2. Середньодобові норми водоспоживання, графіки добового і річного водоспоживання, інтегральна крива водоспоживання.
Поняття середньогодинної, середньодобової і річної витрат,
коефіцієнти добової і річної нерівномірності.
Для проектування системи водопостачання і подальшої її експлуатації необхідно знати кількість споживаної води і режим її споживання. Об'єм водоспоживання встановлюється по кількості споживачів. При розрахунку водоспоживання враховують також витрату води на полив вулиць і зелених насаджень, на технічні потреби виробництва.
Розрахункове число споживачів води в сільських населених пунктах і господарських центрах встановлюють з урахуванням перспективи їх розвитку протягом 10... 15 років.
Системи водопостачання будують відразу або по черзі. У останньому випадку необхідно встановити число споживачів на кінець кожної черги будівництва. Дані про плановане число і склад споживачів води одержують в планових органах і безпосередньо в господарствах. При цьому встановлюють плановане впорядкування населених пунктів, поверховість будівель, технічну оснащеність тваринницьких ферм і комплексів.
У сільському господарстві число споживачів води в окремих господарських центрах (на пасовищах, польових станах, фермах) може змінюватися по сезонах. Тому необхідно мати відомості про склад споживачів в кожному сезоні.
Середнє (за рік) добове споживання води кожною групою споживачів визначають по середньодобових нормах, приведених у відповідних розділах СНіП.
Середньодобова норма споживання на одного мешканця (л/добу) в населених пунктах залежно від впорядкування житлових будинків приведена нижче (СНіП 2.04.02—84).
Ступінь впорядкування житлових будинків Середньодобове
споживання за
рік на одного
жителя, л
Обладнані внутрішнім водопроводом
і каналізацією: без ванн 125...160 з ваннами і місцевими водонагрівачами 160...230 з централізованим гарячим водопостачанням 250...350
Вибір водоспоживання в межах, вказаних вище, повинен проводитися залежно від кліматичних умов, потужності джерела водопостачання, ступеня впорядкування і місцевих умов. Нижні межі норм відносяться до північних районів, а верхні — до південних.
У норми водоспоживання входять всі витрати води на господарсько-питні потреби в житлових і суспільних будівлях і комунальних установах, обслуговуючих жителів даного населеного пункту. У сільській місцевості нерідко суспільні установи (наприклад, лікарні, інтернати, механізовані пральні і т. п.) обслуговують жителів інших селищ. У цих випадках витрати води на них враховуються додатково по СНіП П-30—76.
Для районів забудови з водокористуванням з водорозбірних колонок норму водоспоживання на одного жителя слід приймати 30...50 л/добу.
Витрата води на один полив вулиць і тротуарів з вдосконаленим покриттям складає 0,3...0,5 л/м, зелені насадження в селищах 3...4, газонів і квітників 4...6 л/м2. У стелажних теплицях і парниках на полив потрібен
6 л/м2 па води, а в грунтових зимових теплицях 15 л/м2 в добу. Поливання посадок на садибних ділянках вимагає для овочевих культур 3...15 л/м2, а для плодових дерев 10...15 л/м2 в добу.
При відсутності даних про площі зелених насаджень селищ витрату на їх полив приймають в перерахунку на одного жителя 50...90 л/добу залежно від кліматичних умов, ступеня впорядкування населених пунктів і інших місцевих умов.
Норми витрати води тваринами залежать від умов утримання і устаткування тваринницьких приміщень. Деякі середньодобові норми водоспоживання на одну голову на тваринницьких фермах і комплексах (окрім напування тварин, передбачають витрату води на миття приміщень, молочного посуду, охолоджування молока, приготування кормів і інші потреби) приведені в таблиці 7.1.
1. Середньодобові норми водоспоживання тваринами
Споживачі Норми Споживачі Норми споживання у водоспоживання води голову, л лову, л
|
Корови молочні 100 Вівці дорослі 10
» м'ясні 70 Молодняк овець 6
Бики і нетелі 60 Свині дорослі 25
Молодняк крупного рогатого30 Свиноматки з поросятами 60
худоби у віці до 2 років Свині-молодняк і на відгодівлі 15
Телята у віці до 6 міся- 20
ців Птахи (кури, качки і гусаки) 1...2
Коні дорослі і молодняк 80 Кролики
старші 1,5 роки Ветлікарня, на одну крупну 100
Лошата у віці до 45 тварину 1,5 роки
Примітка. При механізованому видаленні гною витрата води на голову збільшується на 4...10 л залежно від способу видалення.
Норми споживання води тваринами на пасовищах декілька менші, ніж при стійловому утриманні, оскільки не потрібна витрата води на прибирання приміщень, приготування корму і т.д. Так, встановлено, що на літніх пасовищах споживання води на одну голову великої рогатої худоби м'ясної породи і коней складає 50...60 л/добу, овець 6...8, а на зимових пасовищах відповідно 30...35 і 3...4 л/добу.
Норми витрати води машинами залежать від їх конструкції і потужності. При експлуатації автомобілів, комбайнів і інших машин вода витрачається на охолоджування двигунів, на миття і догляд за машинами.
У розрахунках приймають, що на заправку водою одного трактора або комбайна витрачається до 1 л/добу води на кожну одиницю потужності встановлених на них двигунів, а автомобіля 10 л/добу на 1 т її вантажопідйомності. На миття автомобіля (вантажопідйомністю до 3 т) потрібно 400...500 л води, трактори 300...600 л, на один ремонтований автомобіль або трактор в майстернях 1 м3/добу.
Витрата води на виробничі потреби промислових і сільськогосподарських підприємств визначається на підставі технологічних даних і приймається по вказівці технологів. Для орієнтовних підрахунків витрати води на підприємствах користуються нормами витрати води на одиницю продукції. Так, на молочних заводах на переробку 1 т молока необхідно 10...15 м3 води, на консервних 10...15 м3 води на 1 т овочів, що переробляються, на м'ясокомбінатах 6...10 м3 води на 1 т живої маси худоби. На сироварних і олійних заводах на виробництво 1 т продукції потрібно 35...40 м3 води, в хлібопекарнях на випічку 1 т хліба 1,7 м3 на цукрових заводах на переробку 1 т буряка 8...12 м3.
На промислових підприємствах, крім виробничих потреб, слід враховувати господарсько-питні потреби у воді робітників при нормі 25 л в зміну в холодних цехах і 45 л в зміну в цехах з підвищеним тепловиділенням.
Витрата води на будівництві визначається по питомих витратах води на одиницю об'єму будівельних робіт, наприклад, на приготування 1 м3 бетону витрачають 2...2,5 м3 води, на кладку 1000 цегли 110...120 л і т.п.
Окрім регулярного забезпечення господарсько-питних потреб, система водопостачання повинна подавати воду на гасіння пожежі. Подача протипожежної витрати досягається шляхом форсування роботи водопровідних споруд, створення протипожежних запасів води в резервуарах і резервних потужностей на насосних станціях, де встановлюють спеціальні протипожежні насоси.
Початкові дані для розрахунку водопроводу на випадок пожежі — протипожежні витрати і запаси води, вірогідне число одночасних пожеж, тривалість пожеж — визначають по нормах (СНіП 2.04.02—84).
Витрату води на зовнішнє пожежогасіння з пожежних кранів (гідрантів) вуличної водопровідної мережі в житловій зоні сільських населених пунктів приймають залежно від числа жителів: до 1000 чоловік — 5 л/с; від 1000 до 25000 чоловік — 10 л/с (при одно - двоповерховій забудові) і 10...15 л/с (при більшій поверховості забудови) і т.д.
На території виробничо-господарських комплексів витрату води на зовнішнє гасіння пожежі (на одну пожежу) встановлюють залежно від об'єму і ступеня вогнестійкості виробничих будівель і категорії виробництва по пожежній небезпеці (табл. 7.2).
2. Витрата (л/с) води на гасіння однієї пожежі у виробничих будівлях
Категорія Об'єм будівлі, тис. м3 Ступінь вогнестійкості будівель виробництва
до 3 3...5 5. ..20 20. ..50 50... 200
|
I і II Г, Д, Е 10 10 10 15 20
I і II А, БИ, В 10 10 15 30 35
III Г, Д 10 10 15 35 -
III У 10 15 20 40 —
IV і V Г, Д 10 15 20 — —
IV і V У 15 20 25 — —
Розрахункове число одночасних пожеж встановлюється нормами: у житловій зоні селищ з населенням до 10 тис. жителів — 1 пожежа, від 10 до 100 тис. жителів — 2 пожежі; на території виробничо-господарських комплексів площею до 150 га — 1 пожежа, більше 150 га — 2 пожежі. Для об'єднаних протипожежних водопроводів населених пунктів і сільськогосподарських виробничо-господарських комплексів, розташованих поза населеним пунктом, розрахункове число одночасних пожеж приймається рівним одному на підприємстві з територією до 150 га або в селищі з числом жителів не більш 10 тис. Якщо територія підприємства більше 150 га, а число жителів в селищі від 10 до 25 тис. людин, то приймаються дві одночасні пожежі, що вимагають найбільших витрат на гасіння..
Додатково до витрати води на зовнішню пожежу додають витрату води на внутрішню пожежу в крупних житлових, суспільних і виробничих будівлях, обладнаних внутрішніми пожежними кранами. У сільських умовах витрата води на внутрішню пожежу звичайно не перевищує 2,5...5 л/с.
Розрахункову тривалість пожежі приймають рівною 3 год.
Протипожежне водопостачання селищ з числом жителів не більш 5000 чоловік, а також склади грубих кормів об'ємом до 1000 м3 і складів добрив об'ємом будівель до 5000 м3 при гасінні пожежі не повинен перевищувати: автонасосами 200 м, мотопомпами 100...150 м. Об'єм кожного резервуару повинен бути розрахований на витрату води, необхідну для гасіння однієї пожежі протягом 3 год. Максимальний термін поновлення пожежного об'єму води повинен бути в сільських населених пунктах і виробничих підприємствах не більш 72 год.
Для селищ з числом жителів до 50 чоловік при забудові одноповерховими будівлями, а також для виробничих і тваринницьких будівель I і II ступеня вогнестійкості, що окремо стоять, об'ємом до 1000 м3 протипожежне водопостачання можна не передбачати.
При розробці перспективних сільськогосподарських систем водопостачання до 2005 р. норма водоспоживання повинна прийматися рівною 150 л/добу на одного жителя.
Встановивши чисельність кожної групи споживачів води л, і середньодобові норми водоспоживання, кожного з них, визначають середньодобові витрати води (м3/сут)
(1)
Диференціальний і інтегральний погодинний графік добового споживання води.
Коефіцієнти добової і годинної нерівномірності.
Витрата води в населених пунктах не залишається весь час постійною, а змінюється під впливом природних, соціально-економічних, господарських і технічних чинників. У перші роки після завершення будівництва водопроводу середньодобове водоспоживання менше за розрахунковий. Але у міру збільшення споживачів, підвищення добробуту населення, впорядкування будинків і селищ, зростання технічної оснащеності господарств воно зростає. Розрахункового значення водоспоживання досягне до кінця розрахункового періоду.
Протягом року спостерігаються коливання водоспоживання по сезонах залежно від агрокліматичних умов, зміни сільськогосподарських робіт і інших виробничих процесів. Сезонність сільськогосподарських робіт є причиною зміни числа споживачів води в селищах і господарських центрах, наприклад у зв'язку з переводом худоби із стійлового утримання на пасовищне, реалізацією тварин і т.п. Сезонні зміни числа споживачів встановлюють по виробничих планах господарства, по яких підраховують також середньодобові витрати води по сезонах.
Крім сезонних змін водоспоживання протягом року, спостерігаються коливання добових витрат води із значними відхиленнями від середньорічного значення. Коливання добових витрат залежать від погоди, режиму роботи на виробництві, звичаїв і звичок населення, чергування святкових, вихідних і робочих днів і т.п. Поєднання цих чинників в кожну добу не піддаються обліку і можуть розглядатися як випадкові.
Протягом доби відбуваються також значні коливання годинних витрат, що викликаються, з одного боку, зміною дня і ночі, розпорядком роботи, а з іншою — згаданими випадковими явищами.
Зміни добових і годинних витрат води вивчаються дослідним шляхом, а одержані дані обробляються з використанням статистичних методів. За даними спостережень будують розрахункові добові графіки-аналоги коливань годинних витрат, в яких годинні витрати виражають у відсотках від добового об'єму водоспоживання. На малюнку 2 показаний добовий графік коливань годинних витрат в сільськогосподарському населеному пункті, Тут видно зниження водоспоживання до мінімуму вночі, коли не працюють виробничі підприємства і люди.
Графік годинних витрат на виробничих об'єктах — тваринницьких комплексах (фермах), промислових і інших підприємствах можна побудувати по відомих нормах води на окремі операції і термінах їх виконання.
Мал. 2. Графіки добового водоспоживання (а) і водоподачі (б), а також середньодобова подача (в):
і 2 — об'єми води, що нагромаджуваної в години малого її розбору і витрачається в години інтенсивного водоспоживання Q доб.mах- Оскільки найвищі витрати повторюються дуже рідко і розрахована по них система мала б низький коефіцієнт використовування, то за розрахунковий звичайно приймають витрату 2...5 %-ної забезпеченості, який обчислюється по кривих розподілу.
Усередині кожної години споживання води також коливається. Проте при розрахунку зовнішніх водопроводів ці коливання не враховують, а приймають, що протягом години споживання не змінюється.
Для надійного забезпечення споживачів води система водопостачання розраховується на максимальну добову витрату
Середньодобове водоспоживання впродовж тривалого періоду, як показано вище, непостійне, воно змінюється у відносно невеликих межах. Коефіцієнт добової нерівномірності (відношення максимальної добової витрати до середньодобової) приймається К доб.мах = 1,1...1,3.
При розрахунках систем водопостачання іноді вимагається знати мінімальну добову витрату Qдоб.min, відхилення якого від середньодобового оцінюється мінімальним коефіцієнтом добової нерівномірності К доб., який приймається К доб. = 0,7. ..0,9.Для сільських селищ коефіцієнти добової нерівномірності звичайно рівні К доб.макс.= 1,3;доб. Мін =0,7. Розрахункові добові витрати
(2)
Середня витрата за годину використовується для розрахунку споруд, що подають цілодобово воду з рівномірною витратою, наприклад водозабори, насосні станції I підйому, очисні станції, водоводи.
Споруди системи водопостачання, що подають нерівномірні витрати води, наприклад водопровідні мережі, водонапірні башти, насосні станції II підйому, розраховують з урахуванням коливання годинних витрат. Для цього необхідно знати як максимальні, так і мінімальні годинні витрати (м3/год):
(3)
де Кчмax і Кчмтin — коефіцієнти годинної нерівномірності, що показують, в скільки разів максимальну і мінімальну годинні витрати перевищують середню за годину.
Коефіцієнти годинної нерівномірності
(4)
Коефіцієнт а залежить від впорядкування будівель, числа змін і інших місцевих умов, його приймають а мах=1,2...1,4. а мін = 0,4...0,6),:Коефіцієнт в вибирають залежно від числа жителів:
Число жителів.До 0,1 0,15 0,2 0,3 0,5 0,75 1,0 1,5 2,5 4,0 6,0 10 20
тис. людина
в мах 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,2 2,0 1,8 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 в мін 0,01 0,01 0,02 0,03 0,05 0,07 0,1 0,1 0,1 0,2 0,25 0,4 0,5
Для тварин і птахів приймають К год. Мах =2,5.
Максимальну годинну витрату можна також визначити безпосередньо по добовому графіку-аналогу коливання годинних витрат води (див. мал. 2).
За спостереженнями на системах сільськогосподарського водопостачання коефіцієнти годинної нерівномірності К год. Мах мають наступні значення: для житлової зони упорядкованих центральних селищ 1,4...1,6; для невеликих житлових селищ з водорозбором з вуличних колонок 1,8...2; для молочних ферм великої рогатої худоби, оснащених сучасним устаткуванням, 1,9.
Оскільки умовно вважають, що протягом години витрата залишається постійною, то розрахункова секундна витрата (л/с) під час максимального (мінімального) водоспоживання
(5)
У сільських населених пунктах, де, крім житлової зони, є виробничо-господарський комплекс, будують сумарний графік добового водоспоживання, який одержують складанням годинних витрат води, узятих з графіків водоспоживання в житловій і виробничій зонах селища. При цьому витрати на полив вулиць і зелених насаджень відносять на години мінімального (50...80 %) і середнього (20...50 %) господарсько-питного водоспоживання. Максимальну годинну витрату води в цьому випадку знаходять по сумарному графіку водоспоживання.