Bài tập thiết kế mạng lưới cấp nước

Tính toán lưu lượng dọc đường cho các đoạn ống trong mạng lưới .... Phân tích lựa ch n mọ ạng lướ ấp nưới cc Tùy theo mức độ yêu cầu về độ an toàn cấp nước của các đối tượng dùng nước, m

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA MÔI TRƯỜNG

MỤC LỤC

I Thiết kế mạng lưới cấp nước 1

1.1 Cơ sở thiết kế 1

1.2 Phân tích lựa ch n mọ ạng lướ ấp nưới c c 1

1.3 Xác định nhu cầu dùng nước 2

1.3.1 Nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt 2

1.3.2 Lưu lượng nước cấp cho các công trình công cộng 2

1.3.3 Lưu lượng nước tưới cây, rửa đường 2

1.3.4 Nước cho tiểu thủ công nghiệp và công nghiệp địa phương 2

1.4 Công suất hữu ích 2

1.4.1 Công suất của trạm bơm cấp II khi phát vào mạng lưới cấp nước 3

1.4.2 Lưu lượng nước rò rỉ và dự phòng 3

1.4.3 Công suất trạm xử lý 3

1.4.4 Chế độ tiêu thụ nước 3

1.5 Xác định dung tích đài nước 6

1.5.1 Dung tích đài nướ 7 c 1.5.2 Tính toán sơ bộ kích thước đài nướ 7 c 1.6 Xác định dung tích bể chứ 8 a II Tính toán thiết kế mạng lưới cấp nước 9

2.1 Vạch tuyến mạng lưới cấp nước 9

2.2 Tính toán thủy lực phương án mạng vòng, h n h p ỗ ợ 10

2.2.1 Tính toán mạng lưới trong giờ dùng nướ ớc l n nh t ấ 10

2.2.2 Tính toán lưu lượng dọc đường cho các đoạn ống trong mạng lưới 11

III Tính toán mạng lưới thoát nướt 17

3.1 Xác định lưu lượng nước thải 17

3.2 Diện tích các khu đất 17

3.3 Lưu lượng tính toán 18

3.4 Tính toán th y lủ ực 19

1

I Thiết kế mạng lưới cấp nước

1.1 Cơ sở thiết kế

Diện tích khu dự án: 996 ha

Dân số năm 2022 : 401700 người

Tiêu chuẩn cấp nước là: qtc = 180 (l/người/ngày đêm)

1.2 Phân tích lựa ch n mọ ạng lướ ấp nưới c c

Tùy theo mức độ yêu cầu về độ an toàn cấp nước của các đối tượng dùng nước, mà khi thiết kế mạng lưới cấp nước có thể lựa chọn các mạng lưới cấp nước khác nhau Mạng lưới cụt : Là loại mạng lưới chỉ có thể cấp nước cho các điểm theo một hướng nhất định và kết thúc tại các đầu mút của các tuyến ống

Ưu điểm: tính toán dễ dàng, chi phí xây dựng ít Dễ phát hiện ra chỗ hư hỏng khi có sự cố xảy ra

Nhược điểm: cấp nước không an toàn, khi có một đường ống gặp sự cố thì các thì toàn khu vực phía sau nó không được cấp nước

Mạng lưới cụt chỉ được phép áp dụng trong các trường hợp sau đây : Cấp nước sản xuất khi được phép dùng để sữa chữa

Cấp nước sinh hoạt khi đường kính không lớn hơn 100 mm

Cấp nước chữa cháy khi chiều dài không quá 300 m

Mạng lưới vòng : là loại mạng lưới có đường kính ống khép kín mà trên đó tại mọi điểm có thể cấp nước từ hai hay nhiều phía Mạng lưới vòng sử dụng cho các công trình đòi hỏi cấp nước liên tục

Ưu điểm: cấp nước an toàn vì khi trên mạng lưới có chỗ nào đó bị hỏng thì các đoạn ống sau vẫn có nước

Nhược điểm:

Mạng lưới vòng gồm nhiều vòng khép kín nên số lượng đường ống nhiều hơn, tính toán phức tạp hơn

Quản lý mạng và phát hiện chỗ hư hỏng khó khăn hơn

Căn cứ vào khu vực cấp nước mức độ yêu cầu cấp nước của khu dân cư ta chọn phương án mạng lưới vòng

1.3 Xác đị nh nhu cầu dùng nước

1.3.1 Nhu cầu dùng nước cho sinh ho t ạ

Theo TCXDVN 33- 2006:

Lưu lượng trung bình cấp nước cho khu dân cư:

Qtbsh=N∗qtc

1000 = 401700∗1801000 = 72306 (m3/ngđ) Trong đó:

N: dân số : N = 401700 người

qtc : tiêu chuẩn dùng nước theo qui hoạch là qtc = 180 (l/ng.ngđ)

Lưu lượng nước sinh hoạt cho ngày dùng nước lớn nhất:

Qshngày max = Qshngày TB x Kngày max = 72306 x 1.2 = 86767.2 (m3/ngd) Trong đó:

Kng.max: hệ số dùng nước không điều hòa ngày Thông thường Kng.max = 1.2 ÷ 1.4 (theo TCVN 33-2006) Ta ch n ọ Kng.max = 1.2

1.3.2 Lưu lượng nước cấp cho các công trình công cộng

Do các công trình n m rãi rác trong ằ đô thị ớ v i quy mô khác nhau và không có s ố liệu

cụ thể, theo TCXDVN 33 2006 : –

QCTCC = (10 ÷20) 100 Qshngày max = 15% Qshngày max = 15% x 86767.2 = 13015.08 (m3/ngđ)

1.3.3 Lưu lượng nước tưới cây, rửa đường

Lưu lượng nước cho tưới cây

Tổng diện tích cây xanh : F = 32.6 (ha)

Tiêu chuẩn dùng nước cho 1 lần tưới : qtc = 3-4 (l/m2) Chọn qtc = 3(l/m ) 2

Qtưới = qtc ∗F

1000 = 3∗32.6∗10000

1000 = 978 (m3/ngđ)

Lưu lượng nước cho rửa đường

Tiêu chuẩn dùng nước cho 1 lần rửa : qtc = 0.3-0.4 (l/m2) Chọn qtc = 0.3(l/m ) 2

Qrửa = qtc ∗F

1000 = 0.3∗67∗100001000 = 201 (m3/ngđ)

1.3.4 Nước cho tiểu thủ công nghiệp và công nghiệp địa phương

QTTCN = 10% Qshngày max = 86767.2 × 10% = 8676.7 (m3/ngđ)

1.4 Công suất hữu ích

Qhi = Qshngày max + Qrửa đường + Qtưới cây + QCTCC+ QTTCN

86767.2 + 201 + 978 13015.08 + 8676.7 109637.98 = + = (m3/ngđ)

1.4.2 Lưu lượng nước rò rỉ và dự phòng

công

nghiệp

nước

phát vào

mạng lưới cấp nước

%Qsh

0-1 1.5 1084.59 1193.05 542.295 456.826 361.529 3276.76 1.8505711-2 1.5 1084.59 1193.05 542.295 456.826 361.529 3276.76 1.8505712-3 1.5 1084.59 1193.05 542.295 456.826 361.529 3276.76 1.8505713-4 1.5 1084.59 1193.05 542.295 456.826 361.529 3276.76 1.8505714-5 2.5 1807.65 1988.42 542.295 456.826 361.529 4795.19 2.7081125-6 3.5 2530.71 2783.78 244.5 542.295 456.826 361.529 6558.11 3.7037356-7 4.5 3253.77 3579.15 244.5 542.295 456.826 361.529 8076.54 4.5612767-8 5.5 3976.83 4374.51 542.295 456.826 361.529 9350.46 5.2807348-9 5.5 3976.83 4374.51 33.5 542.295 456.826 361.529 9383.96 5.2996539-10 5 3615.3 3976.83 33.5 542.295 456.826 361.529 8624.75 4.87088310-11 6.25 4519.125 4971.04 33.5 542.295 456.826 361.529 10522.8 5.94280911-12 6.25 4519.125 4971.04 33.5 542.295 456.826 361.529 10522.8 5.94280912-13 5 3615.3 3976.83 33.5 542.295 456.826 361.529 8624.75 4.87088313-14 5 3615.3 3976.83 33.5 542.295 456.826 361.529 8624.75 4.87088314-15 5.5 3976.83 4374.51 33.5 542.295 456.826 361.529 9383.96 5.29965315-16 6 4338.36 4772.2 33.5 542.295 456.826 361.529 10143.2 5.72842416-17 6 4338.36 4772.2 542.295 456.826 361.529 10109.7 5.70950417-18 6.25 4519.125 4971.04 244.5 542.295 456.826 361.529 10733.8 6.06197318-19 6.25 4519.125 4971.04 244.5 542.295 456.826 361.529 10733.8 6.06197319-20 4.5 3253.77 3579.15 542.295 456.826 361.529 7832.04 4.42319320-21 4 2892.24 3181.46 542.295 456.826 361.529 7072.82 3.99442321-22 3 2169.18 2386.1 542.295 456.826 361.529 5554.4 3.13688222-23 2 1446.12 1590.73 542.295 456.826 361.529 4035.97 2.27934123-24 1.5 1084.59 1193.05 542.295 456.826 361.529 3276.76 1.850571

Lưu lượng nước ăn uống

sinh hoạt Nước tưới

Bảng 1 B ng tiêu thả ụ nước trong ngày quận Đống Đa

5

1.85 1.85 1.85 1.85

2.71 3.70 4.56

5.28 5.30 4.87 5.94 5.94

4.87 4.87 5.30 5.73 5.71 6.06 6.06

4.42 3.99 3.14 2.28

1.5 Xác định dung tích đài nước

Dựa vào biểu đồ có bậc thang đã được lập, chọn chế độ làm việc của trạm bơm cấp

II dựa trên nguyên tắc: Đường làm việc của trạm bơm cấp II bám sát đường tiêu thụ nước và theo chế độ ít bậc nhất

Khi có nhiều máy bơm cùng làm việc thì các hệ số hoạt động đồng thời của các máy bơm như sau:

2 bơm làm việc đồng thời: α = 0.9

3 bơm làm việc đồng thời: α = 0.88

4 bơm làm việc đồng thời: α = 0.85

Ta có trạm bơm cấp I bơm điều hòa suốt ngày đêm

Ta có trạm bơm cấp II làm việc theo:

Căn cứ vào biểu đồ tiêu thụ nước ta có thể chọn chế độ 2 cấp bơm trong trạm bơm cấp II như sau:

2 bơm làm việc song song:

Bảng 2: Bảng xác định dung tích điều hòa của đài nước

1.5.1 Dung tích đài nước

Dung tích đài nước tính theo công thức:

Wđ = Qsh x a (m3) Trong đó:

Wđh: dung tích điều hòa của đài nước Theo bảng 1, tính được dung tích điều hòa lớn nh t cấ ủa đài là: Wđh = 79536.6 (m3)

Wcc : dung tích nước chữa cháy cho 10 phút đầu

Wcc = qcc × n × × 10 60

1000 = 0,6 × n × qcc (m3) Trong đó:

qcc: tiêu chu n chẩ ữa cháy

n: số đám cháy xảy ra đồng th i ờ

(Tra b ng 12 M c 10.3 TCVN 2622: 1995 phòng cháy ch a cháy cho nhà và ả – ụ – – ữcông trình yêu c u thi t k ) – ầ ế ế

Ta có: s dân Nố 1 = 401700 người > 25000 người

Số đám cháy trong cùng một thời gian: n =2

Giả s khu v c có nhà xây h n h p các lo i t ng không phử ự ỗ ợ ạ ầ ụ thuộc vào b c ch u l a ậ ị ử

qcc = 30 (l/s)

Số đám cháy trong cùng một thời gian: n = 2 và q = 30 (l/s) cc

Wcc = 0,6 × n × qcc (KVI) = 0,6 × 2 × 30 = 36 (m3)

Vậy: Wđ = 79536.6 + 36 = 79572.6 = 79573 (m3)

1.5.2 Tính toán sơ bộ kích thước đài nướ c

Ta chọn chiều cao đài sơ bộ là Hđài = 10m

Tiết diện đài nước:

Vậy: Dđài = 101m và Hđài = 10.5m (thêm 0,5m chiều cao bảo vệ)

Chọn chiều cao chân đài = 0 m, đài có cốt mặt đất = 5 m 5

Tổng chiều cao mực nước trong đài = 50 + 5 + 10 = 65 m

9

Bảng 3 : Bảng xác định dung tích điều hòa của bể chứa

Theo b ng 3ả , dung tích điều hòa l n nh t c a bớ ấ ủ ể chứa là 13.42% Q TR

Thể tích c a bủ ể chứa:

Wbc = Wđh + Wcc + Wbt (m3) Trong đó:

Wđh: dung tích điều hòa của bể chứa (m3), Wđh = 79536.6 (m3)

Wcc: dung tích dự trữ cho ch a cháy c a pham vi thi t kữ ủ ế ế trong 3 giờ liền (m3),

Wcc = 10,8 × n × qcc (m3)

Trong đó:

qcc: tiêu chu n chẩ ữa cháy

n: số đám cháy xảy ra đồng th ời

Wcc = 10,8 × n × qcc (KVI) = 10,8 × 2 × 30 = 648 (m3)

Wbt: lượng nước dự trữ cho bản thân tr m x lí (mạ ử 3)

Wbt = 7% QTR = 7% × 130000 9100 (m= 3)

Wbc = 79536.6 + 648 + 9100 = 89284.6 (m3) l y tròn 89285 mấ 3

Chọn chi u cao b 9,5m; chi u r ng 30m; chi u dài 55m; chi u cao b o về ể ề ộ ề ề ả ệ 0,5m

II Tính toán thiết kế mạng lưới cấp nước

2.1 Vạch tuyến mạng lưới cấp nước

Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới cấp nước:

Mạng lưới cấp nước phải bao trùm tới tất cả các điểm dùng nước trong đô thị Các tuyến ống chính phải kéo dài theo hướng vận chuyển chính của mạng lưới (theo hướng phát triển của thị trấn)

Các tuyến ống chính phải được liên hệ với nhau bằng các ống nối, tạo thành các vòng khép kín liên tục Các vòng cũng nên có hình dạng kéo dài theo hướng vận chuyển chính của mạng lưới

Các tuyến ống chính phải bố trí sao cho ít quanh co gấp khúc, có chiều dài ngắn nhất và nước chảy thuận tiện nhất

Các đường ống ít phải vượt qua các chướng ngại vật

Khi vạch tuyến mạng lưới cấp nước phải có sự liên hệ chặt chẽ với việc bố trí và xây dựng các công trình kỹ thuật ngầm khác

Kết hợp chặt chẽ giữa hiện tại và phát triển trong tương lai của khu vực Vạch tuyến mạng lưới cấp nước:

Dựa trên nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới cấp nước ở trên, tiến hành vạch tuyến mạng lưới cấp nước với 2 phương án

Phương án 1 : Sử dụng mạng lướ ấp nưới c c d ng c t ạ ụ

Ưu điểm :

Tổng chi u dài toàn mề ạng lưới ngắn

Công vi c thi t kệ ế ế, xây d ng, quự ản lý đơn giản và kinh tế

Do khó xác định được chiều nước chảy nên khó tính toán thiết kế

Tổng chiều dài đường ng l n dố ớ ẫn đến chi phí đầu tư xây dựng cũng như chi phí quản lý mạng lưới cao

Do quy mô dân s , di n tích cố ệ ủa quận khá r ng l n,, dân sộ ớ ố cũng đông nên yêu cầu cấp nước liên t c, quụ ận Đống Đa, đô thị ại II, và đả lo m b o an toàn nên ta ảchọn mạng lướ ấp nưới c c d ng h n h p Tuy nhiên, t ng chi u dài l n ạ ỗ ợ ổ ề ớ

2.2 T ính toán thủy lực phương án mạng vòng, h n h p ỗ ợ

2.2.1 Tính toán mạng lưới trong gi ờ dùng nướ ớ c l n nh t ấ

Chiều dài tính toán: L = m × L tt t.tế

Trong đó:

M: hệ số kể đến mức độ phục vụ của đoạ ống ( m≤1)n

m = 0.5 khi cấp nước cho 1 phía

m = 1 khi cấp nước cho 2 phía

m = 0 khi đoạ ốn ng qua sông hay làm nhi m vệ ụ truyề ản t i

11

(chiều dài thực tế)

m ( hệ số kể đến mức độ

Bảng 4: Chi u dài tính toán c a m ng vòng ề ủ ạ

2.2.2 Tính toán lưu lượ ng dọc đường cho các đoạn ống trong mạng lưới

Xác định lưu lượng đơn vị:

qdv=Qdd

∑ l tt (l/s.m)

Qdd = Qvào – Qttr (l/s)Trong đó:

qdv : Lưu lượng đơn vị dọc đường (l/s.m)

Qdd : Tổng lưu lượng dọc đường của mạng lưới (l/s)

Qvào: Tổng lưu lượng tiêu thụ của mạng lưới (l/s)

Qttr: Tổng lượng nước lấy ra từ các điểm tập trung trên mạng lưới (l/s)

Ta có lưu lượng cấp nước cho khu công nghiệp là lưu lượng tập trung: Lưu lượng nước tập trung của khu công nghiệp trong giờ dùng nước lớn nhất, do KDC không có khu công nghiệp tập trung nên Qcntt = 0 (l/s)

Q dọc đường đơn

vị = Qvào/ Tổng Ltt

Kết quả tính toán th y l ủ ực mạng lưới

Tính toán thu l c mỷ ự ạng lưới bằng ph n m m epanet 2.0 ầ ề

Nhập các thông số như trên vào Epanet, chạy Epanet và điều chỉnh ta có kết quả tính toán thu l c giỷ ự ờ dùng nước max

Tank D.nuoc1 #N/A 3.46 10.2 10.2

Pump Bom1 #N/A 806.04 0 14.01 0

Pump Bom2 #N/A 806.04 0 14.01 0

Bảng 7 Thông số đoạ ốn ng giờ dùng nướ ớc l n nh t ấ

Resvr Bechua1 #N/A -1695.39 0 0

Tank D.nuoc1 #N/A 1.75 10.18 10.18

Bảng 8 Thông số đoạ ốn ng giờ dùng nướ ớc l n nh t có cháy ấ

Pump Bom1 #N/A 847.7 0 -11.26 0

Pump Bom2 #N/A 847.7 0 -11.26 0

17

III Tính toán mạng lưới thoát nướt

3.1 Xác định lưu lượng nước thải

Dân số: 401700 người

Diện tích: 996 ha

Mật độ dân số: P = 403.313 người/ha

Tiêu chuẩn thoát nước: n = 180 l/người ngày.o

Mô đun lưu lượng:

qo = q x P

24 3600 x (l/s.ha)

P : mật độ dân số (người/km2)

Tính toán th y l c hủ ự ệ thống thoát nước sinh hoạt

Hệ số không điều hòa Kc tra b ng 2-3 trang 23 b ng cách n i suy ả ằ ộ

Modun

lưu

lượng (l/s.ha)

Lưu lượng Tb từ các tiểu khu

Tổng cộng

Hệ s ố

không điều hòa Lưu lượng (l/s)

Đoạn

cống

Dọc đường Cạnh sườn

Dọc đường Cạnh sườn Chuyển qua

Tiểu khu Lưu lượng tập trung Cục

bộ Chuyể qua

Cao độ h/d h

TXL 152.90 237.74 400.00 0.003 0.80 0.70 0.28 0.38 2.30 2.00 0.53 0.14 0.25 -0.14