Затем она по самотечному трубопроводу 2 поступает в береговой колодец 3 и насосами первого подъема 4 направляется в отстойники 5, где из воды выпадает большая часть содержащихся в ней взвешенных веществ. Ускорения процесса осаждения взве сей достигают добавлением в воду коагулянтов -- химических веществ, которые вступают в реакцию с содержащимися в воде солями, в результате чего образуются хлопья. Последние быстро осаждаются в воде и увлекают за собой взвешенные частицы. Далее вода самотеком поступает на очистные сооружения 6, где сначала фильтруется через слой зернистого материала (кварцевого песка) в фильтрах, а затем обеззараживается -- добавлением в нее жидкого хлора.
Для этой цели применяют озонаторные установки, которые оказывают большее бактерицидное действие и придают воде более высокие вкусовые качества, чем ее хлорирование (озон получают из воздуха посредством электрических раз рядов).
Очищенная и обеззараженная вода стекает в запасные резервуары 7, откуда насосы второго подъема 8 нагнетают воду в магистральные водоводы 9, водонапорную башню 10 и далее через магистральные 11 и распределительные 12 трубопроводы вода поступает в здания к потребителям.
Для забора из водоносных пластов устраивают трубчатые колод цы -- скважины, закрепленные колонной стальных труб.
Над колодцем делают надстройку в виде павильона. В ниж ней части колодца устраивают фильтр, через который по ступает вода. Подъем воды обычно осуществляют центро бежными насосами, которые подают ее в сборные резервуары или непосредственно в водопроводную сеть.
Водопроводные сети устраивают из стальных, напорных, чугунных, железобетонных и асбестоцементных труб. Оборудованием этих сетей являются задвижки, слу жащие для выключения отдельных участков сети на случай ремонта или аварии; пожарные гидранты, служащие для получения через них воды для тушения пожаров, и водо разборные колонки.
Хозяйственно-питьевые водопроводы при диаметре труб не более 100 мм допускается устраивать тупиковыми (в виде ряда отдельных ответвлений). При больших диаметрах сети ее устраивают кольцевой, состоящей из нескольких замк нутых колец (Приложение 1); кольцевая сеть обеспечивает бесперебойное снабжение водой всех потребителей и при повреждении ее в какой-либо точке.
вентиляция здание водоснабжение канализационный
Задание 3. Опишите устройства внутренней канализационной сети, её конструктивные элементы , их назначение. Укажите соединительные фасонные части канализационных сетей
