Тема: Источники водоснабжения
Системы водоснабжения или водопровода — это комплекс инженерных сооружений, предназначенных для забора воды из источника водоснабжения, ее очистка, хранение и представление к потребителям. По виду объекта водоснабжения: – коммунальные; – железнодорожные; – сельскохозяйственные; – производственные
По назначению системы водоснабжения подразделяют на: хозяйственно-питьевые системы водоснабжения ( для подачи воды на хозяйственные и питьевые нужды населения и работников предприятий); производственные системы водоснабжения (обеспечивают водой технологические цеха); противопожарные системы водоснабжения (обеспечивают подачу воды для тушения пожаров). Часто устраивают объединенные системы водоснабжения: хозяйственно-питьевые-противопожарные, промышленно-противопожарные; промышленно-хозяйственно-противопожарные.
По надежности подачи воды: – I категория (предприятия металлургической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности и хозяйственно-питьевой водопровод населенных пунктов с количеством жителей более 50 000 человек) – допускается снижение подачи воды не более чем на 30% расчетных нормативов длительностью до 3 суток; – II категория (предприятия угольной, горнорудной, нефтеперерабатывающей, машиностроительной и хозяйственно-питьевые водопроводы населенных пунктов с числом жителей не более 50 тыс. человек, групповые сельскохозяйственные водопроводы) – допускается снижение подачи воды не более чем на 30% расчетных нормативов, продолжительностью до 1 месяца, или перерыв в подаче воды сроком до 5 часов ; – III категории (мелкие промышленные предприятия, системы орошения сельскохозяйственных земель и хозяйственно-питьевые водопроводы населенных пунктов с числом жителей не более 500 человек) – допускается снижение подачи воды не более чем на 30% расчетных нормативов продолжительностью до 1 месяца или перерыв в подаче воды сроком до 1 суток.
Источники водоснабжения играют ключевую роль в обеспечении водой различных сфер деятельности. Они необходимы для удовлетворения потребностей населения, сельского хозяйства и промышленности. Значение для различных сфер Роль источников заключается в стабильном и устойчивом снабжении водой. Это требует их рационального использования и охраны. Роль источников водоснабжения Источники водоснабжения — это природные резервуары воды, из которых осуществляется забор для последующего использования. Они обеспечивают необходимый объём воды для бытовых, сельскохозяйственных и промышленных нужд. Что такое источники водоснабжения Определение источников водоснабжения
Классификация источников водоснабжения Подземные воды делятся на артезианские и грунтовые. Они отличаются высокой степенью естественной очистки и стабильностью качества. Использование подземных вод требует бурения скважин и специализированного оборудования. Ограничения включают сложность доступа и возможное истощение запасов. Подземные воды Основные типы поверхностных вод включают реки, озёра и водохранилища. Эти источники часто используются для водоснабжения крупных городов и промышленных объектов. Поверхностные воды подвержены влиянию климатических условий и загрязнений. Для их использования требуется сложная система очистки и транспортировки воды. Поверхностные воды Атмосферные воды Особым видом источников воды могут выступать атмосферные осадки. В пустынных аридных зонах могут накапливаться дождевые воды, в северных районах используют растопленные снег и лед. Особое место занимают атмосферные воды – это атмосферные осадки, которые собирают в искусственных сооружениях, например, резервуарах- цистернах. В пустынных аридных зонах могут накапливаться дождевые воды, в северных районах используют растопленные снег и лед. Подземные воды обычно надежнее в санитарном отношении и являются наиболее приемлемыми источниками хозяйственно- питьевого водоснабжения.
Поверхностные водоисточники К ним относятся реки, озера, водохранилища, каналы, ледники, моря. Достоинства поверхностных источников заключаются в следующем: можно забирать много воды, доступность, небольшие затраты на подачу воды, минимальное содержание солей и низкая жесткость. Их недостатки: загрязнены (в особенности бактериально), колебания температур и качества по периодам года, не защищены при чрезвычайных ситуациях и при экологических катастрофах.
Природные условия забора воды из поверхностных источников Условия забора воды Характеристика условий забора воды Легкие условия забора Водоемы с содержанием взвешенных веществ (мутностью) не выше 500 мг/л, имеющие устойчивое ложе, умеренный (толщиной до 0,8 м) и устойчивый ледостав. Внутриводное льдообразование (шуга) и обрастание ( дрейсены, болянусы, мидии и водоросли) в них отсутствуют. Содержание загрязнений и сора незначительно. Средние условия забора Водоемы, мутность в которых за период паводка не превышает 1500 мг/л, русло и берег устойчивые, с сезонными деформациями 0,3 м. Перемещение наносов вдоль берега не влияет на устойчивость подводного склона русла. Внутриводный лед образуется лишь перед ледоставом. Толщина льда – до 1,2 м, образуются полыньи. В водоемах имеются сор, водоросли, мидии и загрязнения. Водоемы судоходны, по ним может осуществляться лесосплав молевой и плотами Тяжелые условия забора Водоемы с мутностью до 5000 мг/л, подвижным руслом, переформированием берегов и дна на глубину до 1…2 м. В них происходит переработка берега с вдольбереговым перемещением наносов по склону переменной крутизны. Ледяной покров формируется неоднократно. Шугозаполнение русла при ледоставе доходит до 60…70% площади сечения водотока. Иногда имеют место зажоры перед ледоставом и ледяные заторы весной. Образуются навалы льда на берега и торосы с заполнением шугой прибрежной зоны, ч аще это наблюдается на участках нижних бьефов ГЭС в зоне неустойчивого ледового покрова. Работу водозабора и сооружений водопровода затрудняют наличие сора, обрастаний и загрязнений Очень тяжелые условия забора Водоемы, мутность в которых выше 5000 мг/л, русло неустойчиво, систематически и случайно изменяет форму, переработка берегов интенсивная и значительная. Наблюдаются (или вероятны) оползневые явления. Ледяной покров формируется только при зажорах, вызывающих подъем воды в источнике, под ледяным покровом происходит транзит шуги в течение большей части зимы. Возможны образования наледей и перемерзания русла. Ледоход сопровождается заторами и большими навалами льда на берега. При приливах и отливах образуются шуга, обрастания; сор и плавающие загрязнения значительно затрудняют работу водозаборных сооружений
Требования к составу и свойствам воды поверхностных источников, используемых для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения Показатель состава и свойств воды Централизованное и нецентрализованное хозяйственно-питьевое водоснабжение населенных пунктов и предприятий Содержание взвешенных веществ за счет загрязнения сточными водами Допускается увеличение не более чем на 0,25 г/м3. Для водоемов, содержащих в межень более 30 г/м3 природных минеральных веществ, – в пределах 5 % этих величин Скорость выпадения взвесей Не допускается более 0,4 мм/с для проточных водоемов и более 0,2 мм/с для водохранилищ Плавающие примеси (вещества) Не допускаются на поверхности водоемов плавающие пленки, пятна минеральных масел, скопление других примесей Запах и привкус Не допускается интенсивность более 2 баллов при непосредственном использовании или при последующем хлорировании Окраска Не должна обнаруживаться в столбике воды 20 см Летняя температура воды после спуска сточных вод Не должна повышается более чем на 3 С по сравнению с максимальной температурой воды летом Водородный показатель Не должен выходить за пределы 6,5–8,5 рН Минеральный состав Не должен превышать по плотному остатку 1000 г/м3, в том числе хлоридов 350 г/м3, сульфатов 500 г/м3 Содержание растворенного кислорода Не должно быть менее 4 г/м3 в любой период года в пробе, отобранной до 12 ч дня Возбудители заболеваний в каждом отдельном случае Не должны содержаться. Сточные воды, содержащие возбудителей заболеваний, должны подвергаться обеззараживанию перед спуском в водоем. Методы обеззараживания и предварительной очистки должны согласовываться с органами санитарного надзора Ядовитые вещества Не должны содержаться в концентрациях, могущих оказать прямо или косвенно вредное воздействие на организм и здоровье человека Биохимическая потребность в кислороде (БПК) БПКполн при 20 С не должна превышать 3 г/м3
Подземные водоисточники Типы подземных вод имеют следующие достоинства: высокая степень чистоты, в том числе бактериальной, постоянство температур и других показателей, санитарная надежность, защищенность от факторов массового поражения. Их недостатки: затраты на подъем воды, ограниченный дебит, глубокое залегание (труднодоступность), содержат железо, соли, имеют повышенную жесткость. При этом для их использования требуется профессиональная оценка качества и разработка специальных систем водоподготовки. Основную роль в формировании запасов подземных вод, используемых для водоснабжения, играют инфильтрационные и конденсационные процессы. Инфильтрационные процессы приводят к накоплению в земной коре воды в результате: фильтрации через почву атмосферных осадков; насыщение водой грунтов через берега и дно рек, озер, водохранилищ, прудов, каналов; фильтрации через почву воды при сельскохозяйственном орошении и т.п. Различают происхождение подземных вод: инфильтрационное (просачивание сквозь хорошо фильтрующие породы атмосферных осадков и воды из поверхностных источников); конденсация паров из воздуха (в пустынях); ювенильное - из паров магмы (первичное образование подземных вод при формировании земной коры). При конденсационных процессах водяные пары подземного воздуха конденсируются на частицах грунта; по мере накопления эта влага переходит в капельную форму, и сила тяжести увлекает ее. Но все-таки подземные воды образуются, главным образом, за счет инфильтрации атмосферных и поверхностных вод, которые проникают в толщу земли и создают там подземные потоки и бассейны. На рисунке дан условный геологический разрез, на котором рассматривается образование подземных вод в результате инфильтрационных процессов и их залегание в земной толще.
По характеру залегания различают следующие виды подземных вод: Верховодка воды, которые образуются при просачивании атмосферных осадков сквозь хорошо фильтрующие породы вследствие накопления на преграде. Располагается наиболее близко к земной поверхности, которая залегает на водоупорных линзах (вогнутая часть линзы обращена к поверхности земли). Грунтовые безнапорные воды образуются при фильтровании поверхностной или атмосферной воды и скопления ее над первыми от поверхности земли водоупорными пластами. Количество и качество этой воды также зависит от гидрометеорологических факторов и колеблется по сезонам года. Межпластовые воды делятся на: напорные и безнапорные. Они находятся между двумя пластами водоупора и считаются самыми лучшими для питьевого водоснабжения, так как обеспечивают самую высокую санитарную надежность (защищены от загрязнений). Подрусловые (инфильтрационные воды) имеют качество грунтовых вод и являются промежуточными между подземными и поверхностными водами. Находят широкое применение, особенно в зарубежной практике, где отказываются от непосредственного приема воды из рек, и предпочитают забор частично очищенных естественным образом подрусловых вод. Родники (ключи) - разновидность межпластовых вод, выходящих на поверхность земли, как правило, на склонах.
Типы подземных вод имеют следующие достоинства : • высокая степень чистоты, в том числе бактериальной, • постоянство температур и других показателей, • санитарная надежность, • защищенность от факторов массового поражения. Их недостатки: • затраты на подъем воды, • ограниченный дебит, • глубокое залегание (труднодоступность), • содержат железо, соли, имеют повышенную жесткость.
ТРЕБОВАНИЯ К ВЫБОРУ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ Выбор водоисточника регламентируется "Правилами выбора и оценки качества источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения". Для грамотного выбора источника водоснабжения проводятся топографические, гидрологические (для поверхностных вод), гидрогеологические (для подземных вод), химико-санитарные изыскания. Согласно "Правилам..." проводится обследование поверхностных источников, которое включает: гидрологические и гидрометрические данные (режим стока, расходы, сроки ледостава); санитарную характеристику местности (почвы, леса, сельхозугодий, населенных пунктов, предприятия, сбросы сточных вод, судоходство, лесосплав); характеристику самоочищающей способности источника. Основные требования при выборе источника водоснабжения: 1. Обеспечение необходимых потребителю расходов воды с учетом перспективного развития объектов. 2. Заданная степень надежности снабжения водой потребителей. 3. Обеспечение качества воды, наилучшим образом соответствующей требованиям потребителей, либо позволяющей достичь такого качества после очистки. 4. При отборе воды из поверхностного источника ниже места отбора должен быть обеспечен гарантированный расход воды, необходимый для удовлетворения потребностей ниже расположенных населенных мест, предприятий, сельского хозяйства, рыбного хозяйства, судоходства и т.п. 5. Отбор воды из источника не должен ухудшать экологическую обстановку. 6. Экономические требования – минимальные затраты при строительстве и эксплуатации.
Факторы при выборе источника Помимо указанных требований для правильного выбора источника следует учитывать такие факторы: расходный режим и водохозяйственный баланс источника с прогнозом на 15-20 лет; качественную характеристику воды в источнике и прогноз возможного ее изменения; качественные и количественные характеристики наносов и сороа, их режим перемещения; устойчивость берегов. Также необходимо оценить доступность и надёжность инфраструктуры для забора воды из источника.
Дополнительные факторы при выборе источника Наличие вечномерзлых грунтов; возможность промерзания и пересыхания источника; наличие снежных лавин и селевых явлений, а также других стихийных явлений; осенний зимний режим источника и характера шуголедовых явлений в нем; колебание температуры воды в источнике по месяцам года на различной глубине; характер прохождения весеннее летних паводков. Влияние этих факторов на гидрологический режим и экосистему водоёма в целом. Факторы при выборе источника Помимо указанных требований для правильного выбора источника следует учитывать такие факторы: расходный режим и водохозяйственный баланс источника с прогнозом на 15-20 лет; качественную характеристику воды в источнике и прогноз возможного ее изменения; качественные и количественные характеристики наносов и сороа, их режим перемещения; устойчивость берегов. Также необходимо оценить доступность и надёжность инфраструктуры для забора воды из источника.
Выбор при наличии нескольких источников При наличии нескольких возможных источников водоснабжения выбор производится путем технико-экономического сравнения вариантов. При выборе в качестве источника водоснабжения поверхностных вод обеспеченность их среднемесячных или среднесуточных расходов, а также максимальных и минимальных уровней воды должна приниматься в зависимости от требований надежности подачи воды соответственно характеристике водопотребителей по данным, приведенным в таблице. Категория надежности подачи воды Обеспеченность среднемесячных или среднесуточных расходов воды, % Расчетная обеспеченность уровней воды, % максимальный минимальный І 95 1 97 ІІ 90 2 95 ІІІ 80 3 90 Обеспеченность расходов и уровней поверхностных источников в зависимости от требований бесперебойности подачи воды потребителю
Определение водозаборных сооружений Водозаборные сооружения – это сложный гидротехнический комплекс, предназначенный: обеспечить с необходимой надёжностью забор расчётного расхода воды и подачу его потребителю; защитить систему водоснабжения от попадания в неё сора, планктона, наносов, льда и т. п.; защитить молодь рыбы от попадания в водоприёмник.
Состав водозаборного комплекса Водозабор - комплекс сооружений, включающий водоприемник, колодец, насосную станцию первого подъема. В настоящем издания принята следующая терминология: водоприемником называется часть водозаборного сооружения, служащая для непосредственного приема (забора) воды из источника. При определенной компоновке водоприемного узла понятия водоприемника и водозабора могут совмещаться. Колодец в составе водозаборного комплекса служит для накопления и хранения воды перед её дальнейшей подачей.
Условия эксплуатации водозаборных сооружений Водозаборные сооружения должны быть рассчитаны на эксплуатацию в обычных, а также редко повторяющихся условиях при следующих возможных осложнениях: максимальном и минимальном уровнях воды в источнике с обеспеченностью от 90 до 97 %; образование внутриводного льда и шуги; транспортирование наносов, сора, топляков ; судоходство, лесосплав, регулирование стока на ГЭС, отбор воды для других целей; переформирование русла и побережья; волнение, нагон сора и льда; развитие ракушки, планктона, водорослей и т. п. На реках с лёгкими шуголедовыми условиями наиболее благоприятными для размещения водозабора являются участки вогнутого берега реки в зоне наибольших глубин русла. При этом предусматриваются мероприятия по сохранению и укреплению берегового откоса. На реках с тяжёлыми шуголедовыми условиями наиболее благоприятными для размещения водозабора являются сравнительно прямолинейные участки, суженные участки реки с наибольшими глубинами либо участки сразу за излучинами.
Требования к водозаборным сооружениям При этом водозаборы должны быть: достаточно просты конструктивно; не вызывать затруднений при эксплуатации; экономичны ; надёжны. Также важно, чтобы водозаборы были адаптируемы к различным условиям эксплуатации и имели длительный срок службы без необходимости частого ремонта. Кроме того, они должны соответствовать экологическим стандартам и не наносить вред окружающей среде.
Классификация водозаборных сооружений по типу водоёма Сооружения для забора вод из поверхностных источников разделяют следующим образом: по типу водоёма : речные ; водохранилищные ; озёрные ; морские и канальные. По способу забора воды их делят на береговые, р условые, плавучие. В зависимости от производительности сооружения могут быть малой, с редней большой мощности. Классификация водозаборных сооружений по назначению хозяйственно-питьевые ; производственные ( технические ); оросительными. Они предназначены для удовлетворения бытовых и питьевых нужд, технологических процессов на предприятиях и полива сельскохозяйственных культур соответственно. Классификация водозаборных сооружений по длительности периода эксплуатации п остоянные ; временные. Постоянные активы используются в течение длительного времени, обеспечивая стабильную работу предприятия, в то время как временные активы привлекаются на короткий срок для решения конкретных задач.
Классификация водозаборных сооружений по производительности по производительности: малые – до 1 м3/с; средние – 1-6 м3/с; большие – более 6 м3/с. Выбор оборудования зависит от требуемой производительности, для малых систем могут подойти компактные модели, в то время как для больших систем потребуются мощные и надёжные устройства. Классификация водозаборных сооружений по категории надёжности подачи воды по категории надёжности подачи воды: а) первой категории – не допускается перерыв в подаче, возможно снижение расхода на 30% сроком до 3-х суток; б) второй категории – допускается перерыв в подаче воды до 5 часов, возможно снижение расхода на 30% сроком до одного месяца; в) третьей категории – допускается перерыв в подаче воды до 24 часов, возможно снижение расхода на 30% сроком до одного месяца. г) четвёртой категории — допускается перерыв в подаче воды более 24 часов, возможно снижение расхода на 30% сроком до одного месяца.
Классификация водозаборных сооружений по компоновке основных сооружений П о компоновке основных сооружений: совмещённые (всё в одном сооружении); раздельные; комбинированные. Выбор компоновки зависит от функционального назначения сооружений и требований к их взаимодействию. Каждый тип компоновки имеет свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при проектировании.
Классификация водозаборных сооружений по месту расположения водоприёмника П о месту расположения водоприёмника: береговые; русловые. Они могут быть как стационарными, так и плавучими в зависимости от конструкции и условий эксплуатации. Выбор типа водоприёмника зависит от характеристик водного объекта и требований к системе водоснабжения. У береговых водозаборов водоприёмные отверстия всегда доступны для обслуживания, что важно для обеспечения бесперебойной подачи воды. У русловых водозаборов водоприёмные отверстия находятся на некотором расстоянии от берега. Русловые водозаборы требуют более тщательного контроля за состоянием водоприёмных сооружений из-за возможных изменений уровня воды в реке.
Выбор места расположения водозаборных сооружений При выборе места расположения, типа и конструктивной схемы водозаборных сооружений необходимо учитывать: назначение водозабора и предъявляемые к нему требования; наличие в источнике необходимых глубин для размещения водозабора; качество воды в источнике должно соответствовать санитарным требованиям; возможность организации зон санитарной охраны. Также необходимо оценить гидрогеологические условия и наличие загрязнений в окружающей среде. Нежелательные места для расположения водозаборных сооружений Не допускается расположение водоприёмника водозабора: в пределах зон движения судов; в зоне отложения донных наносов; в местах зимовья и нереста рыб; на участках возможного разрушения берега; в местах скопления водорослей. Также не рекомендуется размещать водоприёмник вблизи промышленных объектов, которые могут загрязнять воду, и в районах с повышенной мутностью воды, что может негативно сказаться на его работе.
Выбор места для хозяйственно-питьевого водоснабжения Место забора воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения должно приниматься выше по течению водотока: выпусков сточных вод (с учетом возможного подпора и нагона воды против течения); населённых пунктов (с учетом перспективы развития); расположенных на берегу кладбищ и скотомогильников; стоянок судов; оврагов, ручьев, островов, балок; и ниже притоков с большим количеством наносов; товарно-транспортных баз и складов, лесных бирж и т.п.
Выбор места на реках с лёгкими шуголедовыми условиями На реках с лёгкими шуголедовыми условиями наиболее благоприятными для размещения водозабора являются участки вогнутого берега реки в зоне наибольших глубин русла. При этом предусматриваются мероприятия по сохранению и укреплению берегового откоса. Для обеспечения стабильности и надёжности работы водозабора необходимо провести детальный анализ гидрологических условий выбранного участка.
Выбор места на реках с тяжёлыми шуголедовыми условиями На реках с тяжёлыми шуголедовыми условиями наиболее благоприятными для размещения водозабора являются сравнительно прямолинейные участки, суженные участки реки с наибольшими глубинами либо участки сразу за излучинами. При выборе места для водозабора важно учитывать также гидрологические данные и проводить анализ возможных изменений русла реки. Необходимо обеспечить возможность проведения регулярных обследований и мониторинга состояния водозаборных сооружений.
