Водоснабжение

ВОДОСНАБЖЕНИЕ

В.А. ОРЛОВ
Л.А. КВИТКА

Москва
ИНФРА-М
2020

УЧЕБНИК

Рекомендовано
Учебно-методическим объединением вузов РФ 
по образованию в области строительства в качестве учебника 
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по программе бакалавриата по направлению 
подготовки 08.03.01 «Строительство» 
(профиль «Водоснабжение и водоотведение»)

УДК 628.1(075.8)
ББК 38.761.1я73
 
О66

Орлов В.А.
О66  
Водоснабжение : учебник / В.А. Орлов, Л.А. Квитка. — Москва : 
ИНФРА-М, 2020. — 443 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). 

ISBN 978-5-16-010620-5 (print)
ISBN 978-5-16-102635-9 (online)
Приведены сведения о системах и сооружениях, предназначенных для 
забора воды из природных источников, ее очистки, хранения и транспортировки потребителям по трубопроводным сетям. Рассмотрены основные 
методы расчета сооружений систем водоснабжения, технологические 
схемы процессов очистки и обеззараживания воды, вопросы технической 
эксплуатации сетей и сооружений, обеспечивающие их надежную работу. 
Систематизирован и адаптирован передовой отечественный и зарубежный опыт по строительству, эксплуатации и ремонту сооружений систем 
водоснабжения. Отражены вопросы применения инновационных технологий.
Для студентов вузов строительного профиля по направлению подготовки 08.03.01 «Строительство» (квалификация «бакалавр»), профиль 
«Водоснабжение и водоотведение».

УДК 628.1(075.8)
ББК 38.761.1я73

Р е ц е н з е н т ы:
Павлинова Н.И., доктор технических наук, профессор Академии 
коммунального хозяйства имени К.Д. Памфилова;
Рожков А.П., кандидат технических наук, профессор Российского 
государственного аграрного университета;
Андрианов А.П., кандидат технических наук, доцент Московского 
государственного строительного университета

ISBN 978-5-16-010620-5 (print)
ISBN 978-5-16-102635-9 (online)
© Орлов В.А., Квитка Л.А., 2015

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее издание является учебником по профилирующей дис
циплине «Водоснабжение», преподаваемой студентам бакалавриата 
строительных вузов в период их обучения по направлению «Водоснабжение и водоотведение». 

Дисциплина «Водоснабжение» является комплексной, решающей 

сложные инженерные задачи, которые связаны с проектированием, 
строительством, эксплуатацией и ремонтом систем водоснабжения, 
в состав которых входят разнообразные сооружения, обеспечивающие забор воды из природных источников, ее очистку до надлежащего качества, хранение и подачу потребителям в требуемых количествах и с необходимыми напорами.

Изучение дисциплины базируется на знаниях, получаемых сту
дентами при прохождении общетехнических и специальных дисциплин, в частности: гидрологии, гидрогеологии, гидротехники, математики, гидравлики, насосов и насосных станций, химии воды и 
гидробиологии, технологии строительного производства и др.

Учебник состоит из пяти разделов, где комплексно рассматрива
ются базовые вопросы, связанные с водными ресурсами, схемами и 
системами централизованного водоснабжения, водопроводными 
сетями и сооружениями на них, водозаборными и очистными сооружениями. Многообразие вопросов, затронутых в учебнике, не позволяет осветить их в деталях с желаемой степенью детализации, поэтому в книге сосредоточено внимание на основных принципиальных вопросах водоснабжения, которые отвечают по содержанию и 
объему программе дисциплины.

В книге наряду с традиционными базовыми вопросами водообес
печения городов и промышленных объектов отражены последние 
достижения в области водоснабжения, в частности по использованию современных вычислительных комплексов по расчету водопроводных сетей, представлены ссылки на новую нормативно-техническую литературу, отражены достижения ряда фирм, предприятий 
и организаций, вносящих вклад в развитие и интенсификацию работы систем и сооружений водоснабжения. Значительное внимание 
уделено вопросам эффективной работы, модернизации и реконструкции трубопроводного транспорта и современной трубопроводной арматуры, обеспечивающих длительную и безаварийную эксплуатацию инженерных трубопроводных коммуникаций. В то же 
время более подробные сведения по отдельным вопросам водоснаб

жения студенты могут получить из учебных пособий, а также технической и справочной литературы. 

Актуальность издания учебника по дисциплине «Водоснабжение» 

подтверждается развитием научно-технического обеспечения по реализации положений принятого в декабре 2011 г. № 416-ФЗ Федерального закона РФ «О водоснабжении и водоотведении». 

Авторский коллектив считает своим долгом выразить признатель
ность сотрудникам кафедры водоснабжения ФБ ГОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» за ценные советы, 
замечания и пожелания, сделанные при подготовке рукописи к изданию.

ВВЕДЕНИЕ

В связи с ростом потребления природной (питьевой) воды и ис
тощением ее запасов на планете на пороге ХХI в. вопросы обеспечения населения городов и производственных объектов высококачественной водой в необходимом количестве становятся все более актуальными для подавляющего большинства стран мира. Вода 
постепенно приобретает статус стратегического продукта, и вопросы 
ее добычи, обработки и транспортировки по трубопроводным системам становятся приоритетными для сохранения человеческой цивилизации. 

Одной из основных задач водоснабжения является обеспечение 

населения водой, отвечающей определенным санитарно-гигиеническим требованиям. В современных условиях многочисленные потребители (население и промышленные объекты) могут требовать 
воду различного качества, поэтому к решению задач водоснабжения 
применяют комплексный подход, предусматривающий интересы 
различных групп потребителей воды, рациональное ее использование с учетом экологических и других аспектов.

Первые упоминания об использовании воды для целей водоснаб
жения получены из археологических данных, согласно которым уже 
в глубокой древности человечество создавало системы водоснабжения, например в  Месопотамии, Египте, Индии и Китае. Считается, 
что одни из первых водопроводных систем были построены на территории современной Армени в VIII–VII вв. до н.э. Последующее 
развитие системы водоснабжения получили в период греко-римской 
цивилизации (от 100 лет до н.э. до конца II в. н.э.), когда были заложены принципы создания централизованных систем водоснабжения. 
Начало создания централизованных городских систем водоснабжения относится к XII–XIII вв. Некоторые из них, являющиеся прообразом современных централизованных водопроводов, сохранились 
на территории бывшего СССР (Средняя Азия, Крым и др.).

В российских городах обычным способом водоснабжения было 

получение воды из поверхностных источников, вблизи которых 
строились города, или из колодцев и прудов, вырытых в местах с 
обильными подземными водами. При изыскании источников наряду 
с хозяйственными целями учитывалась потребность получения воды 
при обороне города. Первый самотечный водопровод был построен 
для Московского Кремля в 1492 г. Головным сооружением его служила Арсенальная башня, где находился родник. В промышленных 
централизованных водопроводах VIII в. впервые стали применяться 
специальные водозаборные и водораспределительные сооружения. 
Основоположниками водопроводного дела были знаменитый русский теплотехник И.И. Ползунов и один из первых гидротехников 

России К.Д. Фролов. Вопросами водоснабжения горного дела занимался М.В. Ломоносов.

В городах России первые водопроводы обычно строились на базе 

подземных источников, что обусловливалось стремлением к использованию доброкачественной воды и надежной защищенности ее от 
внешнего загрязнения. В ходе дальнейшего развития городов и соответствующего роста водопотребления в большинстве случаев был 
осуществлен переход к поверхностным источникам, чему способствовало также внедрение более совершенных технологий очистки 
воды.

В конце ХVIII в. началось строительство Мытищинского родни
кового водопровода для снабжения водой города Москвы. В дальнейшем этот водопровод несколько раз реконструировался и окончательно был построен в 1858 г. по проекту А.И. Дельвига. Во второй 
половине XIX в. водопроводы были построены в Санкт-Петербурге, 
Казани, Новочеркасске, Ярославле и других городах. К концу 
XIX столетия в России уже был накоплен большой опыт не только 
строительства, но и эксплуатации промышленных водопроводов.

Необходимо отметить, что специфика климатических условий 

России диктовала необходимость поиска отечественных инженерных 
решений, отличных от подобных решений стран Европы. Благодаря 
этому вслед за водопроводами в средней полосе России появились 
надежные системы водоснабжения на Крайнем Севере, в Сибири и 
на Дальнем Востоке.

К началу ХХ в. в России лишь четвертая часть городов имела во
допроводы. Среднее водопотребление составляло 18–24 л/чел. в 
сутки, и лишь в Москве и Санкт-Петербурге оно было значительно 
выше. Большинство населения пользовалось водой из уличных водоразборных колонок и фонтанов. Восстановление народного хозяйства после Гражданской войны и последующая индустриализация 
страны вызвали бурный рост городов и поселков, а с ними и развитие 
водопроводного хозяйства. Мощность централизованного водоснабжения за счет расширения и нового строительства водопроводов к 
1940 г. возросла более чем в 10 раз по сравнению с началом столетия. 
В этот период был разработан и принят ряд важнейших нормативных 
документов, направленных на улучшение санитарного состояния 
источников, установлены требования к зонам их санитарной охраны. 
После Великой Отечественной  войны, в 1946–1960 гг. водопроводы 
были восстановлены и построены в 580 городах и многих поселках. 

На рубеже 60–70-х гг. ХХ в. вновь появилась тенденция к широ
кому использованию подземных источников для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Это было вызвано как ухудшением качества 
воды в поверхностных источниках, так и расширением гидрогеологических исследований запасов подземных вод. Новым каче

ственным результатом следует считать создание водопроводов с разнотипными источниками, более надежных как в техническом, так и 
в санитарно-эпидемиологическом отношении.

В связи с загрязнением и истощением многих источников водо
снабжения в настоящее время увеличение мощности водопроводов 
за счет нового строительства требует больших капитальных затрат. 
Поэтому особое внимание должно быть уделено оптимизации водопользования, сокращению потерь воды.

Развитие промышленности и сельскохозяйственного производ
ства, коммунального хозяйства городов и поселков, рост водопотребления, использование прибрежных водоохранных полос, распашка пойм, использование ядохимикатов и нарушение правил их 
хранения, отсутствие необходимого правового и экономического 
механизмов управления водными ресурсами по бассейновому принципу и др. приводят к резкому обострению экологической обстановки и ухудшению условий жизни населения.

Бурный рост промышленности в середине ХХ в. привел к тому, 

что норма водопотребления в крупных городах мира стала составлять 
порядка 300–400 л/чел. в сутки. В настоящий момент тенденции изменились: стратегическими задачами является снижение нормы водопотребления до 160–120 л/чел. в  сутки, что обусловлено необходимостью более рационального (экономного) использование такого 
ценного продукта, как пресная вода.

Следует отметить, что для решения научных и инженерных задач 

водопроводной техники много сделали такие русские ученые и инженеры, как Н.П. Зимин, Н.Е. Жуковский, К.П. Карельских, 
В.В. Ольденборгер и др. Многие задачи теории и практики водоснабжения решили советские ученые: Н.Н. Абрамов, С.Х. Азерьер, 
М.М. Андрияшев, И.Э. Апельцин, Ф.М. Бочевер, Н.Н. Гениев, 
В.А. Клячко, В.Г. Лобачев, Н.Г. Малишевский, Л.Ф. Мошнин, 
Г.И. Николадзе, М.А. Сомов, М.Г. Журба и др. Большой вклад в развитие теории и практики водоснабжения внесли ОАО «Мосводоканал», НИИ ВОДГЕО, НИИ КВОВ, АКХ им. К.Д. Памфилова и 
многие другие отраслевые и учебные институты.

Раздел I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВОДЕ 

И ИСТОЧНИКАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

ГЛАВА 1

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ ПЛАНЕТЫ И ИХ ЗАПАСЫ

Водные ресурсы планеты объединены единым термином гидро
сфера (от греч. hydor — вода и sphair — шар), которая является одной 
из четырех основных и взаимосвязанных оболочек нашей планеты: 
литосферы (земной коры), атмосферы (газовой среды) и биосферы 
(всего живого на планете). Гидросфера включает все гидравлически 
связанные между собой воды, находящиеся в жидком и твердом состояниях как на поверхности планеты, так и в земной коре, — воды 
океанов, морей, озер и грунтовые воды суши. 

Происхождение воды на Земле столь же неясно, как и происхож
дение самой нашей планеты. В ученой среде есть сторонники «холодного» (метеоритного) и «горячего» (расплавленной субстанции) 
происхождения Земли. Первые придерживаются мнения, что вода в 
виде льда или снегоподобной массы входила в состав того метеорита, 
который стал прапрадедушкой нашей планеты. Вторые утверждают, 
что вода выделялась из разогретого глубинного вещества (магмы) 
Земли в процессе его охлаждения и отвержения (кристаллизации).

Вода — второе по значимости вещество после воздуха, без кото
рого никто и ничто на Земле не могли ни появиться, ни существовать. Мы уже привыкли к тому, что формула воды достаточно проста 
(Н2О), но доказать сложный состав воды в эксперименте впервые 
было суждено двум выдающимся французам — химику Антуану Лорану Лавуазье (1743–1794) и математику и физику Пьеру Симону 
Лапласу (1749–1827).

Вода является самым загадочным и уникальным природным ве
ществом, способным, например, течь вверх по микротрещинам скал 
и капиллярам деревьев. Удивительно, но вода до сих пор остается 
самой малоизученной субстанцией. Ее считают самым непонятным 
из всех веществ, изучаемых химиками и физиками. Вода является 
непревзойденным растворителем, растворяя практически все, что 
встречается на пути, поэтому легко загрязняется. 

Вода жизненно необходима человеческому организму, который 

остро реагирует на нарушение водного баланса: при потере организмом воды до 2% массы тела (1–1,5 л) появляется острая жажда, при 
утрате 6–8% человек впадает в полуобморочное состояние, а при 
потере более 12% влаги наступает смерть. Без еды человек может 
прожить больше месяца, а без воды всего — несколько дней. Из необходимых человеку в обычных условиях 2,5 л в сутки 1 л приходится 
на питьевую воду, 1,2 л — на поступающую с пищей и 0,3 л — на воду, 
образующуюся в самом организме в процессе обмена веществ. 
У высших организмов процент содержания воды колеблется от 60 до 
70%. В морских организмах (медузы, некоторые виды водорослей)
содержание воды достигает 98%. Напротив, в спорообразующих бактериях, которые являются выносливой формой с замедленной жизнедеятельностью, содержится только 50% воды.

Большая часть всей воды организма человека содержится внутри 

клеток (71%), около 19% находится в виде неклеточной воды и 10% 
приходится на долю плазмы, лимфы, спинно-мозговой и других 
жидкостей. Вода необходима всем живым существам не только как 
их главная составляющая часть, но и как благоприятная среда для 
транзита продуктов питания и функционирования пищевых цепочек.

Вода — самое распространенное на Земле вещество, ее суммар
ные запасы составляют около 1370 млн км3, однако, несмотря на 
огромное общее количество воды на планете, в значительной своей 
массе она соленая. Непрерывную водную оболочку Земли, окружающую материки и острова, принято называть Мировым океаном. На 
него приходится порядка 97,5% всех запасов воды планеты. Концентрация растворенных в Мировом океане неорганических веществ 
колеблется от нескольких граммов на литр воды в морских заливах у 
побережий до 40–42 г/л в тропических морях, что делает ее практически непригодной для питьевых целей без специальной дорогостоящей обработки.

Запасы пресной воды оцениваются лишь в 2,5% от всей воды на 

земном шаре. В связи с ростом населения на Земле (по прогнозу 
12–15 млрд чел. к концу ХХI в.) и бурным развитием промышленного производства в далеком прошлом остались соображения, что 
запасы пресных вод останутся неисчерпаемыми и их можно будет 
использовать без всякого ограничения.

Пресная вода присутствует в ледниках (68,7%), подземных водах 

(30,1%), вечной мерзлоте (0,8%), может находиться в форме поверхностной и атмосферной воды (0,4%). Основная масса пресной воды 
(более 24 млн км3) как бы законсервирована в ледниках и снежном 
покрове Арктики, Антарктиды и Гренландии. Эта часть водных запасов при нынешнем развитии науки и техники пока недоступна для 
людей. Подземные воды (свыше 10,5 млн км3) используются отно

сительно ограниченно, хотя для многих стран с засушливым климатом они являются одним из основных источников водоснабжения. 
Несмотря на  микроскопическую долю рек и пресноводных озер, 
запасы воды в которых относительно малы (95 тыс. км3), они, наряду 
с грунтовыми водами, в большинстве случаев рассматриваются как 
потенциальные источники питьевой и технической воды. 

Нельзя не отметить того факта, что запасы пресной воды сосре
доточены и в болотах, занимающих обширные территории преимущественно в Западной Сибири и северо-западных районах европейской территории РФ. Болота образовались после схода ледников 
10–12 тыс. лет назад и продолжают образовываться,  занимая порядка 1,4 млн км2 территории РФ и аккумулируя огромные массы 
воды.  По разным оценкам, в них сосредоточено около 3 тыс. км3
запасов природных вод. Болота играют важную роль в формировании 
гидрологического режима рек: они регулируют половодья и паводки, 
способствуют естественному самоочищению речных вод от многих 
атмосферных и антропогенных загрязнителей. В системах водоснабжения болотная вода не используется, но, учитывая дефицит пресных вод, в отдаленной перспективе они смогут внести определенный вклад в пополнение запасов воды, пройдя соответствующую 
обработку.

По сравнению с другими странами Россия богата природными 

водами. Почти четверть мировых запасов пресной воды сосредоточено в границах нашего государства.

Водные ресурсы любой страны принято оценивать двумя основ
ными величинами: ежегодным объемом стока всех рек и запасами 
пресных вод в водоемах и подземных источниках. Российские реки 
несут десятую часть ежегодного мирового речного стока, т.е. порядка 
4,4 тыс. км3 воды в год. По объему речного стока наша держава занимает второе место в мире после Бразилии с ее многочисленными 
реками, где только одна Амазонка несет в океан пятую часть всей 
пресной воды земного шара (более 6 тыс.  км3 в год).

По водообеспеченности на одного человека Россия занимает 

третье место после Бразилии и Канады: на каждого россиянина приходится порядка 30  тыс. м3 воды в год, или 78 м3 в сутки. Для сравнения: на одного жителя Европы воды приходится в 6 раз меньше. 
При этом все население нашей страны не достигает и 3% общей численности проживающих на земном шаре людей. Водных ресурсов 
России хватит, чтобы напоить водой все человечество. Такое водное 
изобилие накладывает на наше государство особую ответственность 
за сохранение этого важнейшего природного ресурса.

Основой государственного водного фонда являются реки. Всего 

по территории России протекает 2,5 млн рек общей протяженностью 
порядка 8 млн км. Основная часть стока (около 95%) формируется