Menu

Dobór zbiorników na wodę

5. Dobór zbiorników na wodę

5.1 Rola zbiorników wodociągowych

5.2 Lokalizacja zbiornika wodociągowego
5.3 Zasady wyznaczania pojemności zbiorników

 

5.1 Rola zbiorników wodociągowych

 

   Zbiorniki wodociągowe mają za zadanie gromadzić zapas wody  w okresie zmniejszonego jej zapotrzebowania i uzupełniać braki w sieci w okresie zwiększonego poboru. Zastosowanie zbiorników wpływa korzystnie na pracę   ujęcia wody, stacji uzdatniania, jak i samej sieci wodociągowej. Zbiorniki mogą gromadzić zarówno wodę surową jak i uzdatnioną. Pierwsze rozwiązanie stosowane jest na ogół na ujęciach powierzchniowych i infiltracyjnych i ma za zadanie zabezpieczyć zapas wody na czas niekontrolowanych przepływów wody (powodzie, susze), kiedy jakość wody lub jej ilość znacznie odbiegają od normy. Zbiorniki takie nazywamy ujęciowymi. Oprócz funkcji magazynowania wody pełnią one również rolę osadników zanieczyszczeń mechanicznych.

   Zbiorniki magazynujące wodę już uzdatnioną lokalizowane są zwykle na terenie stacji uzdatniania (zbiorniki stacyjne) lub bezpośrednio na sieci wodociągowej w pobliżu źródeł największego jej rozbioru (zbiorniki sieciowe). Zbiorniki stacyjne zabezpieczają wodę głownie na cele technologiczne i przeciwpożarowe stacji uzdatniania. Zbiorniki sieciowe współpracują z siecią i stacją pomp i pełnią rolę:

-  wyrównywania nierównomierności w rozbiorze wody gromadząc wodę w godzinach najmniejszego rozbioru i uzupełniając braki w sieci w godzinach poborów maksymalnych,

-  wyrównywania wahań ciśnienia w sieci,

-  magazynowania wody na wypadek awarii ujęcia, stacji uzdatniania, czy przewodów tranzytowych

 

5.2 Wybór lokalizacji zbiornika

 

Wybór lokalizacji zbiornika ma duże znaczenie dla poprawności działania sieci wodociągowej, wpływa też na na samo jej projektowanie (średnice przewodów wodociągowych). W miastach o zróżnicowanej rzeźbie terenu zbiorniki lokalizowane są zwykle w najwyższych punktach sieci i mogą być wtedy zagłębione w gruncie. W terenach płaskich wykorzystuje się najczęściej zbiorniki wieżowe. Z uwagi na usytuowanie względem ujęcia i stacji uzdatniania wody zbiorniki można dalej dzielić na:

- początkowe, usytuowane między źródłem zasilania a siecią,

- końcowe, usytuowane za siecią wodociągową,

- centralne, usytuowane na obszarze zasilania, zwykle w pobliżu największych odbiorców 

Zbiorniki początkowe szybko wymieniają wodę, woda przebywa w nich bardzo krótko. Można nawet powiedzieć, że ten zbiorników działa w sposób przepływowy, zapewniając przede wszystkim stabilna pracę sieci i optymalne ciśnienie. Lokalizacja zbiorników początkowych wykorzystuje naturalne wzniesienia terenu (rys.1).

wodoc2.gif

Rys.1 Zbiornik początkowy. Ozn. 1 – ujecie wody, 2 – stacja uzdatniania wody, 3 – zbiornik przepływowy wyrównawczy, 4 – rurociag grawitacyjny, 5 – siec rozdzielcza, 6 – obszar zasilania, 7 - linia ciśnienia hydrostatycznego przy Qh = 0, 8 – linia minimalnego ciśnienia hydrodynamicznego przy Qhmax, 8’ – poprawiona (podniesiona) linia ciśnienia minimalnego, 9 – linia ciśnienia pożarowego przy Qhmax+Qppo

 Jeśli teren na trasie przewodu magistralnego jest płaski, a najwyższe wzniesienie znajduje sie z boku magistrali można wybrać wersję zbiornika początkowego bocznego (rys.2). Zbiornik taki wymienia tylko część wody związaną z wahaniami poboru.

wodoc27.jpg  

Rys.2 Zbiornik początkowy boczny 1 – doprowadzenie wody czystej, 2 – zbiornik dolny wody czystej,
3 – pompownia II stopnia, 4 – rurociąg tranzytowy tłoczny, 4a – rurociąg tranzytowy tłoczno-grawitacyjny, 5 doprowadzenie wody do zbiornika, 6 – zbiornik początkowy boczny, 7 – sieć rozdzielcza, 8 obszar zasilania,
9 – linia maksymalnego ciśnienia przy Qh = 0, 10 – linia ciśnienia hydrostatycznego, 11 – linia minimalnego ciśnienia roboczego (Qhmax), 12 – linia ciśnienia przy Qhmax+Qppo 

Zbiorniki końcowe zlokalizowane są poza obszarem sieci. Takie rozwiązanie ma sens, jeśli za obszarem znajduje się wzniesienie odpowiedniej wysokości dla budowy zbiornika terenowego, zapewniające odpowiednie ciśnienie wody. Końcowe usytuowanie zbiornika wymaga wyższego ciśnienia wody w pompowni. 

wodoc03.gif

Rys.3 Schemat wodociągu jednostrefowego ze zbiornikiem końcowym. 1 – ujecie wody, 2 – studnia zbiorcza, 3 – pompownia I stopnia, 4 stacja uzdatniania wody, 5 – zbiornik dolny wody czystej, 6 – pompownia II stopnia,
7 – rurociąg tłoczny tranzytowy, 8 – siec rozdzielcza, 9 – obszar zasilania, 10 – zbiornik wyrównawczy górny końcowy, 11 – linia ciśnienia maksymalnego przy Qhmin, 12 – linia maksymalnego ciśnienia hydrostatycznego,
13 – linia minimalnego ciśnienia hydrodynamicznego przy Qhmax, 14 – linia ciśnienia po arowego przy Qhmax+Qppo

Zbiorniki centralne to zwykle zbiorniki wieżowe usytuowane w obszarze zasilania, przy odbiorcach o największym zapotrzebowaniu chwilowym wody. Zbiorniki takie mogą być też sytuowane w przypadku miast o zróżnicowanej rzeźbie terenu w miejscach centralnych, ale na wzniesieniach. Zbiorniki centralne są początkowe dla części miasta położonej za nimi patrząc od strony pompowni i końcowe dla części miasta leżącej przed nimi.

wodoc28.jpg

Rys.4 Schemat wodociągu jednostrefowego ze zbiornikiem centralnym. 1 – zbiornik dolny wody czystej, 2 – pompownia II stopnia, 3 – rurociąg tłoczny tranzytowy, 4 – siec rozdzielcza, 5 – obszar zasilania, 6 – zbiornik wyrównawczy górny centralny, 7 – linia maksymalnego ciśnienia przy Qhmin , 8 – linia ciśnienia hydrostatycznego, 9 – linia ciśnienia minimalnego przy Qhmax, 10 – linia ciśnienia przy Qhmax+Qppo

Kilka zbiorników wody

W wielu miejscowościach z uwagi na rozległość terenu czy jego znaczne zróżnicowanie wysokościowe jeden zbiornik wody jest niewystarczający.  Dla korzystniejszego rozkładu ciśnienia w sieci projektuje się w tedy dwa a nwet więcej zbiorników zasilających poszczególne strefy. 

wodoc29.jpg

Rys.5 Sieć dwustrefowa z dwoma zbiornikami wody końcowymi. 1 – doprowadzenie wody z ujęcia, 2 – zbiornik dolny wody czystej, 3 – pompownia centralna strefy I i II, 4 – rurociąg tłoczny tranzytowy strefy I i II,
5 – sieć rozdzielcza strefy I, 6 – zbiornik wieżowy strefy I, 7 – obszar zasilania strefy I, 8 – pompownia strefy II, 9 – sieć rozdzielcza strefy II, 10 – rurociąg tranzytowy strefy II, 11 – zbiornik wyrównawczy strefy II, 12 – obszar zasilania strefy II, 13 – linia maksymalnego ciśnienia roboczego strefy I, 14 – linia ciśnienia hydrostatycznego strefy I,
15 – linia minimalnego ciśnienia roboczego strefy I, 16 – linia maksymalnego ciśnienia roboczego strefy II,
17 – linia ciśnienia hydrostatycznego strefy II, 18 – linia minimalnego ciśnienia roboczego strefy II

Poniżej na rys.6 pokazano układ zasilania dwustrefowy dla miejscowości o dużym zróżnicowaniu geometrycznym terenu. Zbiornik pierwszy zasilania I strefę ciśnienia, zbiornik drugi II strefę. Alternatywnym rozwiązaniem byłoby tutaj zastąpienie zbiornika dolnego zaworem redukcyjnym obniżającym ciśnienie dla II strefy.

wodoc12.gif

Rys.6 Schemat wodociągu dwustrefowego grawitacyjnego z dwoma zbiornikami przepływowymi dla obu stref
1 – dopływ wody czystej, 2 – studnia zbiorcza, 3 – rurociąg grawitacyjny, 4 – zbiornik wyrównawczy dla strefy I, 5 – rurociąg grawitacyjny strefy I, 6 – siec rozdzielcza strefy I, 7 – obszar zasilania strefy I, 8 – rurociąg grawitacyjny strefy II, 9 – zbiornik wyrównawczy górny strefy II, 10 – rurociąg grawitacyjny strefy II, 11 – siec rozdzielcza strefy II, 12 – obszar zasilania strefy II, 13 – linia maksymalnego ciśnienia hydrostatycznego dla strefy I, 14 – linia minimalnego ciśnienia roboczego strefy I przy Qmaxh dla obu stref, 15 – linia ciśnienia przy Qmaxh+Qppo dla strefy I,
16 – linia maksymalnego ciśnienia hydrostatycznego dla strefy II, 17 – linia minimalnego ciśnienia roboczego dla strefy II przy Qmaxh, 18 – linia ciśnienia przy Qmaxh+Qppo dla strefy II

5.3 Zasady wyznaczania pojemności zbiorników

 
    Pojemność zbiornika wodociągowego zależy od wielu czynników, w tym:
- miejsca lokalizacji zbiornika
- wydajności wodociągu
- nierównomierności rozbioru wody w sieci
- konstrukcji pomp i możliwości dostosowania ich pracy do charakterystyki sieci
- konstrukcji samego zbiornika
- wymaganego czasu przechowywania wody w zbiorniku
  Pojemność zbiorników oblicza się na podstawie bilansu wody dopływajacej i odpływającej ze zbiornika, zwykle w cyklu dobowym, stąd obliczenia prowadzi się w oparciu o maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę Qdmax.  Poniżej zostanie omówiona metoda obliczania zbiorników sieciowych.
 
Pojemność zbiornika sieciowego można wyznaczyć ze wzoru:
 
                                                            Vu = Vw + Vs + Vm
gdzie:
 
Vw - pojemność wyrównawcza w m3
Vs - pojemność asekuracyjna na wypadek pożaru lub awarii w sieci
Vm - pojemność wartwa
 
Pojemność wyrównawcza - wyznaczana jest zwykle metodą analityczną na podstawie harmonogramu pracy zbiornika i zużycia godzinowego wody w danej jednostce osadniczej. Przy pracy pomp 24 godzinnej dopływ wody do zbiornika jest stały, zmienia się tylko jej rozbiór. Sumując te różnice otrzymujemy harmonogram dobowej pracy zbiornika. Na poniższym przykładzie największa pojemność użytkową uzyskujemy między godziną 4-5 nad ranem, kiedy pojemność zbiornika wynosi 14,97% Qdmax. Jeśli założymy inną pracę pomp, np. 20 godzinną, to zmieni się rozkład dostawy wody do zbiornika i jego pojemność użytkowa ulegnie zmianie. Zobacz Tabela 2.
 
Tabela 1 Harmonogram pracy zbiornika przy 24 godzinnej pracy pomp.
Godzina
Rozbiór wody
Dostawa wody
Przybywa do zbiornika
Ubywa ze zbiornika
Pojemność zbiornika
od-do
%
%
%
%
%
0-1
1,40
4,17
2,77
 
5,40
1-2
1,20
4,17
2,97
 
8,37
2-3
1,20
4,16
2,96
 
11,33
3-4
1,20
4,17
2,97
 
14,30
4-5
3,50
4,17
0,67
 
14,97
5-6
4,20
4,16
 
0,04
14,93
6-7
6,10
4,17
 
1,93
13,00
7-8
6,40
4,17
 
2,23
10,77
8-9
3,80
4,16
0,36
 
11,13
9-10
4,40
4,17
 
0,23
10,90
10-11
5,10
4,17
 
0,93
9,97
11-12
5,40
4,16
 
1,24
8,7
12-13
5,30
4,17
 
1,13
7,60
13-14
5,40
4,17
 
1,23
6,37
14-15
3,90
4,16
0,26
 
6,63
15-16
3,60
4,17
0,57
 
7,20
16-17
3,40
4,17
0,77
 
7,97
17-18
5,30
4,16
 
1,14
6,83
18-19
6,00
4,17
 
1,83
5,00
19-20
6,60
4,17
 
2,43
2,57
20-21
6,50
4,16
 
2,34
0,23
21-22
4,40
4,17
 
0,23
0,00
22-23
3,20
4,17
0,97
 
0,97
23-24
2,50
4,16
1,66
 
2,63
suma
100,00
100,00
16,93
16,93
-
 
Tabela 2 Harmonogram pracy zbiornika przy 20 godzinnej pracy pomp.
 Do obliczeń przyjmuje się godzinę największej zgromadzonej  pojemności zbiornika w % dobowego rozbioru i mnoży się ją przez Qdmax. Pojemność oblicza się ze wzoru:
 
                                                            Vu = 0,01· %max · Qdmax   
gdzie: 0,01 - przelicznik procentowy
         
Pojemność wyrównawczą zbiornika można tez wyznaczyć graficznie metoda krzywych sumowych lub metoda słupkową.
Metoda słupkowa - Rozbiór i dostawę wody w poszczególnych godzinach doby przedstawia się w postaci wykresów. Różnice tych wykresów określają wielkości dopływu i odpływu wody do bądź ze zbiornika. Po obliczeniu powierzchni zakreskowanych (+ i −) otrzymuje się pojemność użytkową zbiornika w procentach rozbioru dobowego (jak analitycznie).
 wodoc31.jpg
Rys. 1 Metoda słupkowa - wykres sporządzony według tabeli 2. Po zsumowaniu wartości dodatnich i ujemnych otrzymuje się procent dobowego zużycia wody.
 
Metoda krzywych sumowych - polega ona na sporządzeniu w jednym układzie współrzędnych krzywych sumarycznego zużycia i dostawy wody do zbiornika,  następnie odczytania maksymalnej różnicy rzędnych jako %Qdmax. Przykład wykresu krzywych sumowych poniżej.
Krzywą sumaryczną rozbioru wody wykreśla się poprzez odłożenie w danej skali sumy (w procentach) pobieranej
wody przypadającej na każdą godzinę, licząc od początku doby do danej godziny. Odkładane w tej samej skali sumy
ilości wody tłoczonej przez pompy o każdej godzinie dadzą wykres w postaci linii prostej AB, jeżeli pompy pracują 24
h/d (rys. 2A), lub linii łamanej CDE (rys. 2B), jeżeli pompy pracują krócej niż 24 h/d. Odcinek CD (rys. 2A) − postój
pomp w godzinach 0−4. Jeżeli na wykresie linia sumarycznego rozbioru wody znajduje się nad linią sumarycznej jej
dostawy oznacza to, że suma ilości wody dostarczonej jest mniejsza niż suma ilości wody pobranej. Przesuwa się linię
dostawy wody równolegle do góry tak, aby cała linia znalazła się powyżej sumarycznej krzywej rozbioru i była do niej
styczna przynajmniej w jednym punkcie.
W rozpatrywanych przykładach linia A’B’ (rys. 2A) ma z krzywą rozbioru punkt styczny S o godz. 20; na rysunku
2B wspólny punkt przypada na godz. 7. Oznacza to, że w tych godzinach zbiornik jest pusty (zużyto tyle wody ile
dostarczono). Największa odległość pionowa między obu wykresami określa wielkość (w procentach) potrzebnej
pojemności użytkowej zbiornika: jest to odcinek ab (rys. 2A) odpowiadający godz. 4. W przypadku 20-godzinnej pracy
3
pomp pompy napełniają zbiornik w godzinach 4−24 do pojemności odpowiadającej odcinkowi EE’ w godz. 24, od
której zaczyna się opróżnianie zbiornika aż do godz. 7 (rys. 2B).
wodoc09.gif
Rys.2 Metoda krzywych sumowych, A- dla 24 godz. pracy pomp, B- dla 20 godz. pracy pomp. Na podstawie tabeli 2.
 
Pojemność na potrzeby pożaru - wyznacza się na podstawie Rozporządzenia Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji (Dz.U. 2003 nr 121, poz.1139- Tabela 1 poniżej)
 
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});