Harmonogram přednášek pro LS šk.rok 2017/18. Vodárenství BP Ing. Tomáš Kučera, Ph.D.

Transkript

1 Vodárenství BP003 Přednášející: doc. Ing. Ladislav Tuhovčák, CSc. Ing. Tomáš Kučera, Ph.D. Harmonogram přednášek pro LS šk.rok 2017/18 2/68 3/68 1

2 4/68 Přednáška č.7 Koncepční řešení vodárenských systémů, tlakové poměry, spotřeba a potřeba vody Obsah: A. Koncepční řešení vodárenských systémů, tlakové poměry 1. Historie vodárenství 2. Základní pojmy používané v dopravě pitné vody 3. Požadované tlakové poměry ve vodovodních sítích 4. Návrh výškového umístění vodojemu, tlaková pásma 5. Vodárenské soustavy B. Spotřeba a potřeba vody 1. Spotřeba a potřeby vody základní terminologie 2. Spotřeba vody a její analýza 3. Výpočet potřeby vody 5/68 A. Koncepční řešení vodárenských systémů, tlakové poměry 6 2

3 1. Historie vodárenství Cisterna - Kréta 7/68 Aquaduct Segovia Španělsko 8/68 Aquaduct Istanbul 9/68 3

4 Cisterna Istanbul 10/68 Cisterna Istanbul 11/68 Cisterna Istanbul 12/68 4

5 Historie vodárenství v ČR 13/68 14/68 Štola násosky 1.březovského vodovodu 15/68 5

6 2. Základní pojmy používané při dopravě pitné vody Základní pojmy používané při dopravě vody od zdroje k odběrateli jsou uvedeny v ČSN Názvosloví Vodárenství vodovod (water supply) soubor objektů a zařízení, zpravidla zahrnující odběrný objekt, úpravnu vody, čerpací stanici, vodojemy, vodovodní řady a vodovodní síť, zabezpečující zásobování vodou pro různé odběratele spotřebiště (consumption area) lokalita (město, obec, sídliště, tlakové pásmo) zásobována vodou tlakové pásmo (pressure zone) část spotřebiště samostatně zásobována vodou v určitém rozmezí přetlaku vodovodní řad (water main, water pipeline) úsek vodovodního potrubí včetně stavební části objektů určený k plnění určité funkce v systému dopravy vody 16/68 2. Základní pojmy používané při dopravě pitné vody skupinový vodovod (group water supply) vodovod dodávající vodu odběratelům několika spotřebišť oblastní vodovod (regional water supply) skupinový vodovod nebo soustava vodovodů zásobujících pitnou vodou zpravidla větší počet spotřebišť na rozsáhlém území vodárenská soustava (water supply system) technicko-plánovací název pro zdroj vody a soustavu skupinových vodovodů, případně oblastní vodovod, zpravidla o velké kapacitě, zajišťující rozsáhlé uzemní oblasti pitnou vodou 17/68 2. Základní pojmy používané při dopravě pitné vody 18/68 6

7 3. Požadované tlakové poměry ve vodovodních sítích Požadované tlakové poměry ve vodovodní síti specifikované v ČSN EN 805 Vodárenství-Požadavky na vnější sítě a součásti ČSN Navrhování vodovodních potrubí ČSN Požární bezpečnost staveb-zásobování požární vodou ČSN Výpočty vnitřních vodovodů (nová s platností od ) ČSN EN Zdravotně technické instalace Společně s morfologií terénu, rozmístěním zdrojů vody, jednotlivých odběratelů a zástavby a nadmořskými výškami spotřebiště ovlivňují koncepční řešení zásobování pitnou vodou včetně výškového umístění vodojemů a ČS. 19/68 3. Požadované tlakové poměry ve vodovodních sítích V zásadě rozlišujeme podle vzájemného výškového umístění vodního zdroje, vodojemu a spotřebiště dva základní typy vodovodů: a) gravitační - voda ze zdroje (vodojemu) je přiváděna do spotřebiště gravitačně b) výtlačný - voda je do spotřebiště čerpána z čerpací stanice 20/68 3. Požadované tlakové poměry ve vodovodních sítích Vyhláška MZe č. 48/2014, kterou se mění vyhláška č. 428/2001 Sb. ze dne 16. listopadu 2001, kterou se provádí zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů (zákon o vodovodech a kanalizacích) ČÁST SEDMÁ TECHNICKÉ POŽADAVKY NA STAVBU VODOVODŮ (K 11 odst. 2 zákona) 15 21/68 7

8 3. Požadované tlakové poměry ve vodovodních sítích (4) Maximální přetlak v nejnižších místech vodovodní sítě každého tlakového pásma nesmí převyšovat hodnotu 0,6 MPa. V odůvodněných případech se může zvýšit na 0,7 Mpa jedná se většinou o max. hydrostatický tlak. (5) Při zástavbě do dvou nadzemních podlaží hydrodynamický přetlak v rozvodné síti musí být v místě napojení vodovodní přípojky nejméně 0,15 MPa. Při zástavbě nad dvě nadzemní podlaží nejméně 0,25 MPa. 22/68 3. Požadované tlakové poměry ve vodovodních sítích ČSN EN Zdravotně technické armatury Běžné armatury Rozsah použití Doporučený rozsah použití Vnitřní vodovod Armatury Armatury s normál-ně s normál-ně otvíranými nebo Armatury otvíranými nebo Armatury normálně s (dvoučinnými) normálně s (dvoučinnými) zavíranými elektromagnetický zavíranými elektromagnetický (jednočinnými) mi ventily (jednočinnými) mi ventily elektromagnetic elektromagnetický kými ventily mi ventily Typ 1 Nejnižší hydrodynamický tlak 0,05 MPa (0,5 bar) (od 0,1 do 0,5) 0,05 MPa (0,5 bar) MPa [(od 1 do 5) bar] (od 0,1 do 0,5) MPa [(od 1 do 5) bar] Nejvyšší hydrostatický tlak 1 MPa (10 bar) 1 MPa (10 bar) 1 MPa (10 bar) 0.8 MPa (8 bar) 23/68 3. Požadované tlakové poměry ve vodovodních sítích Tlakové splachovače DN Objemová třída Označení Hydrodynamický tlak Průtok Q Minimální (l/s) objem (l) Maximální objem (l) 15 1,5 Pisoárové mísy s prostým splachováním s odsávací tvarovkou 0,15 0,75 1,5 Nízký průtok 15 4 Pisoárové mísy s prostým splachováním s odsávací tvarovkou Vysoký průtok (0,1) MPa ((1) bar) 0,3 2 4 Odsávací pisoárové mísy 20 6 Odsávací pisoárové mísy 0, /68 8

9 3. Požadované tlakové poměry ve vodovodních sítích 25/68 4. Návrh výškového umístění vodojemů, tlaková pásma 26/68 ZÁSTAVBA (ODBĚRATELÉ) 1. Max. hydrostatický tlak H s 60 m.v.sl. 27/68 9

10 MAXIMÁLNÍ HYDROSTATICKÝ TLAK 1. Max. hydrostatický tlak H s 60 m.v.sl. 28/68 ČÁRA MAXIMÁLNÍHO HYDROSTATICKÉHO TLAKU 2. Min. hydrodynamický tlak H d 25 m.v.sl. 3. Min. hydrodynamický tlak H a 5 m.v.sl na výtokové armatuře (nad atikou) 29/68 MINIMÁLNÍ HYDRODYNAMICKÝ TLAK 4. Odhad tlakových ztrát 30/68 10

11 ODHAD TLAKOVÝCH ZTRÁT 4. Odhad tlakových ztrát H z = 5-8 m.v.sl. H z = 8-10 m.v.sl. 5. Kóta maximálního hydrostatického tlaku = 360 m.n.m. max. hladina Kóta minimálního hydrostatického tlaku = 345 m.n.m. min. hladina 31/68 PROSTOR PRO VÝŠKOVÉ ÚMÍSTĚNÍ VDJ 6. Výškové umístění VDJ Max. hladina = 355 m.n.m. Min. hladina = 350 m.n.m. 32/68 VÝŠKOVÉ UMÍSTĚNÍ VODOJEMU 33/68 11

12 ČÁRA HYDRODYNAMICKÉHO TLAKU 34 Tlaková pásma Je-li rozdíl nadmořských výšek v zásobovaném spotřebišti větší než 25 m je zpravidla nutno rozdělit spotřebiště do více tlakových pásem. Návrh tlakových pásem může ovlivnit i výška zástavby ve spotřebišti. Rozsáhlá spotřebiště (tlaková pásma) je vhodné zásobovat minimálně ze dvou vodojemů z různých stran. V takovém případě se doporučuje umístit všechny vodojemy příslušného tlakového pásma na stejné kótě. 35/68 Tlaková pásma V Brně např. v současné době 90 tlakových pásem 36/68 12

13 5. Vodárenské soustavy 37/68 38/68 Jihočeská vodárenská soustava ÚV Plav ÚV Husinec-Prachatice n.z. ÚV Pořešín mimo provoz ÚV Veselí n. Lužnicí VzP ÚV Hamr ÚV Tábor Rytíř n.z. ÚV Nová Ves u Bechyně Celková délka km 17 mil. m 3 /rok obyvatel 39/68 13

14 VODÁRENSKÁ SOUSTAVA Luhačovice Stanovnice Syrákov Vlára - Bojkovice JÚ RpR Odběr z řeky Bečvy JÚ Vsetín- Ohrada Přehrada Karolinka 40/68 Praha rozvod pitné vody 41/68 42/68 14

15 B. Spotřeba a potřeba vody 43/68 1. Základní terminologie spotřeba vody (water consumption) množství vody skutečně odebrané z vodovodního zařízení za určité časové období potřeba vody (water demand) množství vody udávané za časovou jednotku potřebné ve zdroji pro zajištění dodávky vody pro odběratele, stanovuje se většinou výpočtem, návrhová hodnota pro návrh jednotlivých částí (prvků) distribučního systému specifická potřeba vody (water demand per capita per day) množství vody za jednotku času připadající na jednoho obyvatele nebo na jednotku charakterizující určitý výrobní nebo nevýrobní proces potřeba požární vody (fire-fitghting water demand) množství vody pro požární účely za časovou jednotku, jehož odběr má být zajištěn z vodovodního potrubí 44/68 1. Základní terminologie průměrná denní potřeba vody - Qp (l.s -1,m 3.den -1 ) (average water demand) výpočtová hodnota množství vody za den stanovená ze specifické potřeby vody násobením počtem příslušných jednotek maximální denní potřeba vody Qd (l.s -1,m 3.den -1 ) (maximum water demand per day) průměrná denní potřeba vody Qp násobená součinitelem denní nerovnoměrnosti k d. Potřeba vody kolísá v průběhu roku i týdnů, hodnoty k d zavisí na velikosti a charakteru spotřebiště maximální hodinová potřeba vody - Qh (l.s -1,m 3.hod -1 ) (maximum water demand per hour) největší potřeba vody po dobu jedné hodiny ve dnech s maximální denní potřebou; stanoví se z maximální denní potřeby vody Qd násobením součinitelem hodinové nerovnoměrnosti k h. 45/68 15

16 2. Spotřeba vody a její analýza Bilanční analýzu spotřeby vody zpracovává zpravidla provozovatel vodovodu z provozní evidence a vyhodnocuje skutečné spotřeby vody za určitý časový úsek (rok, měsíc, týden, den). Stanovuje většinou následující proměnné za příslušný rok ZO VVR VFC VFD VFO VNF ZV VS JUVNF počet zásobovaných obyvatel z veřejného vodovodu voda vyrobená k realizaci (dodaná do distribučního systému) voda fakturovaná celkem voda fakturovaná domácnostem (obyvatelstvu) voda fakturovaná ostatním odběratelům (průmysl,zemědělství) voda nefakturovaná ztráty vody vlastní spotřeba jednotkový únik vody nefakturované a z nich stanovené specifické spotřeby vody 46/68 2. Spotřeba vody a její analýza Pro uvedené proměnné bilanční analýzy spotřeby vody platí následující vztahy: VVR VFC VNF VFC VFD VFO VNF ZV VS 47/68 2. Spotřeba vody a její analýza Vývoj VVR, VFC, VNF a ztrát vody v letech 2002 až 2012 v ČR 16

17 2. Spotřeba vody a její analýza Z bilančních hodnot se stanovují specifické spotřeby vody SPVVR specifická spotřeba vody vyrobené k realizaci SPVFC specifická spotřeba vody fakturované celkem SPVFD specifická spotřeba vody fakturované domácnostem (obyv.) SPVFO specifická spotřeba vody fakturované ostatním odběratelům SPVNF specifická spotřeba vody nefakturované 49/68 2. Spotřeba vody a její analýza Základní součástí analýzy spotřeby vody je vyhodnocení a stanovení průměrné denní spotřeby vody Qp, maximální denní spotřeby vody Qd a maximální hodinové spotřeby vody Qh pro celé spotřebiště (případně pro jednotlivá tlaková pásma) za vyhodnocované časové období a z nich vyplývající koeficienty denní a hodinové nerovnoměrnosti: Qd k d Qp Qh k h Qd 50/68 2. Spotřeba vody a její analýza Hodnoty koeficientu denní nerovnoměrnosti k d se pohybují v rozmezí 1,2 1,6 v závislosti na velikosti a charakteru spotřebiště. U rozsáhlých spotřebišť (tlakových pásem) jsou zpravidla nižší hodnoty koeficientu k d, naopak u menších spotřebišť jsou tyto hodnoty vyšší. Hodnoty koeficientu hodinové nerovnoměrnosti k h jsou zpravidla různé pro pracovní dny a dny pracovního klidu a pohybují se v našich podmínkách v rozmezí 1,5 2,5. Vyšších hodnot dosahují spotřebiště tzv. sídlištního charakteru. Maximálních hodinových spotřeb vody se dosahuje ve večerních hodinách hodin a tyto spotřeby činí v závislosti na charakteru spotřebiště 8-13% maximální denní spotřeby. Minimální spotřeby jsou nejčastěji v nočních hodinách mezi 2-5 hodinou ranní a činí 0,8-1,5% maximální denní spotřeby. 51/68 17

18 odtok z VDJ Q Spotřeba vody a její analýza max min 52/68 2. Spotřeba vody a její analýza VDJ Kohoutovice zemní - středa 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 čas 2. Spotřeba vody a její analýza VDJ Kohoutovice věžový - pátek 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Hodina 18

19 odtok z VDJ Spotřeba vody a její analýza VDJ Kohoutovice věžový - sobota 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 čas 3. Výpočet potřeby vody Výpočet potřeby vody pro spotřebiště s vodovodem Výpočet potřeby vody pro spotřebiště se stávajícím vodovodem se provádí k určitému výhledovému časovému horizontu (5-20 let) a měl by vycházet z podrobné analýzy vývoje spotřeby vody ve spotřebišti v minulosti a ze směrného územního plánu posuzované lokality a předpokládaného vývoje počtu bydlících a zásobovaných obyvatel. Celková průměrná denní potřeba vody Qp se stanoví ze vztahu: Qp VFC VVO VNF [l.s -1 ] 56/68 3. Výpočet potřeby vody VFC voda fakturovaná celkem, která zahrnuje veškerou potřebu vody pro obyvatelstvo, t.j. pro domácnosti, drobné živnosti, malé podnikatele a přiměřenou individuálně nekalkulovanou občanskou vybavenost. Stanovuje se pomocí specifické potřeby vody fakturované celkem a vypočte se ze vztahu SPVFC.ZO VFC [l.s ] SPVFC - výhledová specifická potřeba vody fakturované celkem [1.obyv -1.den -1 ] se stanoví na základě analýzy spotřeby vody fakturované ve spotřebišti. Závisí na velikosti spotřebiště a rozsahu občanské a technické vybavenosti a měla by se pohybovat v rozmezí obyv. -1.den -1 (menší spotřebiště s nízkou občanskou vybaveností) až obyv. -1.den -1 (velká, dobře vybavená spotřebiště). ZO výhledový počet zásobovaných obyvatel 57/68 19

20 3. Výpočet potřeby vody VVO - potřeba vody pro významné výhledové ostatní odběratele se stanoví individuálně na základě konkrétních projektů v hodnotách průměrných, maximálních denních a maximálních hodinových potřeb jednotlivých významných odběratelů. V případech, kdy nejsou k dispozici konkrétní projekty potřeb pitné vody pro nestandardní odběratele, doporučuje se provést srovnávací analýzu s potřebami podobných odběratelů. Další možností je přiměřená aplikace směrných čísel spotřeby vody viz.. Vyhláška 428/2011 Sb 58/68 3. Výpočet potřeby vody VNF voda nefakturovaná se stanoví z jednotkových úniků a výhledové délky vodovodní sítě. JUVNF.L VNF [l.s ] JUVNF jednotkové úniky [m3.km -1.rok -1 ] se stanoví na základě analýzy vývoje ztát vody posuzovaného spotřebiště v uplynulém období a jejich odhad pro výpočet výhledové potřeby vody se upraví s ohledem na předpokládaný vývoj v této oblasti. L celková výhledová délka vodovodních řadů 59/68 3. Výpočet potřeby vody Z průměrné denní potřeby vody Qp a navržených koeficientů denní a hodinové nerovnoměrnosti se pak stanoví: maximální denní potřeba vody Qd Qp. k d [l.s -1 ], [m 3.den -1 ] a maximální hodinová potřeba vody Qh Qd. k h [l.s -1 ] 60/68 20

21 3. Výpočet potřeby vody Metodika výpočtu potřeby vody - Návrh Hydroprojektu 12/2010 Změna názvu Hydroprojektu na SWECO od roku základní části metodiky V prvním oddílu jsou uvedeny hlavní zásady pro výpočet a doporučené hodnoty. V oddílu druhém jsou tyto zásady rozvedeny a komentovány především pro potřeby podrobných výpočtů. Třetí oddíl přináší výběr některých konkrétních číselných hodnot uváděných v českých i zahraničních zdrojích. 61/68 3. Výpočet potřeby vody První oddíl: Tabulka č. 1 Doporučené hodnoty specifické potřeby VFD Počet obyvatel v obci Specifická potřeba VFD v l/(os den) min max do nad Pozn. 1: Při velkém zastoupení domovních studní je možno specifickou potřebu uvažovat o 30 % až 40 % nižší. Je však třeba vzít v úvahu, že při poklesu hladiny ve studních se nároky na odběr vody z vodovodu pro veřejnou potřebu mohou zvýšit. 62/68 3. Výpočet potřeby vody Tabulka č. 2 Doporučené hodnoty specifické potřeby VFO Počet obyvatel v obci Specifická potřeba VFO v l/(os den) min do nad max Individuální výpočet, s využitím směrných čísel dle vyhlášky 428/2001 Sb. 63/68 21

22 3. Výpočet potřeby vody Tabulka č. 3 Doporučené hodnoty množství VNF % Stav sítě Podíl VNF na VVR v % Nová síť 12 Dobrý stav 15 Průměrný stav < 25 Podprůměrný stav > 25 64/68 3. Výpočet potřeby vody Tabulka č. 4 Doporučené hodnoty součinitele denní nerovnoměrnosti k d Velikost obce Součinitel denní nerovnoměrnosti k d do 500 obyvatel 1,50 od 501 do obyvatel 1,35 od do obyvatel 1,30 od do obyvatel 1,25 od obyvatel 1,20 65/68 Stochastický přístup Specifická potřeba vody fakturované _ Brno generel 1995 celkem l/os.den rok minimální maximální střední hodnoty 22

23 Děkuji za pozornost, dotazy? 67/68 23