2.3. vodovodne mreze

2.3. Vodovodne mreže2.3.1. Elementi i namjena vodovodne mrežeVodovodna mreža jedna je od glavnih komponenti sistema za snabdevanje vodom. Osnovni elementi vodovodne mreže (sl. 2.29) su:-dovodni cevovod,-spojni cevovod od rezervoara do distribucione mreže,-distribuciona mreža.Tok vode u cevima vodovodnog sistema se odvija pod pritiskom.

Sl. 2.29. Elementi vodovodne mreže

Distribuciona mreža može biti:-granata,-prstenasta ili zatvorena,-kombinovana.

Da bi se delovi vodovodne mreže mogli isključiti iz pogona u slučaju havarije ili zbog nekih drugih razloga, u određenim tačkama, tzv. čvorovima, postavljaju se zatvarači. Zatvarači se ugrađuju na čvornim tačkama mreže, na raskršćima ulica. Na slici 2.30 dat je izgled i presjek jednog zatvarača novije konstrukcije.Vrste zatvarača:pljosnati,leptirasti i kuglasti.

Sl. 2.30. Izgled i presek zatvarača novije

konstrukcije

Za gašenje požara postavljaju se hidranti koji mogu biti podzemni i nadzemni. Postavljaju se tako da pokrivaju kružnu površinu prečnika 80-100 m. Hidrantskom mrežom se pokriva cjelokupno područje vodosnabdevanja. Na slici 2.31 prikazan je izgled i presek klasičnog nadzemnog hidranta.

Sl 2.31. Izgled i presek nadzemnog hidranta

d n spQ S q

d n spQ S q gde je: Qd– srednja dnevna potrošnja vode u

(m3/dan) ili (l/dan) na kraju planskog perioda,

Sn– broj stanovnika u naselju na kraju planskog perioda,

qsp- specifična potrošnja vode (m3/stan. dan) ili (l/stan. dan) na kraju planskog perioda.

Približan broj stanovnika na kraju planskog perioda može se odrediti prema izrazu:

Sn=So(1+p/100)n ,(2.2) gde je: Sn– budući broj stanovnika na kraju

planskog perioda od n godina, So– postojeći broj stanovnika u naselju, p– prosečna godišnja stopa prirasta

stanovnika.

Specifičnom potrošnjom potrebno je obuhvatiti sve kategorije potrošača, osim većih industrijskih potrošača koji najčešće imaju vlastiti izvor vode. Osim korišćenja vode za potrebe stanovništva, u obzir treba uzeti potrošnju za javne potrebe kao što su zalivanje zelenih površina i pranje ulica, javne česme, fontane, ostale higijenske i sanitarne potrebe,kao i potrošnju za gašenje požara itd.

U evropskim gradovima specifična potrošnja se kreće od 150-500 l/st. dan, a u nekim gradovima SAD i do 1000 l/st. dan.

U planskim dokumentima dugoročnog snabdevanja vodom Srbije za gradove i prigradska naselja usvojena je sledeća specifična potrošnja za 2000. godinu:

za stanovništvo 360 l/st. dan za industriju 190 l/st. dan

ukupno: 550 l/st. dan Za seoska naselja usvojena specifična

potrošnja iznosi 250 l/st. dan.

Preciznija analiza potrošnje vode, moguća je samo na osnovu stalnih merenja na terenu (Obradović, 1999). Merene podatke moguće je prikupljati priključkom logera na vodomer ili putem telemetrije, a zatim ih predstaviti grafički u vidu dnevnih, sezonskih i godišnjih dijagrama.

Sl. 2.35. Potrošnja vode u jednom manjem naselju - leto 1996. g.

Sl. 2.36. Potrošnja vode u istom naselju tokom zime 1997. godine

Tabela 2.1. Potrošnja vode za razne kategorije potrošača (Milojević, 1990)

Vrsta potrošnjePotrebna količina vode

Naziv Jedinica

I DOMAĆINSTVA

1.Potrebe ljudi

za piće i pripremu hrane po glavi/dan 3-5 l

za piće i pripremu hrane, umivanje i pranje posuđa

po glavi/dan 20-30 l

za pranje rublja po glavi/dan 2-15 l

1.Ispiranje nužnika jednokratno 8-15 l

1.Kupanje

u kadi jednokratno 200-300 l

pod tušem jednokratno 40-80 l

1.Zalivanje dvorišta, staza, zelenila, pranje dvorišta

1 m2/jednokratno 1,5-2,0 l

1.Potrebe stoke (za pojenje i pranje)

krupna stoka 1 grlo/dan 40-60 l

sitna stoka (ovce, telad, koze) 1 grlo/dan 10-15 l

sitna stoka (svinje) 1 grlo/dan 25-40 l

Veoma čest slučaj u praksi jeste da se ne raspolaže sa realnim količinama potrošene vode koje su određene na osnovu broja stanovnika i specifične potrošnje, nego se moraju analizirati i ostali faktori lokalnog karaktera koji utiču na potrošnju. Neki od tih faktora su:-klimatske karakteristike,-priključak industrijskih potrošača na vodovodnu mrežu, za koje je teško predvidjeti potrošnju vode,-cijena isporučene vode,-stanje kanalizacione mreže,-neodređenost gubitka vode u vodovodnom sistemu,-nedostatak odgovarajuće mjerne opreme i primjena nebaždarenih mjernih instrumenata,-pogrešno procijenjene proizvedene i isporučene količine vode,način stanovanja,-nedostatak odgovarajućih propisa iz oblasti korišćenja i zaštite vode za piće,odnos pojedinaca i društva prema vodi kao materiji,-odnos društva, odnosno osnivača Vodovoda prema vodovodnom sistemu itd.

2.3.3. Gubici vode u vodovodnim sistemimaU toku 1995. godine, nakon prestanka ratnih dejstava na području Bosne i Hercegovine, u Republici Srpskoj je izvršena procjena gubitaka vode u vodovodnim sistemima.

Ustanovljeno je da se gubici vode u vodovodnim sistemima kreću od 40% do 60% od ukupne proizvodnje. Ovako veliki gubici nastali su iz sljedećih razloga:-oštećenja mreže i objekata u ratu,-nizak nivo obaviještenosti ključnih stručnjaka u vodovodima, nosioca investicija i potrošača o značaju i ekonomskim efektima gubitaka vode,-nedostatak tehničke opremljenosti sistema savremenom mjernom opremom za registrovanje i obradu podataka, kao i nedostatak informatičke podrške za racionalno korišćenje tih podataka,

-odsustvo motivacije i ekonomske moći javnih preduzeća za snabdijevanje vodom da sistematski prate bilans i da detekciju gubitaka i otklanjanje kvarova shvate kao stalnu obavezu,-neadekvatna politika državnih organa koji po inerciji iz prošlosti, nastavljaju da, inače skromna sredstva planiraju za izgradnju novih kapaciteta, a skoro ništa u smanjenje gubitaka, opremanje i obuku kadrova koji bi taj posao obavljali kvalitetno, nabavku savremene opreme, -stepen pouzdanosti svih ulaznih podataka koji karakterišu jedan vodovodni sistem, je izuzetno nizak i ovim podacima se manipuliše u zavisnosti od potrebe, cilja i od toga kome se upućuju.

Evo nekoliko odgovora koji su dobijeni u vodovodima na standardno pitanje: „Koliki su gubici vode u vašem vodovodnom sistemu?”

1. Gubici u našem vodovodnom sistemu ne postoje (ravni su nuli).2. U našem vodovodnom sistemu gubici vode su 100%.3. Jedna grupa zaposlenih u istom vodovodnom sistemu dala je

odgovor da su gubici 40%, a druga grupa 60%. 4. Mi ne znamo šta su gubici vode.

Interesantna je analiza gubitaka na osnovu procjene u vodovodnom siste mu Bijeljina u periodu od 1988. godine do 1996. godine (sl. 2.45).

Sl. 2.45. Dijagram procijenjenih gubitaka u vodovodnom sistemu Bijeljina

U najvećem gradu države Vašington (Sijetlu), gubici vode u vodovodnom sistemu su minimalni i teže ka nuli. Iznenađujuće, ali stvarno, pošto u tom sistemu rade stručni kadrovi, imaju organizovana mjerenja, dobro održavanje i relativno nov vodovodni sistem. Klimatski uslovi i geološki sastav tla (stabilno tlo) takođe doprinose ovom povoljnom rezultatu.

Na jugu SAD, u državama Misisipi (glavni grad Džekson) i Luizijani (glavni grad Nju Orleans), gubici u vodovodnim sistemima dostižu cifru do 30%. Ovako veliki gubici posljedica su nepovoljne geološke građe tla kojeg sačinjavaju uglavnom gline (koje često bubre) i stišljivi muljevi. Dakle, deformacije tla su stalna pojava, usljed čega dolazi do naprslina u vodovodnim cijevima, a samim tim i do većih gubitaka vode koje je teško sanirati i svesti na minimum.

Opšti je zaključak da se mogu tolerisati gubici vode u vodovodnim sistemima od 15% do 25% od ukupno proizvedenih količina, a za veće gubitke neophodna je hitna intervencija za poboljšanje stanja. Između izvora i krajnjeg potrošača voda se u vodovodnom sistemu gubi na više mjesta. Prelivanje i curenje može se pojaviti na kaptažama i rezervoarima, na glavnim dovodima, neispravnim zatvaračima, hidrantima, na spojnim cijevima i ostalim objektima vodovodnog sistema.

Na slici 2.46. (Obradović, 1999) prikazan je tipični dijagram dnevne potrošnje u jednom manjem naselju u Engleskoj. Podaci su izmjereni pomoću kontrolnih vodomjera. Uočava se da je noćna potrošnja veoma niska, a da u jutarnjim časovima veoma brzo raste. Jutarnji maksimum je oko 9:00, a po podnevni oko 19:00. Posle toga potrošnja posepeno opada do noćnog minimuma. Dio ukupnog protoka se troši na pokrivanje gubitaka vode, odnosno curenja u mreži.

Sl. 2.46. Učešće gubitaka u potrošnji vode

Sl. 2.49. Teorijska i stvarna zavisnost gubitaka od pritisakaKod modeliranja vodovodnih sistema gubitke treba rasporediti po čvorovima i cijevima i uzimati ih u obzir kao dodatnu „potrošnju”.

2.3.4. Hidraulički proračun vodovodnih mrežaSuština hidrauličkog proračuna vodovodnih mreža jeste određivanje prečnika cijevi i gubitaka pritiska pri zadatoj (računskoj) potrošnji vode. U dovodnim, spojnim i distribucionim cjevovodima računaju se samo linijski gubici u cijevima, pošto su oni dominantni, dok se lokalni gubici zanemaruju.

Dovodni cjevovod dimenzioniše se na protok koji je jednak maksimalnoj dnevnoj potrošnji koja se određuje prema obrascu:

max d d dQ k Q

gdje je:kd – koeficijent dnevne neravnomjernosti

potrošnje,Qd – srednja dnevna potrošnja.

Maksimalna dnevna potrošnja mjerodavna je za proračun osnovnih objekata vodovodnog sistema na potezu od izvora do rezervoara (kaptaže, pumpne stanice, gravitacioni ili potisni dovodni cjevovod i rezervoar).Kod pumpnog dovodnog cjevovoda, u slučaju da se pumpanje ne obavlja neprekidno, mjerodavni protok Qp povećava se u zavisnosti od broja sati

pumpanja: 24maxp d

p

Q Qt

gdje je tp trajanje pumpanja izraženo u satima.

Maksimalna časovna potrošnja određuje se po obrascu:

max24

dh h

QQ k

U gornjoj jednačini kh je koeficijent časovne

neravnomjernosti potrošnje vode i njegova vrijednost je 1,6 za prosječne prilike. Za gradska naselja vrijednost ovog koeficijenta je 1,3 do 2,0, a za seoska 2,0 do 4,5.

Spojni cjevovod od rezervoara do distribucione mreže dimenzioniše se na maksimalnu časovnu potrošnju vode, uvećanu za potrebne količine vode za gašenje požara, odnosno na protok:

max h požQ Q Q

Orijentacione preporučene brzine toka u dovodnim cjevovodima su:

v = 0,6-1,0 m/s za cijevi prečnika 100-300 mm, v = 1,0-1,3 m/s za cijevi prečnika 400-600 mm, v = 1,5-2,0 m/s za cijevi prečnika većeg od 700

mm. Profil dovodnog cjevovoda usvaja se na osnovu

hidrauličkih i ekonomskih proračuna. U vodovodnim mrežama preporučuje se minimalni prečnik cijevnih vodova od 100 mm, a brzine tečenja pri maksimalnim protocima od 0,7 do 1,2 m/s.

Hidraulički proračun vodovodnih mreža može se izvesti na više načina, što zavisi od oblika mreže i raspoložive tehnike za računanje. Kod svih postupaka potrebno je odrediti pripadajuće količine, odnosno raspored potrošnje po pojedi nim vodovima. Pripadajuće količine mogu se odrediti proporcionalno dužinama pojedinih cijevnih vodova ili proporcionalno površinama koje gravitiraju tim vodovima. Kod nekih metoda proračuna ovako određene količine, odnosno opterećenje po vodovima prebacuju se na krajnje tačke vodova, tzv. čvorove.

Proračun granatih mreža počinje od najudaljenije tačke u odnosu na rezervoar i, dakle, suprotan je smjeru tečenja vode. Protok u pojedinim vodovima jednak je zbiru vlastite potrošnje na tom vodu i tranzitne količine. Tranzitna količina je, u stvari, zbir svih količina (potrošnje) u nizvodnim vodovima. Za tako određene protoke usvaja se prečnik cijevi D, računa se brzina tečenja v, pad pritiska i, te gubitak pritiska h=iL. Na kraju se izračuna ukupni (sumarni) gubitak pritiska koji se dodaje koti najudaljenije ili najniže tačke i na taj način se dobije potrebna kota dna rezervoara.

Postoji više metoda proračuna prstenastih mreža (N.N. Abramov, 1974). Veoma poznata je iterativna metoda Lobačeva, metoda Andrijaševa i metoda Krosa (Hardy Cross). Najčešće se primjenjuje metoda Krosa čiji se proračun zasniva na analogiji Kirhofovih zakona, prema kojima je suma svih protoka (količina) koji utiču ili ističu u pojedinim čvorovima jednaka nuli, a takođe je suma svih gubitaka pritiska po pojedinim prstenovima jednaka nuli.

2.3.5. Karakteristični pritisci u mreži Vodovodni sistem u svakom momentu

treba da obezbijedi odgovarajući pritisak na svakom istočištu u cijelom području potrošnje. Radni pritisak u mreži treba da je takav da u svakom momentu na najnepovoljnijem mjestu u području potrošnje voda ističe odgovarajućim kapacitetom, te da se obezbijedi direktno gašenje požara iz vodovodne mreže.

. U noćnim satima, pri minimalnoj potrošnji u vodovodnoj mreži, vlada maksimalni pritisak Pmax i tada su gubici vode najveći. Sa porastom potrošnje rastu i gubici pritiska, odnosno smanjuje se stvarni pritisak u mreži. Previsoki pritisci u mreži nepoželjni su jer dovode do pucanja cijevi, kućnih instalacija, povećanja gubitka vode, a samim tim i do neopravdanog povećanja potrošnje vode.

Dakle, u svakoj tački mreže je potrebno osigurati minimalni radni pritisak Pr u času najveće potrošnje. Visina radnog pritiska zavisi od visine izgradnje i od toga da li se gašenje požara obavlja direktno iz mreže. Za stanje maksimalne potrošnje određuju se ukupni gubici u cijevnom vodu koji se dodaju minimalnom radnom pritisku, kako bi se dobila kota dna rezervoara.

Kod direktnog gašenja požara iz vodovodne mreže radni pritisak jednak je visini zgrade uvećan za 20 m. Poželjno je da maksimalni pritisci u mreži budu 5 do 6 bar, a na strmim terenima mogu se tolerisati vrijednosti do 8 bar. Međutim, treba napomenuti da u svijetu postoje i drugačija rješenja, te da se teži da pritisak u mreži bude što manji (1,5 do 2 bar), bez obzira na potrebe protivpožarnog sistema. U tom slučaju protivpožarna zaštita se rješava na drugi način.

Ukoliko su pritisci u mreži previsoki, u slučaju da se snabdijevanje vrši iz jednog rezervoara, potrebno je mrežu podijeliti na visinske zone i za svaku predvidjeti poseban rezervoar (sl. 2.52).

Ako je dovodni cjevovod gravitacioni, sa velikom visinskom razlikom, odnosno ako je visinska razlika veća od dopuštenih pritisaka za cijev koja se ugrađuje, u tom slučaju smanjenje pritisaka vrši se rasteretnim komorama koje se ugrađuju na manjim visinskim razlikama. Komore se izvode u obliku protočnih rezervoara manje zapremine. Poznat je i način smanjivanja pritiska pomoću redukcionog zatvarača čije se dejstvo zasniva na povećanju lokalnog otpora u zatvaraču. Zatvarač se automatski otvara i zatvara u zavisnosti od. Dobra strana ovog uređaja jeste što je na mjestu njegove ugradnje isključeno zagađenje vode koje je moguće kod rasteretnih komora.

Često se određenim tačkama vodovodne mreže, odnosno na istočištu ne može dopremiti voda, jer je radni pritisak mali. U tom slučaju se na cjevovodu ugrađuju buster stanice za potrebe:

snabdijevanja udaljenih potrošača za koje pritisak nije dovoljan,

pokrivanja vršne potrošnje, povećanja pritiska u mreži u slučaju požara, povećanja dotoka u glavni rezervoar u vrijeme

jeftine energije, povećanja kapaciteta postojećih cjevovoda. Buster stanicama se može upravljati ručno i

automatski, što zavisi od njihove namjene.

U vodovodnim sistemima kojima se snabdijevaju izrazito ravničarska naselja (Holandija, Vojvodina), najčešće nema odgovarajućeg rezervoarskog prostora. Izgradnja rezervoara u ravnicama je dosta skupa i komplikovana, pošto se moraju graditi nadzemni rezervoari-vodotornjevi. U nedostatku vodotornjeva pribjegava se rješenju sa pumpama promjenljiivog broja obrtaja koje održavaju željeni pritisak u vodovodnoj mreži.