Водоснабжение

Водоснабжение – деятельность по обеспечению потребителей водой, связанная с выбором источника водоснабжения, размещением, проектированием, строительством, реконструкцией и эксплуатацией систем водоснабжения, забором, подготовкой, хранением и подачей воды водопотребителям;

Источник водоснабжения – водный объект, который используется прежде всего для забора воды в систему водоснабжения с подготовкой воды или без неё;

Потребители воды разнообразны по своему составу, это касается в том числе и железнодорожный транспорт. Воду используют практически все службы железнодорожного хозяйства, а также многочисленные пристанционные населенные пункты. Водоснабжение на железнодорожном транспорте связано непосредственно с перевозочным процессом. Вода расходуется на заправку пассажирских вагонов, а также обмывку и промывку подвижного состава. На промывочно-пропарочных станциях подвергают обработке горячей или холодной водой с пропаркой и промывкой до 70% всех порожних цистерн, как правило предназначенных для перевозки нефтепродуктов и ряда других наливных грузов. При этом расход воды на таких станциях колеблется в среднем от 200 до 900 м³/сут.

На пунктах подготовки грузовых вагонов вода расходуется на промывку вагонов после перевозки штучных и навалочных грузов (кирпича, цемента, зерна, минеральных удобрений и др.). На дезпромстанциях и дезпромпунктах водой промывают грузовые вагоны после перевозки в них скота, птиц, мяса и сырья животного происхождения.

В локомотивных депо вода расходуется на обмывку, заправку и обслуживание тепловозов и электровозов. Суточное водопотребление в таких депо как правило колеблется от 30 до 300 м³/сут. В вагонных депо вода используется на обслуживание, обмывку и промывку вагонов, цистерн и их узлов. Водой заправляют пассажирские вагоны а также рефрижераторные секции. Расход воды в вагонных депо достигает 300 м³/сут.

Основными потребителями воды в путевом хозяйстве безусловно являются шпалопропиточные и щебеночные заводы, рельсосварочные поезда, мастерские и звеносборочные базы. Среднесуточное водопотребление на одном таком предприятии к примеру колеблется от 100 до 250 м³/сут.

Для снабжения льдом изотермических вагонов на сети железных дорог действуют льдозаводы и льдопункты, на которых для приготовления 1 м³ льда расходуется около 1,5 м³ воды.

Во многих депо, на железнодорожных станциях и заводах имеются компрессорные установки, в результате которые охлаждаются водопроводной водой. Продолжительность работы одного компрессора колеблется от 6 до,18 ч. в сутки с расходом воды на охлаждение 0,1-0,2 м³/ч.

Более 45% всей используемой воды на железнодорожном транспорте приходится на хозяйственно-питьевое водоснабжение пристанционных поселков.

В железнодорожных водопроводах обычно применяют объединенную систему водоснабжения с подачей из нее воды всем потребителям. К тому же водопроводные сооружения должны пропускать одновременно расход воды для удовлетворения хозяйственно-питьевых производственных и противопожарных нужд. При объединенном водопроводе расход воды на пожаротушение должен быть обеспечен с учетом наибольшего потребления на другие нужды железнодорожной станции.

Системы и схемы водоснабжения при использовании поверхносных и подземных источников водоснабжения

Под системой водоснабжения населенного места понимают комплекс инженерных сооружений, расположенных в определенном технологическом порядке по ходу подачи (течению) воды и предназначенных для обеспечения потребителей необходимым количеством воды требуемого качества.

Водоснабжение населенного места включает:

• сооружения для забора воды из источника (водозаборы, водоприемники);
• насосную станцию первого подъема для подачи воды в водопроводную сеть;
• сооружения обработки воды (водоочистные сооружения);
• резервуары для хранения запасов воды;
• насосную станцию второго подъема для подачи воды в водопроводную сеть;
• сооружения для регулирования и поддержания требуемых расходов и напоров в водопроводной сети (водонапорная башня насосно-пневматическая установка, нагорный резервуар);
• водоводы, наружную и внутреннюю водопроводные сети для транспортировки и распределения воды потребителям.

Системы водоснабжения населенных пунктов базируются, как правило, на оборудованных водозаборных сооружениях (скважинах, каптированных родниках, кяризах, а иногда и колодцах) и могут быть классифицированы по ряду признаков.

По виду обслуживаемого объекта системы водоснабжения населенных пунктов бывают коммунального, промышленного, сельскохозяйственного, железнодорожного, аэродромного водоснабжения и полевого водообеспечения.

По целевому назначению водоснабжение различают:

• хозяйственно-питьевые (хозяйственные) системы водоснабжения, подающие воду для хозяйственных, санитарно-гигиенических и питьевых нужд;
• производственные (технические) системы водоснабжения для обеспечения технологических процессов производств, работы агрегатов и оборудования;
• противопожарные системы водоснабжения для обеспечения тушения возникающих пожаров.

Нормы и режим водопотребления

Для проектирования системы водоснабжения и правильного размещения на железнодорожной станции всех водопроводных сооружении и устройств необходимо иметь данные о числе и составе водопотребителей, количестве расходуемой каждым из них воды и режиме ее потребления. Для определения количества воды, которое должно быть подано водопроводными сооружениями, пользуются расчетными нормами водопотребления.

Норма водопотребления (согласно проекта ФЕДЕРАЛЬНОГО ЗАКОНА «О ВОДОСНАБЖЕНИИ»)– установленное количество потребляемой воды в расчете на одного человека или на условный показатель, используемый для характеристики соответствующего производственного процесса.

Нормы водопотребления, то есть количество воды, расходуемое данным потребителем за определенный промежуток времени, для различных условий (климатических, погодных и т.д.) могут различаться.

Пример минимальных норм водопотребления для напряженных условий жизнедеятельности человека приведен в таблице 1.

Нормы потребления (расхода) воды на различные нужды

Таблица 1. Нормы потребления (расхода) воды на различные нужды

Удельная норма водопотребления – количество воды, необходимое для производства единицы продукции.

Для специфических железнодорожных водопользователей существуют ведомственные удельные нормы водопотребления.

Нормы расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды рабочих и служащих во время их пребывания на производстве составляют 45 л/чел в смену в горячих цехах и 25 л/чел в смену в холодных цехах. Часовой расход воды на одну душевую сетку на промышленных предприятиях принимается равным 500 л при продолжительности пользования душем 45 мин.

Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления в пристанционных поселках и других населенных пунктах принимаются по СП 31.13330.2012 (Табл. 2). Для удовлетворения нужд местной промышленности, обслуживающей население продуктами, и неучтенных расходов для населенных пунктов рекомендуется принимать дополнительно в размере 10…20% общего расхода на хозяйственно-питьевые нужды.

Приведенные в таблице 2 нормы предусматривают водопотребление только в жилых и общественных зданиях. Для других потребителей, таких, как дома отдыха, санаторно-туристические комплексы, детские лагеря, школы-интернаты, которые часто подключают к железнодорожным водопроводам, расходы воды следует принимать согласно СП 31.13330.2012

Расход воды на поливку и мойку улиц и площадей, а также на поливку зеленых насаждений, газонов и цветников учитывается дополнительно. Число поливок в зависимости от климатических условий принимается равным 1-2 в сутки.

Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления

Таблица 2. Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления

Удельные нормы расхода воды, л/м³, на одну мойку или одну поливку

Таблица 3. Удельные нормы расхода воды, л/м³, на одну мойку или одну поливку

Расходы воды на пожаротушение в суммарное суточное водопотребление не включают, так как они являются эпизодическими. Однако система водоснабжения должна обеспечить возможность подачи требуемых количеств воды к месту пожара в любое время. Нормы расхода воды на наружное пожаротушение в населенном пункте приведены в СП 31.13330.2010 Продолжительность тушения пожара в большинстве случаев принимается равной 3 ч. Обычно запас воды на тушение пожара хранится в резервуарах чистой воды.

Для объединенного водопровода, обслуживающего железнодорожную станцию и населенный пункт, количество одновременных наружных пожаров принимают:

при площади территории железнодорожной станции до 150 га и численности жителей в населенном пункте до 10 тыс. чел. – один пожар (по наибольшему расходу на железнодорожной станции или в населенном пункте); то же, при числе жителей в населенном пункте от 10 до 25 тыс. чел. – два пожара (один на железнодорожной станции и один в населенном пункте);

при числе жителей в населенном пункте более 25 тыс. чел. расчетный расход на пожаротушение принимают как сумму потребного большего расхода (на железнодорожной станции или в населенном пункте) и 50% потребного меньшего расхода (на железнодорожной станции или в населенном пункте).

Режим работы отдельных сооружений

Режим работы отдельных сооружений системы водоснабжения определяется режимом расходования воды потребителями, который непрерывно меняется в течение всего периода эксплуатации. Потребители расходуют воду на протяжении года, суток и часов весьма неравномерно. Например, суточные расходы воды населением изменяются в течение года в свиязи с колебанием температуры и влажности воздуха, обычаями и привычками людей, чередованием праздничных, выходных и рабочих дней. Наблюдениями, проводимыми в течение ряда лет за изменением суточного водопотребления в разных условиях можно получить графики суточного водопотребления в течение года.

Однако для проектирования системы водоснабжения сведений о среднесуточном водопотреблении недостаточно. Необходимо иметь расходы воды и в другие сутки, когда имеет место максимальное и минимальное водопотребление. Для определения расходов воды в населенном пункте в разное время года по данным среднесуточного за год расхода воды вводятся понятия коэффициентов суточной неравномерности водопотребления, которые учитывают уклад жизни людей, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, изменение водопотребления по сезонам года и дням недели. Значения этих коэффициентов принимаются в следующих пределах:

К_{сут макс}=1,1…. 1,3; K_{сут мин}=0,7…0,9.

Большая неравномерность водопотребления в течение года обычно имеет место в населенных пунктах с небольшим числом жителей при слабом развитии промышленности и значительных сезонных колебаниях температуры.

В течение суток также заметны довольно значительные колебания часовых расходов, вызываемые сменой дня и ночи, распорядком работы, различными случайными явлениями. Часовые расходы воды потребителями колеблются на протяжении суток от Q_ч.max до Q_ч.min.

Размер и характер колебаний расходов на хозяйственно-питьевые нужды населения резко отличаются от размеров и характера колебаний расходов воды на производственные нужды. Поэтому общий максимальный расход воды в пункте водоснабжения не может быть получен путем простого суммирования максимальных часовых расходов отдельных водопотребителей. Для построения общего суточного графика водопотребления необходимо распределить расчетные расходы воды по часам суток каждым потребителем в отдельности, после чего эти часовые расходы суммируют и получают общий расход воды всеми потребителями за каждый час суток. На основании анализа общих часовых расходов воды находят максимальный и минимальный часовые расходы.

Режим расходования воды производственными предприятиями зависит от технологии производства, типа используемого оборудования, количества смен и других факторов и задается технологом производства.

Режим расходования воды на хозяйственно-питьевые нужды в населенных пунктах зависит от числа жителей, степени развития промышленности и ряда других факторов и характеризуется коэффициентами часовой неравномерности водопотребления, значения которых для населенных пунктов определяют по следующим формулам:

К_{сут макс}=α_max β_max ;К_сутmin=α_min β_min

Коэффициент α учитывает степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия. Он принимается равным: α_max =l,2…1,4, α_min = 0.4…0.6.

Коэффициент β_max учитывает влияние численности населения объекта, и его выбирают в зависимости от числа жителей N.

Коэффициенты часовой неравномерности производственного водопотребления К_чmaxп и К_чminп устанавливаются технологическим проектом предприятия.

Определение расчетных расходов воды

Для бесперебойного и полного снабжения водой всех потребителей отдельные сооружения системы водоснабжения рассчитывают исходя из разных расходов воды, а именно:

разводящую водопроводную сеть, из которой вода поступает непосредственно потребителям, рассчитывают на подачу максимальных секундных расходов воды q_mах;

насосные станции, напорные водоводы, водозаборные и очистные сооружения рассчитывают на подачу среднечасовых расходов в сутки максимального водопотребления Q_{ч ср};

регулирующие емкости водонапорных сооружений определяют по расчетному расходу в сутки максимального водопотребления Q_сутmах;

себестоимость 1 м³ подаваемой воды определяют исходя из годового объема водопотребления Q_год

Различают фактические и расчетные расходы воды.

Фактическими принято называть расходы воды, замеренные приборами, которые устанавливают на насосных станциях и на вводах в отдельные здания.

Расчетными называют расходы воды, определенные теоретически по нормам водопотребления и числу водопотребителей.

Расчетные суточные расходы воды обычно определяют отдельно для каждой категории водопотребителей.

Определение расходов воды на промышленные нужды

Расход воды на промышленные нужды определяют двумя методами:

1. в расчете на агрегат;
2. в расчете на единицу продукции.

Первый метод применяется при разработке технических проектов, второй — при составлении технико-экономических обоснований, перспективных и прогнозных разработок по водоснабжению промышленных районов.

Расход воды на агрегат в значительной мере зависит от его конструктивных особенностей. Так, расход воды на мартеновскую печь зависит от того, осуществляется мокрая или сухая очистка уходящих газов. В конвертере расход охлаждающей воды зависит от способа отвода газа – с дожиганием или без дожигания.

Таким образом, производительность металлургического агрегата не всегда может быть единственным критерием, определяющим его водопотребление.

Нормирование расхода воды играет важную роль в вопросе сокращения водопотребления и бережного отношения к воде. Вот средние удельные расходы воды на некоторые виды продукции металлургических комбинатов (таблица 1).

Таблица 1.

Известны также среднеотраслевые комплексные удельные расходы воды для основных видов производства черной металлургии (таблица 2).

Таблица 2

Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления

Расчетный (средний за год) суточный расход воды на хозяйственно-питьевые нужды населения, м3/сут, определяется в зависимости от расчетного числа жителей и норм водопотребления.

Норму водопотребления определяют по табл. 3 в зависимости от санитарно-технического оборудования зданий, а также от географического месторасположения объекта водоснабжения.

В приведенные нормы включены расходы воды на хозяйственно-питьевые и коммунальные нужды жителей независимо от того, где происходит расходование воды — в жилых домах или общественных зданиях. Большие значения расходов (в пределах указанных норм) следует принимать для южных районов, а меньшие — для северных.

Таблица 3

При определении расхода воды для домов отдыха, санаториев, пионерских лагерей и подобных им заведений, если они располагаются на территории населенного пункта, надо учитывать нормы расхода воды для них (таблица 4).

Таблица 4

Существуют также нормы расхода воды для общественных зданий. Например, для общежитий с душевыми норма максимального водопотребления на одного жителя составляет 75-100 л/сутки, а для учебных заведений – 15-20 л/сутки на 1 студента или преподавателя.

Заканчивают расчет расходов воды на хозяйственно-питьевые нужды населения определением расчетных часовых расходов воды в часы максимального и минимального водопотребления.

Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды промышленных предприятий.

Для расчета расхода воды по этой категории водопотребления прежде всего должно быть установлено по каждому предприятию: количество рабочих, занятых на производстве в максимальную смену, отдельно в «горячих» цехах, и определено в зависимости от группы производственного процесса число душевых сеток, которыми пользуются рабочие в наиболее многочисленную смену. Кроме этого, следует установить число рабочих, пользующихся душем в каждую смену. Только после этого можно приступать к расчету расхода воды на хозяйственнопитьевые нужды по отдельным предприятиям.

Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления и коэффициенты неравномерности расхода воды на промышленных предприятиях принимаются равными: в цехах с тепловыделением более 20 ккал на 1 м³/ч — 45 л на человека в смену с коэффициентом часовой неравномерности 2,5; в остальных цехах 25 л на человека в смену с коэффициентом часовой неравномерности 3.

Часовой расход воды на одну душевую сетку на промышленных предприятиях следует принимать равным 500 л, а продолжительность пользования душем — 45 мин (после окончания смены). Число душевых сеток, которые устанавливаются на предприятии, определяется по количеству человек, пользующихся душем в максимальную смену, и количеству человек, обслуживаемых одной душевой сеткой, в зависимости от группы производственных процессов в соответствии с табл. 5.

Таблица 5

Нормы расхода на нужды пожаротушения

Расчетный расход воды на пожаротушение не входит в расчетную сумму суточного водопотребления города, однако его значение необходимо знать для проверки сети водопровода на пропуск требуемых количеств воды для тушения пожаров.

Расчетный расход воды на наружное пожаротушение и расчетное число одновременных пожаров при проектировании и реконструкции населенных мест следует принимать по табл. 6.

Таблица 6

Расход воды и расчетное количество одновременных пожаров для населенных пунктов с количеством жителей более 2 млн. чел. устанавливается в каждом отдельном случае в задании на проектирование по согласованию с органами Государственного пожарного надзора.

Расход воды на тушение пожаров на территории промышленных предприятий определяют в зависимости от степени огнестойкости здания, категории производства по пожарной опасности и объема здания. Так, для зданий с объемом от 3 до 5 тыс. м³ расчетный расход воды составляет 10л/с на один пожар при первой и второй степени огнестойкости здания и 20 л/с при четвертой и пятой степени огнестойкости здания. А при объеме здания более 400 тыс. м³ расчетный расход воды на 1 пожар не превышает 40 л/с. Причем, здания III, IV и V степеней огнестойкости при таких размерах не строятся.

Расчетное число одновременных пожаров принимают по условию:

1. пожар — при площади территории предприятия менее 150га;
2. пожара — при площади территории предприятия 150 га и более. Расход воды на тушение пожаров на территории предприятий рассчитывается по зданиям, для тушения которых требуется наибольший расход воды.

Для объединенного (производственного и противопожарного) водопровода расчетное число одновременных пожаров следует принимать: при площади территории предприятия до 150 га и количестве жителей в населенном пункте до 10 тыс. 1 пожар (на предприятии или в населенном пункте — по большему расходу) и 2 пожара (один на предприятии и один в населенном пункте) — при числе жителей в населенном пункте от 10 до 25 тыс.

При площади территории предприятия 150 га и более и количестве жителей населенного пункта до 25 тыс. следует принимать два одновременных пожара (оба на предприятии или оба в населенном пункте — по большему расходу), а при числе жителей населенного пункта более 25 тыс. число пожаров принимается отдельно для населенного пункта по табл. 1.6 и для предприятия.

Расчетная длительность пожара во всех случаях (в населенном пункте или предприятии) принимается равной трем часам. Подача полного расчетного расхода воды на тушение пожара должна быть обеспечена при наибольшем часовом расходе воды на другие нужды. При этом расходы воды на поливку территории, прием душей, мытье полов в производственных зданиях и мойку технологического оборудования не должны учитываться.

Расход воды на тушение пожара внутри зданий, оборудованных внутренними пожарными кранами, спринклерными² и дренчерными³ установками, должен учитываться дополнительно к нормам расхода воды на наружное пожаротушение. Нормы расхода воды на внутреннее пожаротушение в производственных зданиях независимо от их объема и в общественных и жилых зданиях объемом более 25 тыс. м3 следует принимать из расчета двух пожарных струй производительностью не менее 2,5 л/с каждая; во вспомогательных зданиях, в общественных и жилых объемом менее 25 тыс. м³, а также в зданиях, оборудованных средствами автоматического пожаротушения из расчета одной пожарной струи производительностью не менее 2,5 л/с.

Расходы воды на тушение пожара при объединенном водоснабжении для спринклерных установок, внутренних пожарных кранов и наружных гидрантов следует принимать: не менее 15 л/с в течение первых 10 мин (до включения пожарных насосов), из них на питание спринклеров 10 л/с и на питание внутренних пожарных кранов 5 л/с; в течение последующего часа — 30—50 л/с на питание спринклеров, 5 л/с на питание внутренних пожарных кранов и 20—100 л/с на наружное пожаротушение для производственных зданий без фонарей с производствами категорий А, Б и В. Для зданий других типов — на питание спринклеров, согласно гидравлическому расчету спринклерной системы, но не более 30 л/с; на питание гидрантов 20 л/с и на питание внутренних пожарных кранов — 5 л/с.

Системой водоснабжения кроме обеспечения расчетных расходов воды на пожаротушение, должна быть предусмотрена возможность восстановления неприкосновенного противопожарного запаса в течение 24 ч — в населенных местах и на предприятиях с производством категорий А, Б и В и в течение 36 ч — на предприятия с производством категорий Г и Д.

Режим водопотребления

В населенных пунктах и на производственных предприятиях расход воды не бывает равномерный. Отношения максимального суточного расхода Q_maxсут в дни наибольшего водопотребления к среднему суточному расходу Q_ср.сут называют коэффициентом суточной неравномерности.

Kсут= Q_{max.сут /} Q_ср.сут

Колебания водопотребления (разбора воды из водопровода) происходит в очень короткие промежутки времени, измеряемые минутами и даже секундами, однако, при расчетах условно принимают, что в течение 1 часа водопотребление постоянно. Т.е. считают, что суточное водопотребление колеблется только по часам. Отношение Q_maxчас расхода к среднему часовому расходу Q_ср.час называется коэффициентом часовой неравномерности.

К_час= Q_{max.час /} Q_ср.час

Для промышленных предприятий коэффициент часовой неравномерности хозяйственно-питьевого водопотребления принимается равным 3. Этот коэффициент для ТЭЦ-ПВС принимается равным 1; для аглофабрик – 1,1÷1,2; для прокатных станов — 1,15÷1,5 и т.д.

Водопроводные сооружения рассчитываются так, чтобы их пропускная способность и требуемый напор были достаточными в местах разбора.

Максимальный расход воды определяется умножением нормы расхода воды на коэффициент часовой неравномерности.

Заключение

Для обеспечения надежного и качественного снабжения населенных мест водой создаются специальные системы водоснабжения.

Система водоснабжения представляет собой комплекс сооружений, оборудования и трубопроводов, обеспечивающих забор воды из природного источника, очистку и ее обработку, транспортирование и подачу воды потребителям требуемых расходов и качества.

Система водоснабжения должна удовлетворять техническим, экономическим и санитарным требованиям, предъявленным к ней. Системы водоснабжения проектируют одновременно с системами канализации. При проектировании схем водоснабжения промышленного предприятия, должен составляться баланс использования воды, применяться схема оборотного водоснабжения с воздушным или водяным охлаждением.

При проектировании водоснабжения должны предусматриваться прогрессивные технические решения, механизация трудоемких работ, автоматизация технологических процессов и максимальная индустриализация строительно — монтажных работ за счет применения сбойных конструкций, стандартных и типовых изделий и деталей.

Требования к качеству воды хозяйственно-питьевого назначения и воды, идущей на технические цели (технической воды) различны. Поэтому на большинстве объектов сооружают отдельную объединенную систему хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения и отдельную систему технического водоснабжения.

В системах технического водоснабжения предусматриваются также сооружения и оборудование, необходимое для приема отработавшей воды и подготовки ее для повторного использования, а также станции очистки сточных вод.

Список используемых источников

1. Журба М.Г., Соколов Л.И., Говорова Ж.М. Водоснабжение: Проектирование систем и сооружений: Учеб. –М.: АСВ, 2009.
2. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод: Учеб. – М: АСВ, 2006.
3. Романов А.В. Водопотребление, водопроводные сооружения. – М.: Строительство, 2011.
4. Штоф К.А., Анисимов А.П.. Канализация. – М.: Строительство, 2015.

5. Ветров А.К. Водоснабжение: Учеб. – М: АСВ, 2017.