Водоснабжение

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Серия основана в 2001 году





М.А. СОМОВ Л.А. КВИТКА





ВОДОСНАБЖЕНИЕ


УЧЕБНИК






                        Рекомендовано в качестве учебника для студентов средних профессиональных учебных заведений, обучающихся по специальности 08.02.04 «Водоснабжение и водоотведение» (квалификация «техник»)





znanium.com


Москва ИНФРА-М 2021

УДК 628.1(075.32)
ББК 38.761.1я723

    С61





      Рецензенты:
         зам. директора «Союзводоканалпроект» В.П. Жиров;
         зав. кафедрой коммунального и промышленного водоснабжения Московского института коммунального хозяйства и строительства, канд. техн. наук, доцент И.И. Павлинова


      Сомов М.А.
С61 Водоснабжение : учебник / М.А. Сомов, Л.А. Квитка. — Москва : ИНФРА-М, 2021. — 287 с. — (Среднее профессиональное образование).


          ISBN 978-5-16-009068-9 (print)
          ISBN 978-5-16-104452-0 (online)


          В учебнике приведены основные сведения о системах водоснабжения, условиях работы и конструкциях основных водопроводных сооружений, а также методы их расчета и проектирования. Рассмотрены характерные особенности систем муниципального и сельскохозяйственного водоснабжения.
          Для студентов строительных техникумов и колледжей, обучающихся по специальности 08.02.04 «Водоснабжение и водоотведение».


УДК 628.1(075.32)
ББК 38.761.1я723



ISBN 978-5-16-009068-9 (print)
ISBN 978-5-16-104452-0 (online)

© Сомов М.А., Квитка Л.А., 2006

                Предисловие





   Система водоснабжения представляет собой комплекс сооружений, обеспечивающих добывание, кондиционирование и подачу воды потребителям в необходимых количествах и соответствующего качества с соблюдением требований надежности.
   Кондиционирование воды представляет собой комплекс физических, химических и биологических методов изменения ее первоначального состава. Под кондиционированием воды понимают не только ее очистку от ряда нежелательных и вредных примесей, но и улучшение природных свойств путем обогащения ее недостающими ингредиентами.
   Актуальность издания данного учебника подтверждается развитием научно-технического обеспечения по реализации Программы «Реформирование и модернизация жилищно-коммунального комплекса РФ», утвержденной постановлением Правительства РФ.
   В учебнике изложены современные методы добывания, кондиционирования и транспортирования воды, предназначенной для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения крупных и малых населенных пунктов, включая сельскохозяйственные. Определенное внимание уделено экологическим проблемам систем водоснабжения, рациональному использованию питьевой воды, мероприятиям по охране водных источников. Особенности систем промышленного водоснабжения в учебнике не рассматриваются, так как они отнесены к самостоятельному курсу.
   Все многообразие вопросов при высоком уровне развития техники водоснабжения невозможно изложить в учебнике с желаемой степенью детализации. Указанный недостаток компенсируется имеющимися учебными пособиями и необходимой справочной литературой. С приемлемой полнотой рассмотрены принципиальные вопросы водоснабжения и приведены сведения, отвечающие по содержанию и объему программе дисциплины «Водоснабжение» для специальности 2912 «Водоснабжение и водоотведение».
   Авторы считают своим долгом выразить признательность заместителю директора Союзводоканалпроекта Е.Н. Жирову и заведующей кафедрой «Коммунальное и промышленное водоснабжение» Московского института коммунального хозяйства и строительства И.И. Павлиновой за ценные советы и замечания, сделанные при подготовке рукописи к изданию.

3

                Введение





   Вся жизнедеятельность человека связана с использованием воды, потребность в которой все возрастает. Одной из основных задач водоснабжения является обеспечение населения водой, отвечающей определенным санитарно-гигиеническим требованиям.
   В современных условиях многочисленным потребителям необходима вода различного качества. Рост водопотребления привел во всем мире к ее количественному и качественному дефициту. Поэтому к решению задач водоснабжения требуется комплексный подход, предусматривающий интересы различных групп потребителей воды, рациональное ее использование с учетом экологических аспектов и т. д.
   Первые сведения о применении воды для целей водоснабжения получены из археологических данных, обнаруженных в Месопотамии, Египте, Индии, Китае. Они указывают на то, что уже в глубокой древности человечество создавало системы водоснабжения, хотя и без достаточных на то знаний. Первые водопроводные системы были построены в Урарту (на территории современной Армении) в VIII—VII вв. до н.э. Дальнейшее 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 строительства централизованных городских систем водоснабжения относится к XII—XIII вв. Некоторые из них сохранились на территории бывшего СССР (Средняя Азия, Крым, Новгород и др.). Однако надо иметь в виду, что они являются лишь прообразом современных централизованных водопроводов.
   Обычным способом водоснабжения российских городов являлось 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 (ранее Собакина) башня, где находился родник.
   В промышленных централизованных водопроводах XVIII в. впервые стали применяться специальные водозаборные и водо

4

распределительные 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 конце XVIII в. началось строительство Мытищинского родникового водопровода для снабжения водой г. 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 в. в России уже был накоплен большой опыт не только строительства, но и эксплуатации промышленных водопроводов.
   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 1917 г. в России лишь четвертая часть городов имела водопроводы. 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 1917 г. 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.
   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 процессе дальнейше

5

го развития городов и соответствующего роста водопотребле-ния в большинстве случаев был осуществлен переход к поверхностным источникам, чему способствовало также внедрение более совершенных технологий очистки воды.
   На рубеже 60-70-х гг. XX в. вновь появилась тенденция к широкому 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 качественным 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 водоснабжения в настоящее время увеличение мощности водопроводов за счет нового строительства требует больших капитальных затрат. Поэтому особое внимание должно быть уделено оптимизации водопользования и сокращению потерь воды.
   Развитие промышленности и сельскохозяйственного производства, коммунального хозяйства городов и поселков, рост во-допотребления, использование прибрежных водоохранных полос, распашка пойм, применение 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.
   Решение проблем очистки природных и сточных вод заключается в разработке и широком внедрении в практику новых надежных, эффективных и высокоэкономичных технологических процессов, конструкций сооружений, установок и аппаратов. Широкое внедрение вычислительной техники позволяет решать задачи проектирования и эксплуатации на качественно новом уровне, обеспечивающем требования экономичности и надежности систем водоснабжения.
   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

6

Н.Н. Абрамов, С.Х. Азерьер, М.М. Андрияшев, И.Э. Апель-цин, Ф.М. Бочевер, Н.Н. Гениев, В.А. Клячко, В.Г. Лобачев, Н.Г. Малишевский, Л.Ф. Мошнин, Г.И. Николадзе и др. Большой вклад в развитие теории и практики водоснабжения вносят МГУП «Мосводоканал», НИИ ВОДГЕО, НИИ КВОВ, АКХ им. К.Д. Памфилова и многие другие отраслевые и учебные институты.

                Раздел 1. Источники водоснабжения




            1.1.   Природные водные ресурсы и их использование для целей водоснабжения


   Водоснабжение базируется на использовании природного сырья — воды.
   Оценка и прогноз мощности и качества источников водоснабжения являются ответственной задачей. Правильное ее решение гарантирует получение необходимых количеств воды в течение рассматриваемого периода эксплуатации с учетом предполагаемого роста водопотребления при соблюдении требований технологической и санитарной надежности.
   Требования, предъявляемые к питьевой воде, регламентированы СанПиН 2.1.4.559-96. Требования к качеству воды, идущей на технологические нужды, чрезвычайно разнообразны. При оценке качества воды в источнике водоснабжения используется государственный стандарт «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения» (ГОСТ 2761-84).
   От качества воды в источнике во многом зависят условия эксплуатации как очистных сооружений, так и систем подачи и транспортирования воды. Качество воды должно соответствовать требованиям потребителя и достигаться индустриальными методами технологии ее подготовки.
   При выборе источника необходима оценка комплексного использования водных ресурсов всех видов, имеющихся в регионе. Из нескольких альтернативных предпочтение отдается тому источнику, который обеспечивает бесперебойное снабжение водой потребителей при минимальных затратах на ее очистку и транспортирование. При этом учитывается сохранение сложившейся экологической системы при отборе воды.
   Выбранный источник водоснабжения необходимо согласовать с органами государственного санитарного надзора.
   Трудности в обеспечении потребителей водой во многом возникают из-за неравномерности распределения как водных ресурсов по территории страны, так и самих потребителей и пользователей воды. Кроме того, существенны колебания во времени объемов водных ресурсов, пригодных для использования.


8

   Забор воды для целей водоснабжения возможен из поверхностных и подземных источников.
   Для хозяйственно-питьевого водоснабжения целесообразно применять подземные (особенно артезианские и родниковые) воды, которые, как правило, имеют более высокие показатели качества, чем воды поверхностные. Если мощность водоносного пласта подземных вод недостаточна или они непригодны для целей водоснабжения, то используют поверхностные источники. Использование подземных вод для производственных нужд нецелесообразно, если нет соответствующего обоснования.
   Подземные воды обычно не требуют осветления и обесцвечивания, характеризуются постоянством температуры, санитарной надежностью, небольшим содержанием органических веществ и значительным количеством минеральных солей.
   Наблюдается прямая зависимость между глубиной залегания подземных вод и степенью их минерализации. При наличии гидравлической связи между поверхностными и подземными водами последние могут отличаться повышенной окис-ляемостью.
   Химический состав поземных вод отличается разнообразием. Он определяется в основном условиями их формирования, которые зависят от взаимодействия с атмосферой и земной поверхностью. Слабое протекание биологических процессов, отсутствие света и свободного растворенного кислорода препятствуют развитию растительности и жизнедеятельности водных организмов в подземных водах. Но одновременно с этим создаются благоприятные условия развития анаэробных процессов.
   Подземные воды часто характеризуются значительной жесткостью, повышенным содержанием железа, марганца, фтора, растворенных газов (H₂S, СО₂).
   Подземные воды могут быть напорными и безнапорными. Безнапорные воды имеют свободную поверхность, называемую зеркалом подземных вод. Если полностью насыщенные водоносные пласты перекрыты водонепроницаемыми грунтами и имеют пьезометрический напор, то они называются напорными. Давление, создаваемое напорными водами, больше атмосферного. Если подземные воды имеют выход на поверхность, то образуются родники.
   Подземные воды могут залегать в виде грунтового потока с непрерывным движением воды, имеющего уклон в направле

9

нии движения, а также в виде грунтового бассейна с неподвижной водой и горизонтальной свободной поверхностью.
   Подземные воды имеют статический и динамический уровни. Статический уровень — это уровень воды в колодце при отсутствии водоотбора. При отборе воды из колодца происходит падение уровня. Этот уровень называется динамическим. Понижение динамического уровня пропорционально количеству откачиваемой воды. Количество воды, которое может быть откачано при понижении динамического уровня на 1 м, называется удельным дебитом. Уровень воды и пьезометрические линии, установившиеся вокруг колодцев при откачке воды, образуют кривые дисперсии.
   В качестве поверхностных источников используются реки, водохранилища, озера и моря. Для рек характерны сезонные колебания расхода и качества воды. Состав примесей речных вод определяется характером питания рек. Различают поверхностное и подземное питание. Поверхностное питание обеспечивается выпадением дождей, таянием снега, ледников и т. п., а подземное — главным образом грунтовыми водами (родники, ключи).
   Характерными особенностями качества речной воды являются ее относительно большая мутность (особенно в период паводков), высокое содержание органических веществ и бактерий, часто — значительная цветность воды. Речная вода обладает обычно относительно малым солесодержанием и, в частности, небольшой жесткостью.
   Наблюдается определенная закономерность: воды рек Севера характеризуются малой или средней мутностью, высокой цветностью и малым солесодержанием, а реки Юга — высокой мутностью и минерализацией, низкой цветностью.
   Состав природных вод постоянно изменяется в результате протекающих в них процессов оксидации и восстановления, седиментации диспергированных и коллоидных примесей и солей; ионообмена между водой и донными отложениями; обогащения вод микроэлементами вследствие биохимических процессов; смешения вод различного питания. В поверхностных водотоках наблюдается самоочищение воды за счет физических, химических и биологических процессов, чему способствуют аэрация, перемешивание, декантация взвесей, разбавление загрязнений в большой массе воды. Под действием простейших водных организмов, микробов — антагонистов, бактериофагов и антибиотиков биологического происхожде

10