Нормы водопотребления и определение расчетных расходов

Нормы водопотребления. При проектировании систем водоснабжения одной из первоочередных задач является определение необходимого потребителю количества воды, для чего нужны сведения о количестве всех потребителей, получающих воду от рассчитываемой системы водоснабжения, и нормы водопотребления для них.

В городах и поселках, как правило, устраивается объединенная хозяйственно-противопожарная система водоснабжения. Этой же системой подается вода на хозяйственно-питьевые нужды промышленных предприятий, расположенных в черте города, а также на производственные нужды предприятий, потребляющих воду питьевого качества в силу технологической необходимости или экономической целесообразности.

При отсутствии самостоятельной системы поливного водопровода (вследствие невозможности ее устройства или экономической неэффективности) вода для мойки улиц и полива зеленых насаждений подается также объединенной системой.

При проектировании системы водоснабжения промышленной зоны или отдельного объекта, которые не имеют связи с городским водопроводом, необходимо учесть все виды потребления воды, существующие на их территории.

Эти системы рассчитываются самостоятельно. Необходимость устройства таких систем определяется из условия технологической, экономической и экологической целесообразности, а также требований рационального использования водных ресурсов.

Расчетный расход воды каждого из потребителей определяется на основе норм, получаемых путем обработки статистических данных о фактическом потреблении или технологическим расчетом. Характерным примером этого могут являться промышленные объекты нефтегазового комплекса РФ, в том числе ОАО «Газпром». При всем разнообразии процессов на предприятиях нефтегазового комплекса направления использования воды являются практически аналогичными городскому водопроводу. Вода используется для производственных и хозяйственно-бытовых нужд, а специфической особенностью является широкое использование в технологических процессах добычи, подготовки, переработки, транспортировки и хранения газа.

Вода как базовый компонент необходима для приготовления солянокислых растворов, используемых при обработке скважин для интенсификации притока газа, растворов реагентов и антифриза, используется для охлаждения подшипников насосов, компрессоров, теплообменной аппаратуры, газоперекачивающих агрегатов и для многих других целей.

Общий расход воды на нужды населения пропорционален числу жителей в населенном пункте, для которого строится система водоснабжения, а также расходу воды на хозяйственно-питьевые нужды, приходящемуся на одного жителя, т.е. норме водопотребления.

Норма водопотребления (или удельное водопотребление) учитывает количество воды, потребляемое одним человеком в сутки на хозяйственно-питьевые нужды не только в жилых домах, но и в общественных зданиях, за исключением расхода воды в домах отдыха, санаториях, детских лагерях и т.п. Также она зависит от степени благоустройства зданий и местных климатических условий.

В настоящее время СНиП 2.04.02-84* (Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) предусмотрены следующие расчетные среднесуточные расходы на хозяйственно-питьевые нужды на одного жителя.

Нормы хозяйственно-питьевого потребления воды

Степень благоустройства районов жилой застройки	Нормы хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных пунктов на одного жителя (среднесуточные за год), л/сут
Застройка зданиями, оборудованными внутренним водопроводом и канализацией, без ванн	125-160
То же, с ваннами и местными водонагревателями	160-230
То же, с централизованным горячим водоснабжением	230-350

Для районов, где водопользование предусмотрено из водозаборных колонок, среднесуточная (за год) норма водопотребления на одного жителя принимается равной 30-50 л/сут.

Выбор нормы водопотребления в указанных диапазонах производится с учетом природно-климатических условий, мощности источника водоснабжения, уклада жизни населения и других местных условий.

Выбирая норму водопотребления, необходимо предусматривать мероприятия по сокращению утечек в системе и нерационального использования воды в зданиях, к которым следует отнести организацию зонирования системы, улучшение ее эксплуатации, регулирование давления и т.п.

Расход воды на предприятия состоит из производственных, хозяйственно-бытовых и душевых.

Расход воды на производственные (технологические) нужды зависит от вида производства, принятого технологического процесса, вида системы водоснабжения, качества воды и т.д. Он определяется по удельным нормам водопотребления на единицу продукции, которые задаются на основе технологических расчетов той или иной отрасли промышленности, а также из условий применения наиболее прогрессивных технологий, предусматривающих маловодные процессы, устройство оборотных и замкнутых систем водоснабжения.

В соответствии с существующими нормами расход воды на хозяйственно-питьевые нужды рабочих во время их пребывания на производстве учитывается дополнительно к тем хозяйственно-питьевым расходам, которые рассматривались выше: в цехах со значительным тепловыделением — 45 л, а в остальных цехах —25 л на каждого работающего в смену. Помимо этого, на производствах, связанных с необходимостью принятия душа, должен быть предусмотрен расход воды из расчета 500 л/ч на одну душевую сетку в течение 45 мин.

Расход воды на поливку и мойку улиц и площадей, а также на поливку зеленых насаждений зависит от размеров поливаемых площадей, способа поливки, типа покрытий и т.п. В СНиП 2.04.02 — 84* предусмотрены следующие удельные нормы расхода воды» л/м² на одну мойку или на одну поливку.

Нормы расходования воды на полив территории

Назначение воды	Единица измерения	Норма расхода, л/м2
Механизированная мойка усовершенствованных покрытий проездов и площадей	1 мойка	1,2-1,5
Механизированная поливка усовершенствованных покрытий проездов и площадей	1 поливка	0,3-0,4
Поливка вручную (из шланга) усовершенствованных покрытий тротуаров и проездов	1 поливка	0,4-0,5
Поливка городских зеленых насаждений	1 поливка	3-4
Поливка газонов и цветников	1 поливка	4-6

При отсутствии данных о площадях по видам благоустройства удельное среднесуточное за поливочный сезон потребление воды принимается равным 50-90 л/сут в расчете на одного жителя. При назначении нормы поливки учитываются климатические условия, мощность источника водоснабжения, степень благоустройства населенных пунктов и другие местные условия. Число поливок в зависимости от климата принимается 1-2 в сутки.

Расход воды для тушения пожара определяют по нормативным документам (СНиП 2.04.02-84*), составленным на основании обработки статистических данных о фактических расходах воды при тушении пожаров на различных объектах. Нормы расходования воды на пожаротушение зависят от численности населения и характера застройки.

Нормы расходования воды на нужды пожаротушения в населенных пунктах

Число жителей в населенном пункте, тыс. чел.	Расчетное число одновременных пожаров	Расход воды, л/с, на один пожар независимо от огнестойкости зданий при высоте застройки
		до двух этажей включительно	три этажа и более
5	1	10	10
10	I	10	15
25	2	10	15
50	2	20	25
100	2	25	35
200	3	-	40
300	3	-	55
400	3	-	70
500	3	-	80
600	3	-	85
700	3	-	90
800	3	-	95
1000	3	-	100
2000	4	-	100

Продолжительность тушения пожара принимается равной 3 ч. Расход воды для наружного пожаротушения в производственных зданиях с фонарями и в зданиях шириной до 60 м без фонарей зависит от объема здания, степени огнестойкости его строительных конструкций, а также категории пожарной опасности производства, размещенного в здании.

Нормы расходования воды на пожаротушение предприятий при ширине производственных зданий до 60 м

Степень огнестойкости зданий	Категория производства по пожарной опасности	Расход воды, л/с, на наружное пожаротушение (на один пожар при объеме зданий, тыс. м3)
		до 3	3-5	5-20	20-50	50-200	200-400	более 400
I и II	Г,Д	10	10	10	10	15	20	25
	А, Б, В	10	10	15	20	30	35	40
III	Г,Д	10	10	15	25	—	—	—
	В	10	15	20	30	—	—	—
	Г,Д	10	15	20	30	—	—	—
IV и V	В	15	20	25	40	—	—	-

Нормы расхода воды для наружного пожаротушения в производственных зданиях без фонарей шириной 60 м и более имеет некоторые отличия.

Нормы расходования воды на пожаротушение предприятий при ширине производственных зданий от 60 м и более

Степень огнестойкости зданий	Категория производства по пожарной опасности	Расход воды, л/с, на наружное пожаротушение (на один пожар при объеме зданий, тыс. м3)
		до 50	50-100	100-200	200-300	300-400	400-500	500-600	600-700	700-800
I и II	А, Б, В	20	30	40	50	60	70	80	90	100
	Г, Д, Е	10	15	20	25	30	35	40	45	50

Расчетное число одновременных пожаров для объединенного противопожарного водопровода населенного пункта и промышленного предприятия или сельскохозяйственного производственного комплекса, расположенных вне населенного пункта, принимается в зависимости от площади, занимаемой предприятием, и числа жителей в населенном пункте.

Расчетное число одновременных пожаров

Площадь предприятия, га	Число жителей в населенном пункте, тыс. чел.	Число одновременных, пожаров
Менее 150	До 10	1*
	От 10 до 25	2**
Более 150	Менее 25	2*

** Один на предприятии и один в населенном пункте^* На предприятии или в населенном пункте — по наибольшему расходу.

При нескольких промышленных предприятиях и одном населенном пункте расчетное число одновременных пожаров принимается по согласованию с органами Государственного пожарного надзора. Расчетный расход на пожаротушение должен быть обеспечен при наибольшем расходе на другие нужды.

Максимальный срок восстановления неприкосновенного противопожарного расхода, хранящегося в резервуарах, составляет 1-3 сут. в зависимости от категории объекта по пожарной опасности.

Определение расчетных расходов воды. Режим потребления воды населением на хозяйственно-питьевые нужды является в значительной мере случайным и мало поддающимся управлению процессом. Поэтому для возможности получения достаточно точного и экономичного проектного решения системы водоснабжения необходимо знать расчетные графики потребления воды населением.

Потребление воды на хозяйственно-питьевые нужды неравномерно как в течение года, так и в течение суток. Наблюдаются изменения расхода: сезонные, вызванные изменением температуры и влажности воздуха; недельные, обусловленные особенностями жизнедеятельности людей в различные дни недели, а также суточные, Последние характеризуются неравномерностью потребления воды в отдельные часы суток, что в значительной мере зависит от степени благоустройства и изменения давления в водопроводной сети.

Изменение часовых расходов может вызываться и такими случайными факторами, как показ популярных телепрограмм, спортивных мероприятий и т.п. Значительное влияние на режим водопотребления оказывает социальный и демографический состав населения.

Для получения графиков водопотребления необходим ряд наблюдений за потреблением воды в населенных пунктах, близких по численности населения, климатическим условиям, санитарно-техническому благоустройству районов жилой застройки и демографическому составу.

Прогноз режима водопотребления необходим для определения таких величин, как водопотребление, регулирующие объемы воды в емкостях, затраты энергии на транспортирование воды и др. Он должен служить основой для решения задач управления: оптимального распределения нагрузок между источниками питания, выбора работающих агрегатов и т.п. Необходимо отметить, что разработать графики, адекватно отражающие водопотребление рассматриваемого объекта, весьма сложно и трудоемко.

На практике это приводит к необходимости использования приближенных графиков, степень упрощения которых зависит от характерных особенностей и требований проектирования и эксплуатации.

На основании данных о нормах водопотребления, сведений о расчетном числе жителей и потребности в воде промышленных предприятий, забирающих воду из городского водопровода, может быть определено полное среднее расчетное количество воды, которое должно быть подано городу в течение суток.

На хозяйственно-питьевые и бытовые нужды населения средние суточные расходы воды Q, м³/сут, определяются как Q=q_срN

где q_cр — средний за год расчетный расход воды на одного жителя, принимаемый в соответствии е действующими СНиП; N—расчетное число жителей.

Расчетные объемы водопотребления промышленных объектов определяются на основании технологических расчетов.

Определенные среднесуточные расходы водопотребления могут служить только в качестве общего показателя потребности в воде. В действительности суточные расходы воды в значительной мере зависят от сезона года, климатических изменений, дней недели.

Согласно установленным канонам система водоснабжения должна удовлетворять потребности населения в воде в любые сутки, в том числе в сутки наибольшего (максимального) водопотребления.

Суточная неравномерность потребления воды характеризуется коэффициентами суточной неравномерности К_max^сут и К_min^сут Максимальный коэффициент суточной неравномерности представляет собой отношение суточного расхода в дни наибольшего водопотребления к среднему суточному расходу за год Q:

К_max^сут = Q_max^сут / Q

Минимальный коэффициент суточной неравномерности К_min^сут — это отношение суточного расхода в дни наименьшего водопотребления Q_min^сут к среднему суточному расходу за год:

К_min^сут = Q_min^сут / Q

Эти коэффициенты, учитывающие уклад жизни населения, режим работы предприятий, степень благоустройства зданий, принимаются равными: К_max^сут = 1,1-1,3; К_min^сут =0,7 -0,9. Они получены в результате анализа неравномерности водопотребления в действующих водопроводах.

Максимальный суточный расход Q_max^сут = К_max^сут * Q является основным расходом, на который должна быть рассчитана система водоснабжения. Однако следует помнить, что потребление воды в течение суток также неравномерно. Степень неравномерности расходования воды зависит от числа жителей в населенном пункте, а также от благоустройства зданий, условий работы предприятий и других местных условий.

Режим водопотребления в течение суток определяется по результатам наблюдений за действующими системами водоснабжения. Они могут быть представлены в табличной, интегральной, аналитической или графической форме. На рисунке ниже приведен пример ступенчатого графика водопотребления, где по оси ординат отложены значения часового расхода воды в процентах от суточного расхода.

Часовая неравномерность потребления воды характеризуется максимальными коэффициентами часовой неравномерности К_max^час и К_min^час , равными:

К_max^час = Q_max^час / Q_ср^час

К_min^час = Q_min^час / Q_ср^час

Максимальный часовой расход для суток наибольшего водопотребления: Q_max^час = К_max^час * Q_max^сут /24

Ступенчатые графики потребления и подачи воды

1 — равномерная подача воды насосами насосной станции I подъема; 2 — неравномерное потребление воды по часам суток; 3 — неравномерная (двухступенчатая) работа насосов насосной станции II подъема

Минимальный часовой расход для суток наименьшего водопотребления: Q_min^час = К_min^час * Q_min^сут /24

По данным опыта работы эксплуатируемых городских водопроводов в СниП даны рекомендации для приближенного определения К_max^час и К_min^час по формулам:

К_max^час = α_maxβ_max

К_min^час = α_minβ_min

Коэффициент а учитывает степень благоустройства зданий, режим работы предприятий и другие местные условия. Он принимается равным:

α_max =1,2/1,4

α_min =0,4/0,6

Коэффициент β учитывает влияние численности населения объекта. С ростом населения неравномерность водопотребления уменьшается. Ниже приводятся значения коэффициентов β_max и β_min в зависимости от числа жителей N.

Значения коэффициентов βmах и βmin

N, тыс. чел.	ДО 0,1	0,15	0,2	0,3	0,5	0,75	1	1,5	2,5
βmах	4,5	4	3,5	3	2,5	2,2	2	1,8	1,6
βmin	0,01	0,01	0,02	0,03	0,05	0,07	0,1	0,1	0,1

N, тыс. чел.	4	6	10	20	50	100	300	1000 и более
Ртах	1,5	1,4	1,3	1,2	1,15	1,1	1,05	1
Pmin	0,2	0,25	0,4	0,5	0,6	0,7	0,85	1

Графики режима расходования воды, полученные по данным хозяйственно-питьевого водопотребления, не отражают в полной мере режим потребления воды населенным пунктом. Это вызвано тем, что из городской системы водоснабжения, помимо хозяйственно-питьевых расходов, отбирается вода на нужды промышленных предприятий, поливку и др, Обобщенный график расхода воды по часам суток необходимо строить с учетом всех этих расходов и вероятной степени их колебания в течение суток.

Потребление воды изменяется также в пределах каждого часа. Однако для упрощения расчетов этим фактором пренебрегают. Кроме того, развитие системы подачи и распределения воды по очередям дает возможность иметь некоторый резерв мощности системы, позволяющий обеспечивать увеличенную подачу воды в случае необходимости. Учитывая вышесказанное, расчетный секундный расход (л/с) в час максимального водопотребления будет равен: q_max = Q_max^час /3,6