http://www.ebook.edu.vn
1
CHƯƠNG I
NHU CẦU DÙNG NƯỚC VÀ NGUỒN NƯỚC
1.1 GIỚI THIỆU
Trong giáo trình này, chúng tôi sẽ giới thiệu chủ yếu đến các vấn đề liên quan đến việc vận
chuyển nước trong các công trình dẫn nước, mạng lưới đường ống phân phối nước và trong hệ
thống đường ống thoát nước mưa và nước thải. Các vấn đề liên quan đến xử lý nước sẽ được
giới thiệu trong tài liệu khác.
Nước sử dụng dược khai thác chủ yếu đến từ các nguồn nước ngọt sau:
- Nước mặt, hiện diện trong các hồ, các dòng chảy ( sông suối).
- Nước ngầm thường ở dạng khoáng hoá mạnh.
Sơ đồ sau đây trình bày chu kỳ sử dụng nước một cách tổng quát trong khai thác:
Hình 1.1: Chù kỳ dùng nước
Khởi đầu nước sẽ được lấy từ nguồn nước (hồ chứa, sông…) nhờ vào một công trình lấy
nước. Công trình lấy nước này tuỳ theo trường hợp sẽ có thể:
- Lấy nước đơn giản nhờ vào ống dẫn đặt chìm vào trong sông hồ
- Lấy nước có sự lựa chọn ở nhiều độ sâu khác nhau trong sông.
Trong một vài trường hợp, có thể phải xây dựng trạm bơm ( TB cấp 1) hoặc đập dâng
để tạo hồ chứa nhằm điều tiết lưu lượng trong trường hợp dòng chảy có lưu lượng không bảo
đảm nhu cầu lấy nước trong thời kỳ nước kém.
Các công trình lấy nước (kênh, đường ống có áp) sẽ dẫn nước thô về khu vực cần cấp
nước. Nếu nước không đáp ứng được tiêu chẩn vệ sinh, chúng ta sẽ xử lý nó trong một trạm
làm sạch & khử trùng (chlore) trước khi phân phối về các nơi tiêu thụ .
Nước sạch sẽ được phân phối trong vùng quy hoạch cho đến tận các thiết bị dùng
nước cuối cùng nhờ vào một mạng lưới đường ống dẫn nước có áp. Sau khi được sử dụng,
nước sẽ mất đi các chất lượng sạch cần thiết và trở thành nước thải. Từ đó, hệ thống đường
ống cống sẽ có nhiệm vụ thu và tháo nước thải này ra khỏi khu quy hoạch.
Việc xử lý nước đã sử dụng trong một trạm xử lý nhằm tránh làm ô nhiễm môi trường
nơi nước thải trả về thiên nhiên là điều bắt buộc; Sau đó nhờ hệ thống kênh dẫn , dẫn nước đã
qua xử lý về nơi tiếp nhân (sông , hồ thiên nhiên…). Điều này cho phép các hộ dân cư khu
quy hoạch nằm về hạ lưu của các vị trí cửa xã có thể sử dụng nước vào các mục tiêu khác
nhau trong đó có nước dùng trong sinh hoạt.
Thông thường, trong một con sông ,nước sẽ được làm sạch tự nhiên bởi quá trình tự
làm sạch ( khả năng càng cao khi sông càng lớn) . Trong quá trình này, các tạp chất có hại sẽ
dần được giảm đi. Ngoài ra, khi nước đã sử dụng được trả về con sông hoặc hồ chứa không
http://www.ebook.edu.vn
2
thể trộn lẫn tốt trong tổng thể môi trường nước. Ta nói rằng trong trường hợp này có hiện
tượng nối tắt: quá trình tự làm sạch không xảy ra, nguồn nước bị nhiễm bẩn nghiêm trọng.
I.2. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC
Hình 1.2 : Sơ đồ hệ thống cấp nước
1.3. ƯỚC LƯỢNG DÂN SỐ VÀ THỜI GIAN KHAI THÁC CÔNG TRÌNH
1.3.1 Ước lượng dân số phục vụ cấp nước
Đây là một giai đoạn bắt buộc cần thiết cho thiết kế một hệ thống cấp nước. Người kỹ
sư phải xác định được quy mô dân số hiện tại cho khu xây dựng và cả đánh giá cho sự phát
triển trong tương lai trong suốt giai đoạn khai thác của hệ thống công trình. Tuỳ theo nhu cầu
của dự báo ta có 2 loại ước lượng về quy mô dân số: ước lượng ngắn hạn (5-10 năm) và ước
lượng dài hạn (10-50 năm). Rõ ràng bài toán dự báo dài hạn là một vấn đề khó, bởi vì có quá
nhiều yếu tố không chắc chắn khi xét trong một tương lai xa. Trong trường hợp này, có thể
tiến hành phân tích đường cong biểu thị dân số trong quá khứ để đánh giá các xu thế và có
xem xét các yếu tố xã hội, kinh tế, thiết lập hay di dời của các Công ty Xí nghiệp, tác động
đến sự tăng trưởng của vùng. Ví dụ:
Lượng nước cần trung bình ngày đêm cho sinh hoạt được xác định theo biểu thức:
Q = qtb.N, m3/ ngày đêm, (I.0)
Trong đó: qtb - Định mức dùng nước trung bình ngày đêm cho mỗi đầu người;
N - Dân số của khu vực cần cung cấp nước, tính toán theo quy hoạch phát triển của
nó, nghĩa là phải xét tới ảnh hưởng của sự gia tăng dân số tự nhiên & cơ học:
t
NN )1(
0
α
+= , ( N0 – dân số hiện tại, α - tỷ lệ tăng dân số, t - số năm dự
kiến)
Nói chung, phần lớn các phương pháp ước lượng chỉ cho phép nghiên cứu sự biến
động trong một chu kỳ tương đối ngắn.
1.3.2 Thời gian khai thác công trình dự kiến
Thiết kế các công trình trong ngành cấp thoát nước nhằm mục đích thoả mãn nhu cầu
hiện tại và cho tương lai cho một vùng quy hoạch. Tuổi thọ công trình là khoảng thời gian kể
từ lúc đưa công trình vào khai thác đến cuối thời kỳ mà công trình vẫn còn được đánh giá thoả
mãn các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế trong khai thác. Xác định thời gian khai thác hiệu quả này
dựa vào một phân tích tài chính trong đó ta sẽ kể đến các vấn đề:
- Đầu tư. - Chi phí khai thác (nhân công, điện, hoá chất...). - Lãi suất.
- Sự thuận tiện cho phép chúng ta có thể nới rộng công trình hay thêm vào các thiết bị (ví dụ
ta sẽ dễ dàng hơn khi thay thế một bơm hay gia tăng công suất trạm bơm hơn là mở rộng một
tunnel hoặc một công trình lấy nước).
http://www.ebook.edu.vn
3
- Có thể cải tiến công nghệ.
Bảng sau đây trình bày tuổi thọ các công trình ta có thể tham khảo trong thiết kế các
công trình trong lĩnh vực cấp thoát nước và làm sạch nước. Ta nhận xét có ba nhóm tuổi thọ:
nhóm từ 5 đến 20 năm cho các loại thiết bị sử dụng nhanh và thay thế dễ dàng; nhóm có chu
kỳ sử dụng từ 20 đến 30 năm cho các thiết bị khó khăn và tốn kém hơn khi muốn thay thế; và
nhóm lớn hơn 50 năm khi thiết bị là rất đắt và rất khó thay thế hoặc mở rộng.
Bảng 1.1. Tuổi thọ công trình tiêu biểu
Công trình Ðặc tính Tuổi thọ
(năm)
Các công trình dùng để sản xuất nước uống
Ðập hoặc tunnel
Lấy nước và đường dẫn chính
Trạm xử lý và mạng lưới
Ðường dẫn có đường kính > 300 mm
Ðường dẫn có đường kính < 300 mm
Trạm bơm:
- Kết cấu
- Bơm
Các công trình dùng để thu và làm sạch nước:
Ðường dẫn phụ có đường kính <375 mm
Các công trình thu, kênh tháo
Trạm xử lý
Trạm bơm
Bơm chuyển nước vào trạm xử lý
R
ất khó và đắt khi mở rộng
Tương đối khó khi mở rộng
N
ếu gia tăng dân số và tỷ suất lợi nhuận:
- Bé:
- Lớn:
Ð
ắt tiền khi thay thế
X
ây dựng dễ
Tăng quy mô dễ dàng
Tăng công suất dễ dàng, nhanh
X
ây dựng dễ
K
hó và đắt khi mở rộng
N
ếu gia tăng dân số và tỷ suất lợi nhuận:
- Bé
- Lớn
M
ở rộng khó
Thay thế dễ dàng
50-75
25-50
25
50
25-30
15-20
15-20
5-10
20
30-50
23-30
10-15
10-20
5-10
Tóm lại, chúng ta có thể khai thác và sử dụng nước mặt, nước ngầm, nước lợ và cả
nước biển sau khi đã được thu và xử lý trong một trạm xử lý đúng tiêu chuẩn. Nước sẽ được
phân phối nhờ vào một mạng lưới đường ống dẫn nước. Về phần nước đä sử dụng sẽ được
thu hồi qua hệ thống cống và hướng chúng đi vào một trạm xử lý để loại bỏ các tạp chất có
hại trước khi trả nó về thiên nhiên. Trong môi trường này quá trình tự làm sạch được tiến
hành và sẽ hoàn chỉnh sự thanh lọc. Chu kỳ sử dụng nước đã khép kín và chúng ta lại có thể
khai thác nó để đưa vào sử dụng.
1.4 NHU CẦU DÙNG NƯỚC
Thể tích và lưu lượng nước dùng thay đổi rất nhiều tuỳ theo điều kiện địa phương, phụ
thuộc vào mức sống của khu vực nghiên cứu. Với một khu vực nghiên cứu cho trước, lượng
nước cần tổng cộng bao gồm: nước sử dụng cho gia dụng, nước cung cấp cho thương mại,
cho công nghiệp và nước sử dụng cho các mục tiêu công cộng (vệ sinh, đường sá, chữa
cháy...)
1.4.1 Nước sinh hoạt
Nước sinh hoạt trong một chu kỳ dùng nước (thường tính là ngày đêm) thay đổi theo
thời gian trong ngày. Biểu đồ sau trình bày một biểu đồ nước sinh hoạt cho ngày dùng nước
lớn nhất điển hình. Gọi:
Qngđ-max – lưu lượng ngày dùng nước lớn nhất (m3/ngđ)
Qtb = Qngđ-max /24 - lưu lượng trung bình giờ (m3/h)
Qi - lưu lượng giờ thứ i (m3/h).
Qh-max - lưu lượng giờ lớn nhất (m3/h).
Ki = Qi/Qtb - hệ số không điều hoà giờ thứ i (định nghĩa thường sử dụng trong các phần mềm
mô phỏng dòng chảy có áp trong mạng lưới, ví dụ EPANET).
Kh-max=Qh-max/Qtđ - hệ số không điều hoà giờ lớn nhất.
http://www.ebook.edu.vn
4
Hình 1.3: Biểu đồ dùng nước ngày điển hình
Ghi chú : Trong một số trường hợp người ta còn định nghĩa hệ số không điều hoà giờ như sau
Ki =Qi/ Qnngđ-max (%) giá trị ki tra phụ lục 3 phụ thuộc vào Kh-max.
1.4.1.1. Tiêu chuẩn dùng nước
Tính theo bình quân đầu người lượng nước dùng trong một ngày đêm, lít/ngày-đêm.
Theo tiêu chuẩn cấp nước hiện hành TCXD 33 : 68.
Bảng 1.2
Trang bị tiện nghi trong nhà
Tiêu chuẩn dùn
g
n
ước qt
b
(1/người/ngày-đêm)
Hệ số khôn
điều hoà giờ
(Kh-max)
- Loại I. Nhà bên trong không có hệ thống cấp nước v
à
dụng cụ vệ sinh. Nước dùng lấy từ vòi công cộng.
- Loại II. Nhà bên trong chỉ có vòi lấy nước
- Loại III. Nhà bên trong có hệ thống cấp thoát nước, có
dụng cụ vệ sinh, không có thiết bị tắm
- Loại IV. Nhà bên trong có hệ thống cấp thoát nước, có
dụng cụ vệ sinh, có thiết bị tắm thông thường
- Loai V. Nhà bên trong có hệ thống cấp thoát nước, có
dụng cụ vệ sinh, có chậu tắm và cấp nước nóng cục bộ.
40-60
80-100
120-150
150-200
200-300
2,5-2,0
2,0-1,8
1,8-1,5
1,7-1,4
1,5-1,3
1.4.1.2. Lượng nước sinh hoạt tính toán
Lưu lượng nước cho trong bảng trên đây chỉ giá trị trung bình dùng nước trong một
ngày đêm. Lưu lượng nước sinh hoạt tính toán trong một ngày đêm được tính cho ngày dùng
nước lớn nhất. Công thức sau đây cho phép xác định giá trị này:
max_
1000 ng
tb K
Nq
Q= (m3/ngđ) (1.1)
trong đó:
Qsh-ngđ - lưu lượng tính toán nước sinh hoạt ngày dùng nước lớn nhất, (m3/ngđ).
Kngđ-max - hệ số không điều hoà lớn nhất ngày, giá trị thay đổi trong khoảng (l,35-l,5), phụ
thuộc vào đặc tính khí hậu từng vùng.phụ thuộc vào đặc tính khí hậu từng vùng
qtb - tiêu chuẩn( định mức) dùng nước trung bình cá nhân trong 1 ngày đêm (l/ng-ngđ)
N - dân số dự báo cho khu quy hoạch (người)
Ngoài ra, sự sử dụng nớc trong một ngày đêm thay đổi theo từng thời điểm trong ngày. Lưu
lượng nước sinh hoạt lớn nhất xác định thẹo công thức sau :
max
max
1000 −− =ngd
tb
hsh K
Nq
Q (m3/ngđ) (1.2)
Trong đó :
http://www.ebook.edu.vn
5
max
hsh
Q− - lưu lượng tính toán giờ dùng nước lớn thất (m3/h) .
Kh-max - hệ số không điều hoà lớn nhất giờ.
Ghi chú : Trong nhiều trường hợp, chúng ta mô phỏng sự thay đổi : lưu lượng, áp suất,... của
nước trong một mạng lưới cấp nước theo thời gian. Khi đó, các hệ số không điều hoà giờ sẽ
được sử dụng
1.4.2. Nước phục vụ công nghiệp
Tiêu chuẩn cấp nước công nghiệp xác định trên cơ sở dây chuyền công nghệ của xí
nghiệp do cơ quan thiết kế hay quản lý cấp. Tiêu chuẩn nước xác định trên số đơn vị sản
phẩm. Cùng một loại xí nghiệp, nhưng do dây chuyền công nghệ khác nhau, lưu lượng sử
dụng nước có thể khác nhau.
Bảng 1.3: sau đây cho phép tham khảo một số yêu cầu dùng nước cho sản xuất.
Các loại nước Ðơn vị đo Tiêu chuẩn dùng nước
(m3/1 đơn vị đo) Chú thích
- Nước làm sạch trong nhà máy nhiệt điện
- Nước cấp nồi hơi nhà máy nhiệt điện
- Nước làm nguội động cơ đốt trong
- Nước khai thác than
- Nước làm giàu than
- Nước vận chuyển than theo máng
- Nước làm nguội lò luyện gang
- Nước làm nguội là Mac tanh
- Nước cho xưởng cán ống
- Nước cho xưởng đúc thép
- Nước để xây các loại gạch
- Nước rửa sỏi để đổ bê tông
- Nước rửa cát để đổ bê tông
- Nước phục vụ để đổ 1 m3 bê tông
- Nước để sản xuất các loại gạch
- Nước để sản xuất ngói
1000 KW/h
1000 KW/h
1 CV/h
1 tấn than
1 tấn than
1 tấn than
1 tấn gang
1 tấn thép
1 tấn
1 tấn
1000 viên
1 m3
1 m3
1 m3
1000 viên
1000 viên
160-400
3-5
0,015-0,04
0,2-0,5
0,3-0,7
1,5-3,0
2
4-42
13-43
9-25
6-20
0,09-0,21
1,0-1,5
1,2-4,5
2
,2=3,0
0,7-1,0
0,8-1,2
T
r
ị số nhỏ dùng
cho công su
ấ
t
n
hiệt điện lớn.
B
ổ sung cho hệ
t
hống tuần hoàn
Tiêu chuẩn dùng nước cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt của công nhân sản xuất tại
các xí nghiệp lấy theo bảng sau. Bảng1.4
Loại phân xưởng Tiêu chuẩn (1/người/ca) Hệ số không điều hoà (Kh-max)
- Phân xưởng nóng toả nhiệt lớn
hơn 20 Kcalo cho 1 m3/h
- Phân xưởng khác
35
25
2,5
3,0
1.4.3. Nước tưới cây, tưới đường
Tiêu chuẩn nước dùng để tới cây, vườn hoa, quảng trường, đường phố trong các đô thị
được lấy khoảng 0,5-1 L/m2, phụ thuộc vào loại đường, loại cây trồng, điều kiện khí hậu.
Thông thường lưới đường được thực hiện từ 8h đến 16h, tưới cây từ 5h đến 8h và từ 16h đến
19h hàng ngày. Lưu lượng nước tưới đường được xác định theo công thức sau:
Qt-ngđ = qtFt (m3/ngđ) (l.3a)
T
Q
Qngdt
ht
−
−= (m3/h) (l.3b)
qt tiêu chuẩn nước tưới đường, tới cây (m3/m2-ngđ).
Ft - diện tích tưới (m2)
Qt-ngđ - lượng nước tưới trong một ngày đêm (m3/ngđ)
Qt-h - lượng nước tới trong một giờ (m3/h)
T - thời gian tưới trong một ngày đêm (h).
1.4.4. Nước sinh hoạt của công nhân khi làm việc tại nhà máy