Распределение расходов по часам суток

ВВЕДЕНИЕ

 

Система городского водоснабжения предназначена: для удовлетворения питьевых и бытовых нужд в воде населения, для противопожарных целей, для полива улиц, площадей и зеленых насаждений. Кроме того, из системы городского водоснабжения могут забирать воду промышленные предприятия, для использования ее в бытовых целях и в некоторых случаях в технологическом процессе.

Обычно система водоснабжения включает в себя следующие основные элементы (рис.1):

· водозаборные сооружения для забора сырой воды из открытых или подземных источников;

· насосную станцию первого подъема, осуществляющую подачу воды на очистку;

· очистные сооружения, на которых вода обрабатывается до показателей, предъявляемых к питьевой воде санитарными нормами;

· резервуары чистой воды, в которых хранится запас воды, в том числе неприкосновенный противопожарный запас и объем для обслуживания очистных сооружений;

· насосную станцию второго подъема, которая подает воду потребителям;

· городскую водопроводную сеть, представляющую собой систему трубопроводов, распределяющих воду по всей площади населенного пункта; в состав городской сети могут входить дополнительные резервуары и насосные станции подачи;

·

систему внутриквартальных труб, подающую воду непосредственно потребителям.

·

Рис. 1. Элементы схемы системы водоснабжения: 1 – оголовок; 2 – водозаборный колодец; 3 – насосная станция 1-го подъема; 4 – очистные сооружения водопровода; 5 – резервуары чистой воды; 6 – насосная станция 2-го подъема; 7 – водонапорная башня; 8 – водопроводная сеть

В настоящем пособии рассмотрены вопросы устройства и расчета городской водопроводной сети трубопроводов, а также объем и характер водопотребления.

 

ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ

Население использует воду для приготовления пищи, гигиенических нужд, стирки белья и одежды, для уборки помещений и т.п.

Среднесуточное количество воды, потребляемое одним жителем, колеблется в пределах от 100 до 350 литров. В нормативной литературе, действовавшей на территории Российской федерации [1], расчетная норма на одного жителя назначается в зависимости от степени благоустройства зданий санитарно – техническими приборами (табл.1).

При водопользовании из водоразборных колонок принимают норму 30…50л/(сут.чел.)

Таблица 1

Степень благоустройства районов жилой застройки	Водопотребление на одного жителя за год, л/сут
Застройка зданиями, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией без ванн. То же, с ваннами и местными водонагревателями. То же, с централизованным горячим водоснабжением	120 – 160     160 – 230   230 – 350

Указанные нормы включают в себя все расходы воды в жилых и общественных зданиях, за исключением домов отдыха, санаториев, молодежных лагерей – для этих объектов принимают другие нормы [2].

В городах определенное количество воды тратится на нужды местной промышленности. Для учета этих расходов норму увеличивают на 5 – 10 %.

Расходы воды на бытовые нужды рабочих промышленных предприятий учитывают отдельно.

Необходимо отметить, что в современных экономических условиях нормы водопотребления могут претерпевать значительные изменения. Установка индивидуальных квартирных счетчиков расхода воды (водомеров), повышение тарифов на воду заставляют жителей более экономично расходовать воду. Сокращению потребления воды способствует также повышение общего культурного уровня населения и, в частности, культуры потребления ресурсов. Повышается качество санитарно-технических приборов, уменьшаются непроизводительные потери воды. C другой стороны, возрастает степень благоустройства квартир старого жилого фонда и нового строительства, что приводит к увеличению потребления воды.

Практика показывает, что в водопроводных сетях неизбежны утечки воды через неплотности в арматуре и в стыках труб, которые могут достигать 5 – 9 % и более от общего расхода воды. Эти потери также включаются в нормы водопотребления.

Величину утечек можно снизить, улучшив техническое состояние водопроводной сети, внутриквартирных санитарно-технических приборов, и, в особенности, путем снижения излишних (избыточных) напоров в сети.

В течение года суточное водопотребление не остается постоянным. Наибольшие расходы воды наблюдаются в предпраздничные дни, в летнее время. Для определения расчетных расходов пользуются следующими формулами.

Среднесуточный расход, м³/сут

Q_ср.сут=n*N/1000,

где n – норма водопотребления, л/(чел.сут);

N – расчетное число жителей.

Расход в сутки наибольшего и наименьшего водопотребления

Q_{сут.макс}=Q_ср.сут*К_{сут.макс},

Q_{сут.мин}=Q_ср.сут*К_{сут мин,}

где К_{сут.макс,} К_{сут мин} – соответственно максимальный и минимальный коэффициенты суточной неравномерности.

Рекомендуется принимать значения К_{сут.макс} = 1,1…1,3; К_{сут.мин} = 0,7…0,9. При этом, чем крупнее город, тем ближе значения коэффициентов к единице.

Расчетное число жителей определяется в соответствии с проектом планировки города, который предусматривает все основные данные по городу на перспективный (расчетный) срок от 10 до 20 лет.

В течение суток расходование воды неравномерное. Наибольшие (пиковые) расходы наблюдаются обычно в предвечерние часы в будние дни и в первой половине дня в предпраздничные и предвыходные дни.

Расчетные часовые расходы воды,м³/ч

Q_{час.макс} = Q_{сут.макс*}К_{час.макс}/24,

Q_{час.мин} = Q_{сутмин *} К_чмин/24,

где К_{часмин,} К_{часмакс} – соответственно максимальный и минимальный коэффициенты часовой неравномерности.

Рекомендуется рассчитывать эти коэффициенты по формулам

К_{часмакс} = a_макс*b_макс,

К_часмин = a_мин*b_мин,

где значения a_макс = 1,2…1,4,

a_мин = 0,4…0,6.

Чем крупнее населенный пункт, тем ближе значения этих коэффициентов к единице; наоборот, в поселках, где большая часть населения работает и занята в одном режиме (например, в военных городках), коэффициенты далеки от единицы.

Коэффициенты b_макс, b_мин учитывают число жителей в населенном пункте.

Значения этих коэффициентов можно рассчитывать по формулам

b_макс = (3,04 + 2058 / N – 0.164 ln N)^0.5;

b_мин = 0,096 ln N – 0,512,

где N – число жителей.

Если населенный пункт имеет районы (зоны) со значительно отличающимися нормами водопотребления, то расчетные расходы определяются для каждой зоны отдельно.

Условно считают, что в течение часа расход воды не изменяется. Расчетные секундные расходы, л/с:

q_{сек.макс} = Q_{час.макс} / 3,6;

q_{сек.мин.}= Q_{час.мин} / 3,6.

Для расчета емкостей резервуаров, режимов работы насосных станций требуется составить график потребления воды по часам суток. Обычно такие графики составляют на основании реальных замеров в населенных пунктах. Удобно выражать часовые расходы в процентах от суточного расхода. Средний процент П_ср = 100/24 = 4,167 %

Потребление в «максимальный» час

П_макс=П_ср*К_{часмакс};

аналогично в «минимальный» час

П_мин = П_{ср *} К_часмин;

В табл. 2 приведены варианты распределения процентов часовых расходов по часам суток в зависимости от максимального коэффициента часовой неравномерности. При использовании данных табл. 2 требуется уточнить значения процентов в «максимальный» и «минимальный» час и затем откорректировать значения так, чтобы сумма процентов равнялась 100.

Например, по расчету определены значения К_{часмакс} = 1,42; К_часмин = 0,287.

Находим соответствующие проценты

П_макс = 1,42*4,167 = 5,91; П_мин = 0,287*4,167 = 1,20.

Из табл. 2 берем наиболее близкое распределение для коэффициента 1,4. В час 17 – 18 назначаем процент 5,91, в час 2 – 3 процент 1,20.

В остальные часы корректируем значения так, чтобы в сумме было 100.

Изменение расхода по часам суток можно иллюстрировать графиком (рис. 2), на котором приведено распределение для коэффициента 1,4.

Таблица 2

Распределение расходов по часам суток

 

Часы	Часовой расход воды в % от суточного при коэффициенте Часовой неравномерности
	1,15	1,2	1,25	1,3	1,35	1,4	1,45	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0
0-1	3,7	3,5	3,4	3,3	3,1	2,4	2,0	1,7	1,4	1,6	0,9	0,85	0,75
1-2	3,7	3,4	3,2	3,2	2,9	2,3	2,0	1,5	1,3	1,2	0,9	0,85	0,75
2-3	3,7	3,4	3,2	2,9	2,4	2,1	1,8	1,5	1,2	1,0	0,9	0,85	1,0
3-4	3,7	3,4	3,2	2,9	2,5	2,2	2,2	1,5	1,2	1,0	1,0	1,0	1,0
4-5	3,7	3,5	3,3	3,3	3,4	2,9	3,0	2,5	1,3	1,4	1,0	1,0	1,0
5-6	3,7	3,6	3,5	3,8	4,0	3,8	3,9	3,5	3,2	2,4	2,35	2,7	3,0
6-7	4,1	4,0	3,9	4,2	4,4	4,4	4,6	4,5	4,5	4,5	5,0	5,5	6,0
7-8	4,3	4,4	4,4	4,5	4,7	5,1	4,9	5,5	5,8	6,5	6,2	5,85	6,0
8-9	4,5	4,6	4,8	4,6	5,1	5,2	5,1	5,5	6,5	6,5	5,5	5,5	5,5
9-10	4,7	4,6	4,8	4,7	5,3	5,4	5,5	5,4	6,4	4,5	5,0	6,0	3,5
10-11	4,5	4,6	4,7	4,4	5,2	5,3	5,4	5,2	6,3	5,0	4,5	4,5	3,5
11-12	4,6	4,3	4,5	4,3	4,8	5,3	5,4	5,0	6,0	4,5	4,65	4,3	4,0
12-13	4,4	4,4	4,3	4,3	4,6	5,1	5,3	4,6	5,0	4,9	5,5	4,5	5,5
13-14	4,4	4,5	4,6	4,4	4,6	5,25	5,2	5,2	4,7	5,0	5,35	5,0	5,0
14-15	4,4	4,6	4,6	4,5	4,7	5,4	5,4	5,3	4,6	5,5	5,9	5,3	5,0
15-16	4,5	4,7	4,8	4,7	4,8	5,5	5,5	5,4	4,6	6,0	6,0	6,1	6,5
16-17	4,5	4,8	5,0	5,0	5,6	5,0	5,7	5,8	5,0	6,6	6,2	7,5	8,5
17-18	4,2	5,0	5,2	5,4	5,7	5,85	6,0	6,2	6,7	7,1	7,5	7,9	8,5
18-19	4,3	4,4	4,4	4,6	4,6	4,4	6,1	6,3	6,6	5,5	4,85	5,2	6,0
19-20	4,2	4,3	4,3	4,4	4,2	4,3	4,1	6,0	5,5	6,0	4,7	4,7	6,0
20-21	4,2	4,2	4,3	4,4	4,0	4,1	3,5	4,5	4,6	4,7	4,5	4,5	5,0
21-22	4,1	4,1	4,2	4,5	3,9	3,6	2,8	3,3	3,3	3,6	4,1	4,2	3,5
22-23	4,0	3,9	3,8	4,2	3,1	2,7	2,4	2,6	2,8	3,0	3,7	4,0	2,5
23-24	3,9	3,8	3,6	3,5	2,4	2,4	2,2	1,8	1,5	2,0	2,5	2,2	2,0

 

Рис. 2. Распределение расходов по часам суток

Расходы воды на полив зеленых насаждений, улиц и площадей в значительной степени определяется местными условиями, к числу которых следует отнести:

-климатические данные;

– количество приусадебных участков, на которых выращиваются сельскохозяйственные культуры;

– степень обеспеченности города водой.

В последнем случае местная администрация может влиять на расходование поливной воды введением специальных тарифов и норм поливки на единицу площади.

Таблица 3

Рекомендуемые нормы полива [1]

 

Назначение воды	Измеритель	Расходы воды, л/м2
Механизированная мойка покрытий проездов и площадей	1 мойка	1,2 – 1,5
Механизированная поливка покрытий проездов и площадей	1 поливка	0,3 – 0,4
Поливка из шлангов тротуаров и проездов	То же	0,4 – 0,5
Поливка городских зеленых насаждений	То же	3 – 4
Поливка газонов и цветников	То же	4 – 6
Поливка посадок на приусадебных участках овощных культур плодовых деревьев	1 сутки то же	3 – 15 10 – 15

Количество поливок – 1 – 2 в сутки.

При отсутствии данных о площадях покрытии и зеленых насаждений рекомендуется принимать усредненное среднесуточное потребление воды на полив из расчета 50 – 90 л/сут на одного жителя.

Следует отметить, что имеется опыт организации полива зеленых насаждений капельным методом, при котором к каждому растению подводится дозированное, минимально необходимое количество воды. Капельный полив позволяет снизить потребление воды в несколько раз.

Распределение поливного расхода по часам суток производится, исходя из режима работы поливочных машин и часов «ручного» полива дворниками внутри кварталов и населением на приусадебных участках.

Расходы воды на бытовые нужды и пользование душами на промышленных предприятиях принимаются по соответствующим нормам, в зависимости от характера производства. В «горячих» цехах, с тепловыделением более 80 кДж на 1 м³ в час норма на одного работающего – n=45 л в смену, с коэффициентом неравномерности K_час=2,5; в остальных цехах – n=25 л/(чел смену) с коэффициентом неравномерности K_час=3.

Таким образом, максимальный расход на хозяйственно-бытовые нужды в максимальный час смены, м³/час

q_макс.ч = N*n*K_час / (1000 Т),

где N – количество работающих в смене;

n – норма водопотребления, л/(чел*смену);

К_час – коэффициент часовой неравномерности;

Т – продолжительность смены, час.

Обычно максимальное водопотребление наблюдается в час, следующий за обеденным перерывом.

Душевые работают в течение 45 мин после окончания смены, за это время выливается 375 л воды из каждой душевой сетки. Число душевых сеток принимается в зависимости от числа работающих в максимальную смену, число человек, обслуживаемых одной душевой сеткой и от санитарной группы производственного процесса (табл. 4).

Для того чтобы уменьшить расходы воды на души, на крупных предприятиях назначают часы работы разных цехов по скользящему графику, например, с началом первой смены в 7⁰⁰, 8⁰⁰, 9⁰⁰.

Таблица 4.

Число человек на одну душевую сетку

№п/п	Группы производственного процесса	Мужчины	Женщины
	2б, 2г, 3а, 3в, 3г-не вызывающие загрязнения одежды и рук 3б, 2в, 2д, 4б-вызывающие загрязнение одежды и рук, 1в, 2а, 4а-с загрязнениями, вызванными применением воды 1б-наиболее грязные производства

Расход воды на души в час, следующий после окончания очередной смены, м³/час

Q_душ=N/m*0,375,

где N – число рабочих в смену;

m – число человек на одну душевую сетку.

Расходы питьевой водына нужды производственного процесса на промышленных предприятиях определяются в каждом случае отдельно, в зависимости от характера производства.

Расходы воды на тушение пожаров в населенных пунктах, как правило, осуществляют водой, забираемой из той же сети труб, которая служит для водоснабжения населения.

Поэтому расчет сети производят на пропуск одновременно расчетного расхода на жилые кварталы и расчетного пожарного расхода.

В населенных пунктах нормируется количество одновременных пожаров и расход воды на тушение одного пожара (табл. 5).

Таблица 5

Расчетный расход воды на наружное пожаротушение в населенных пунктах

Число жителей, тыс. чел	Расчетное количество одновременных пожаров	Расход воды * на один пожар, л/с
До 5 До 10 До 25 До 50 До 100 До 200 До 300 До 400 До 500 До 600 До 700 До 800 До 1000		15 (10) 15 (10) 25 (20) 35 (25)

Примечание. В скобках указаны значения для одно-двухэтажной застройки.

 

Кроме того, производится проверка на возможность подачи необходимого количества воды на тушение пожаров отдельных зданий, с учетом их этажности и объема [1].

Продолжительность тушения пожара – 3 часа; из этих условий рассчитывается объем неприкосновенного пожарного запаса в резервуарах чистой воды, м³ W_пож = m*n*3600*3 /1000,

где m – число одновременных пожаров; n – расход воды на 1 пожар, л/с.

Для тушения пожаров на промышленных предприятиях установлены нормативы [1, 3, 4].

Например, для предприятия, общая площадь которого более 150 га, имеющего производственные здания шириной до 60 м, при степени огнестойкости здания 5, категории пожарной опасности Д, при объеме здания от 20000 до 50000 м³ принимается два расчетных пожара с расходом 30 л/с каждый.

Пример. Рассчитать водопотребление для населенного пункта со следующими исходными данными (табл. 6).

 

 

Исходные данные Таблица 6

Район	Площадь, F,га	Норма водо-потребления л/(чел.сут), n	Плотность населения чел/га, p	Норма на полив л/(чел.сут), nP	Коэффициент суточной неравномерности Kсут
					1,2
					1,2

Таблица 7