Tài liệu ôn tập môn hê thống hạ tầng kỹ thuật, trường đại học Kiến trúcCHƯƠNG 1: HỆ THỐNG CẤP NƯỚC ĐÔ THỊ 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG CẤP NƯỚC ĐÔ THỊ1.1.1. Sơ đồ và phân loại hệ thống cấp nước đô thịa. Sơ đồ hệ thống cấp nước đô thị Hệ thống cấp nước là một tổ hợp của các công trình, làm nhiệm vụ thu nhận nước từ nguồn, làm sạch nước, điều hoà, dự trữ, vận chuyển và phân phối nước đến các nơi tiêu dùng.Thông thường, một hệ thống cấp nước đô thị phổ biến bao gồm các công trình chức năng sau:1. Công trình thu nước có nhiệm vụ thu nước từ nguồn khai thác. Nguồn nước thiên nhiên được sử dụng vào mục đích cấp nước có thể là nguồn nước mặt (sông, suối, hồ…) hoặc nước ngầm (mạch nông, mạch sâu, giếng phun…)2. Công trình vận chuyển bao gồm trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II+ Trạm bơm cấp I có nhiệm vụ đưa nước thô từ công trình thu lên trạm xử lý. + Trạm bơm cấp II có nhiệm vụ đưa nước đã xử lý từ bể chứa nước sạch vào mạng lưới tiêu dùng.3. Trạm xử lý nước có nhiệm vụ xử lý nước tự nhiên thành nước sạch đảm bảo các tiêu chuẩn vệ sinh
HỆ THỐNG CẤP NƯỚC ĐÔ THỊ
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG CẤP NƯỚC ĐÔ THỊ
1.1.1 Sơ đồ và phân loại hệ thống cấp nước đô thị a Sơ đồ hệ thống cấp nước đô thị
Hệ thống cấp nước bao gồm các công trình thu nhận, xử lý, điều hòa, dự trữ, vận chuyển và phân phối nước đến các khu vực tiêu dùng.
Thông thường, một hệ thống cấp nước đô thị phổ biến bao gồm các công trình chức năng sau:
1 Công trình thu nước có nhiệm vụ thu nước từ nguồn khai thác Nguồn nước thiên nhiên được sử dụng vào mục đích cấp nước có thể là nguồn nước mặt (sông, suối, hồ…) hoặc nước ngầm (mạch nông, mạch sâu, giếng phun…)
2 Công trình vận chuyển bao gồm trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II
Trạm bơm cấp I chịu trách nhiệm chuyển nước thô từ công trình thu gom đến trạm xử lý, trong khi trạm bơm cấp II đảm nhiệm việc vận chuyển nước đã qua xử lý từ bể chứa nước sạch vào mạng lưới cung cấp cho người tiêu dùng.
3 Trạm xử lý nước có nhiệm vụ xử lý nước tự nhiên thành nước sạch đảm bảo các tiêu chuẩn vệ sinh a Mặt bằng b Mặt cắt
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống cấp nước thành phố
1- Ngăn thu nước; 2- Ống tự chảy; 3- Ngăn hút; 4- Trạm bơm cấp I; 5-
Bể lắng; 6- Bể lọc; 7- Bể chưa; 8- Trạm bơm cấp II; 9- Đường ống dẫn nước; 10- Đài nước; 11- Tuyến ống truyền dẫn chính; 12- Mạng lưới đường ống phân phối
4 Các công trình dự trữ điều hoà gồm bể chứa nước sạch và đài nước
+ Bể chứa nước sạch có nhiệm vụ dự trữ nước sạch và điều hoà lưu lượng giữa trạm xử lý và trạm bơm cấp II
+ Đài nước có nhiệm vụ điều hoà lưu lượng giữa trạm bơm cấp II và mạng lưới tiêu dùng
5 Mạng lưới đường ống phân phối nước làm nhiệm vụ phân phối và vận chuyển nước sạch đến nơi tiêu thụ b Các yêu cầu đối với hệ thống cấp nước đô thị Để có thể đáp ứng đầy đủ các nhu cầu của mọi đối tượng dùng nước trong đô thị, hệ thống cấp nước phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau:
Đảm bảo cung cấp nước đầy đủ và liên tục cho tất cả người dùng là ưu tiên hàng đầu Mạng lưới cấp nước cần hoạt động hiệu quả ở mọi vị trí, kể cả những khu vực khó khăn nhất, và đảm bảo có nước sẵn sàng 24/7, bất kể thời gian trong ngày hay mùa.
Đảm bảo chất lượng nước cho mọi đối tượng sử dụng là rất quan trọng Nước uống và sinh hoạt cần phải đạt tiêu chuẩn do Nhà nước quy định Trong quá trình xử lý, vận chuyển và dự trữ nước, cần sử dụng hóa chất và thiết bị an toàn, không ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước Đối với nước dùng trong công nghiệp, việc xử lý hóa chất phải tuân thủ yêu cầu ngành và xem xét tác động của chất lượng nước đến sản phẩm.
Giá thành xây dựng và chi phí quản lý hệ thống cấp nước cần được tối ưu hóa thông qua việc so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật Điều này bao gồm giá thành đầu tư xây dựng, chi phí quản lý hàng năm, chi phí xây dựng cho 1m³ nước dựa trên công suất trung bình của toàn hệ thống và trạm xử lý, cũng như chi phí điện năng và hóa chất cho 1m³ nước Các yếu tố này đều ảnh hưởng đến giá thành xử lý và giá thành sản phẩm nước, từ đó đảm bảo tính hiệu quả và bền vững cho hệ thống cấp nước.
Việc xây dựng và quản lý hệ thống cấp nước cần được thực hiện một cách dễ dàng và thuận tiện Trong quá trình thiết kế, cần lựa chọn công nghệ phù hợp về kỹ thuật và kinh tế, đồng thời đảm bảo điều kiện vệ sinh cho các công trình Cần xem xét khả năng sử dụng các công trình hiện có và khả năng áp dụng thiết bị cùng kỹ thuật tiên tiến để tối ưu hóa hiệu quả hệ thống.
- Có khả năng cơ giói hóa và tự động hóa từng công đoạn trong hệ thống cấp nước c Phân loại hệ thống cấp nước đô thị
Hệ thống cấp nước có thể phân loại như sau: Lu ý 4 loi u, là ch yu trong ô th, 4 loi sau ch yu công nghip
Theo đối tượng phục vụ
- Hệ thống cấp nước đô thị;
- Hệ thống cấp nước công nghiệp;
- Hệ thống cấp nước nông nghiệp;
- Hệ thống cấp nước đường sắt
Theo chức năng phục vụ
- Hệ thống cấp nước sinh hoạt;
- Hệ thống cấp nước sản xuất;
- Hệ thống cấp nước chữa cháy;
- Hệ thống cấp nước kết hợp
Theo phương pháp sử dụng nước
- Hệ thống cấp nước chảy thẳng: dùng xong thải đi ngay;
- Hệ thống cấp nước tuần hoàn: nước chảy tuần hoàn trong một chu trình kín;
- Hệ thống cấp nước dùng lại: có thể dùng lại một vài lần rồi mới thải đi
Theo phương pháp vận chuyển nước
- Hệ thống cấp nước có áp: nước chảy trong ống do áp lực của máy bơm hoặc bể chứa trên cao tạo ra;
- Hệ thống cấp nước tự chảy: nước tự chảy theo ống kín (có áp hoặc không áp) hoặc mương hở do chênh lệch cao độ địa hình
Theo phương pháp chữa cháy
Hệ thống cấp nước chữa cháy áp lực thấp không đủ áp lực để cung cấp nước tới tất cả các khu vực cần thiết trong quá trình chữa cháy Do đó, các xe chữa cháy được trang bị bơm để tạo ra áp lực cần thiết, giúp dập tắt đám cháy hiệu quả.
Hệ thống cấp nước chữa cháy áp lực cao đảm bảo cung cấp nước tới mọi vị trí trong mạng lưới cứu hỏa Chỉ cần lắp ống vải gai có vòi phun và mở van, người dùng có thể dễ dàng tiếp cận nguồn nước để dập tắt đám cháy hiệu quả.
Theo phạm vi phục vụ
- Hệ thống cấp nước trong nhà;
- Hệ thống cấp nước tiểu khu;
- Hệ thống cấp nước thành phố
Theo nguồn cấp nước cho hệ thống
- Hệ thống cấp nước sử dụng nguồn nước mặt;
- Hệ thống cấp nước sử dụng nguồn nước ngầm
Theo bậc tin cậy cấp nước Đặc điểm hộ dùng nước Bậc tin cậy của hệ thống cấp nước
Hệ thống cấp nước sinh hoạt cho các điểm dân cư có trên 50.000 người và các đối tượng sử dụng nước khác có thể giảm lưu lượng nước cung cấp tối đa 30% so với lưu lượng tính toán trong 3 ngày, đồng thời không được ngừng cấp nước quá 10 phút.
Hệ thống cấp nước sinh hoạt cho điểm dân cư có dân số đến 50.000 người và các đối tượng sử dụng nước khác có thể giảm lưu lượng cấp nước tối đa 30% trong vòng 10 ngày, và có thể ngừng cấp nước trong thời gian cần thiết.
Hệ thống cấp nước sinh hoạt cho cộng đồng dân cư với quy mô lên đến 5000 người và các đối tượng sử dụng nước khác có thể giảm lưu lượng cấp nước tối đa 30% trong thời gian 15 ngày, đồng thời có thể ngừng cấp nước trong 1 ngày.
1.1.2 Tiêu chuẩn và chế độ dùng nước a Tiêu chuẩn dùng nước
Tiêu chuẩn sử dụng nước được định nghĩa là lượng nước trung bình tiêu thụ cho một đơn vị trong một khoảng thời gian nhất định, thường là trong một ngày Các chỉ số này có thể được tính theo lít/người/ngày hoặc lít cho mỗi đơn vị sản phẩm.
Tiêu chuẩn sử dụng nước là yếu tố quan trọng để xác định công suất của trạm cấp nước trong quá trình thiết kế hệ thống Việc xác định tổng lưu lượng theo tiêu chuẩn cho từng nhu cầu sử dụng nước là cần thiết Các nhu cầu sử dụng nước phổ biến thường gặp bao gồm:
NGUỒN NƯỚC
1.2.1 Phân loại và đặc điểm của nguồn nước
Trong kỹ thuật cấp nước, các nguồn nước thiên nhiên được phân loại như sau: nguồn nước mặt, nguồn nước ngầm và nguồn nước mưa a Nguồn nước mặt
Nguồn nước mặt có bề mặt thoáng lộ thiên, nguồn bổ cập chủ yếu là nước mưa Nước mặt có thể chia ra thành các loại sau:
Nước sông là nguồn nước mặt chính, có lưu lượng lớn và dễ khai thác, với độ cứng và hàm lượng sắt thấp Tuy nhiên, nước sông thường chứa nhiều cặn và có mức độ ô nhiễm vi sinh vật cao Đặc biệt, nước sông biến đổi đáng kể theo mùa về độ đục, lưu lượng, mực nước và nhiệt độ.
Nước suối có sự biến đổi rõ rệt về trữ lượng và chất lượng theo mùa Trong mùa khô, nước suối thường trong và có lưu lượng nhỏ, trong khi vào mùa lũ, nước trở nên đục, chứa nhiều cát sỏi, với lưu lượng lớn và mực nước dao động mạnh.
Nước hồ và đầm thường trong sạch, ngoại trừ khu vực ven hồ có độ đục cao hơn do sóng Tuy nhiên, nước ở đây thường có màu sắc đậm do sự phát triển của rong rêu và các sinh vật thủy sinh Nếu không được bảo vệ đúng cách, nguồn nước này dễ bị ô nhiễm và nhiễm trùng.
Nguồn nước ngầm là nước tồn tại trong các lỗ rỗng và khe nứt của đất đá dưới bề mặt đất Nguồn nước này được hình thành từ nước mưa và nước mặt thẩm thấu qua các tầng đất đá, sau đó được giữ lại trong các tầng chứa nước.
Nước ngầm có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, nhưng một phương pháp phổ biến là dựa vào kỹ thuật khai thác và vị trí của tầng chứa nước so với mặt đất Phân loại này giúp hiểu rõ hơn về nguồn nước ngầm và cách khai thác hiệu quả.
Nước ngầm ở lớp đất trên mặt, nằm ở độ sâu 2-3 mét, có trữ lượng không đáng kể và chất lượng kém Nó bị ảnh hưởng trực tiếp bởi thời tiết và thường xuyên bị ô nhiễm, do đó không được sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt và uống.
Nước ngầm mạch nông nằm ở độ sâu từ 4 đến 20 mét, có trữ lượng ít và dễ bị ảnh hưởng bởi thời tiết Loại nước này có nguy cơ nhiễm bẩn cao từ rác thải và nước thải, đồng thời chứa nhiều vi trùng, dẫn đến chất lượng không đảm bảo Vì vậy, nước ngầm mạch nông chỉ phù hợp cho các nhu cầu sử dụng nhỏ và cần được xử lý trước khi tiêu thụ.
Nước ngầm ở độ sâu trung bình từ 20 đến 30 mét có trữ lượng phong phú và chất lượng tốt hơn, ít bị ảnh hưởng bởi thời tiết và ô nhiễm Tuy nhiên, nước ở độ sâu này thường chứa nhiều kim loại sắt, gây khó khăn trong quá trình xử lý Nguồn nước này có thể được sử dụng để cung cấp cho nhu cầu sinh hoạt, uống nước và phục vụ cho các ngành công nghiệp cần lượng nước lớn.
Nước ngầm mạch sâu, nằm ở độ sâu lớn hơn 30m, có trữ lượng dồi dào và chất lượng tốt, ít bị ảnh hưởng bởi thời tiết và nhiệt độ, với mức độ ô nhiễm vi trùng thấp Tuy nhiên, hàm lượng sắt trong nước ngầm càng sâu càng cao, nên việc xử lý chủ yếu tập trung vào khử sắt Nguồn nước này chủ yếu được sử dụng cho sinh hoạt và công nghiệp quy mô lớn, đặc biệt là trong cấp nước đô thị Trong khi đó, nước mưa là nguồn nước quan trọng tại các vùng sâu, vùng xa và hải đảo thiếu nước ngọt, tuy có độ trong sạch tương đối nhưng cũng bị ô nhiễm do tiếp xúc với không khí và bề mặt mái nhà Nước mưa không cung cấp đủ muối khoáng cần thiết cho sự phát triển của con người và động vật.
1.2.2 Lựa chọn nguồn nước Để lựa chọn nguồn nước hợp lý cho mỗi đô thị, cần phải căn cứ vào các tài liệu cơ bản sau:
- Tài liệu kiểm nghiệm dựa trên các chỉ tiêu lựa chọn nguồn nước mặt, nước ngầm phục vụ hệ thống cấp nước sinh hoạt;
- Tài liệu khảo sát khí tượng thuỷ văn, địa chất thuỷ văn;
- Khả năng bảo vệ nguồn nước và các tài liệu khác
Khối lượng công tác thăm dò và điều tra cần được xác định dựa trên đặc điểm và mức độ tài liệu hiện có của khu vực, cũng như lưu lượng và chất lượng nước cần lấy Ngoài ra, loại hộ dùng nước và giai đoạn thiết kế cũng là những yếu tố quan trọng cần xem xét.
Khi chọn nguồn nước, cần tuân thủ quy định của cơ quan quy hoạch và quản lý nguồn nước Nguồn nước sử dụng cho ăn uống và sinh hoạt phải đạt tiêu chuẩn vệ sinh, trong khi chất lượng nước phục vụ sản xuất cần được xác định dựa trên yêu cầu cụ thể của từng đối tượng sử dụng.
Cần tiết kiệm trong việc sử dụng nguồn nước ngầm Khi có nguồn nước mặt đảm bảo tiêu chuẩn thì ưu tiên sử dụng nguồn nước mặt
Không được phép dùng nguồn nước ngầm cấp cho các nhu cầu tiêu thụ nước khi chưa được phép của cơ quan quản lý nguồn nước
Cần nghiên cứu khả năng bổ sung trữ lượng nước ngầm thông qua các công trình bổ cập nhân tạo khi nguồn nước ngầm tự nhiên không đủ Việc xử lý nước khoáng hoặc nước biển để cung cấp cho hệ thống cấp nước sinh hoạt là cho phép, nhưng cần thực hiện so sánh kinh tế - kỹ thuật với các nguồn nước khác.
Việc lựa chọn nguồn nước cần được đánh giá một cách toàn diện về mặt kinh tế, bao gồm các chi phí liên quan đến xây dựng, quản lý và tiêu thụ điện năng Bên cạnh đó, cần xem xét tác động của việc khai thác nguồn nước đối với nhu cầu sử dụng của các ngành kinh tế khác.
THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC
1.3.1 Khái niệm mạng lưới cấp nước
Mạng lưới cấp nước bao gồm nhiều loại đường ống với kích thước khác nhau, có chức năng chính là vận chuyển và phân phối nước đến các điểm sử dụng trong khu vực thiết kế.
Mạng lưới cấp nước là thành phần thiết yếu của hệ thống cấp nước, bao gồm các ống dẫn, trạm bơm cấp II và các công trình điều hòa dự trữ như bể chứa và đài nước Chi phí xây dựng mạng lưới này thường chiếm từ 50-80% tổng chi phí xây dựng hệ thống cấp nước đô thị.
Mạng lưới cấp nước đô thị cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:
- Đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng tới mọi đối tượng dưới áp lực yêu cầu và chất lượng tốt
- Đảm bảo cung cấp nước liên tục và chắc chắn tới mọi đối tượng dùng nước trong phạm vi thiết kế
- Chi phí xây dựng và quản lý mạng lưới cũng như các công trình liên quan là nhỏ nhất
Nội dung thiết kế mạng lưới cấp nước bao gồm các bước cơ bản sau:
- Vạch tuyến mạng lưới cấp nước, tức là bố trí tuyến ống trên mặt bằng của phạm vi thiết kế sao cho hợp lý nhất
Lập sơ đồ phân bố lưu lượng cho mạng lưới cấp nước là bước quan trọng để xác định lưu lượng tính toán cho các đoạn ống Việc tính toán thủy lực của mạng lưới giúp lựa chọn đường kính ống phù hợp và xác định tổn thất trong hệ thống Những yếu tố này đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo hiệu quả và bền vững cho mạng lưới cấp nước.
Áp lực trên các đoạn ống và toàn bộ mạng lưới được xác định là 22 Dựa trên thông số này, cần xác định chiều cao của đài nước và áp lực hoạt động của máy bơm trong trạm bơm cấp II.
- Tính toán thiết kế và bố trí các công trình trên mạng lưới cấp nước
Bố trí hệ thống ống cấp nước trên mặt cắt ngang đường phố và thiết lập mặt cắt dọc cho tuyến ống thiết kế là bước quan trọng trong việc tính toán và thiết kế mạng lưới cấp nước đô thị Để thực hiện điều này, cần có các tài liệu liên quan đầy đủ để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của hệ thống cấp nước.
- Bản đồ địa hình khu vực đô thị sẽ thiết kế hệ thống cấp nước
- Bản đồ quy hoạch xây dựng đô thị
Tài liệu quy hoạch bao gồm các yếu tố quan trọng như mật độ dân số, chiều cao công trình xây dựng, kế hoạch phân đợt thi công, và mức độ trang bị kỹ thuật vệ sinh cho các khu chức năng Những thông tin này giúp đảm bảo sự phát triển bền vững và hiệu quả cho các dự án đô thị.
Tài liệu này cung cấp yêu cầu về lượng nước, tiêu chuẩn và chế độ sử dụng nước sinh hoạt cho các khu dân cư Nó cũng đề cập đến yêu cầu về số lượng, chất lượng, áp lực và chế độ tiêu thụ nước của các khu công nghiệp cùng với các đối tượng sử dụng nước lớn khác trong khu vực thiết kế.
- Sơ đồ bố trí các hệ thống hạ tầng kỹ thuật ngầm khác trong đô thị
1.3.2 Các loại sơ đồ mạng lưới, nguyên tắc vạch tuyến và phân cấp mạng lưới a Các loại sơ đồ mạng lưới
Mạng lưới cấp nước bao gồm các đường ống chính và đường ống nhánh, với đường ống chính chịu trách nhiệm vận chuyển nước đi xa, trong khi đường ống nhánh phân phối nước đến các ngôi nhà và tiểu khu Thiết kế của mạng lưới cấp nước có thể thay đổi tùy thuộc vào quy mô và tính chất của đối tượng sử dụng nước.
Mạng lưới cụt là hệ thống đường ống dẫn nước đến một điểm nhất định theo một chiều, kết thúc tại các đầu mút của ống Mặc dù tổng chiều dài của đường ống nhỏ, nhưng nó không đảm bảo an toàn cấp nước, vì khi một đoạn ống gặp sự cố, toàn bộ khu vực phía sau sẽ không có nước Hệ thống này thường được sử dụng cho cấp nước tạm thời, trong các trường hợp không yêu cầu liên tục và với lưu lượng nước nhỏ.
Mạng lưới vòng là hệ thống đường ống cung cấp nước đến một điểm bằng nhiều hướng khác nhau, tạo thành các vòng khép kín liên tục Điều này đảm bảo cung cấp nước an toàn, với tổng chiều dài đường ống lớn hơn Khi một đường ống chính hỏng, nước vẫn có thể được cung cấp qua đường ống khác, đảm bảo phục vụ cho các khu vực phía sau Mạng lưới vòng thường được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong các hệ thống chữa cháy, nhờ vào tính an toàn và khả năng duy trì cung cấp nước trong các tình huống khẩn cấp.
Mạng lưới kết hợp là sự kết hợp giữa mạng lưới cụt và mạng lưới vòng, được thiết kế linh hoạt dựa trên quy mô và yêu cầu của từng đối tượng sử dụng nước Tùy thuộc vào nhu cầu, có thể xây dựng mạng đường ống thành mạng vòng kết hợp với một số nhánh cụt để tối ưu hóa hiệu quả cung cấp nước.
Hình 1.5 Sơ đồ mạng lưới cấp nước
TB- Trạm bơm; ĐN- Đài nước b Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới đường ống
Vạch tuyến mạng lưới đường ống cấp nước là quá trình xác định vị trí và hình dáng của các tuyến ống trên mặt bằng quy hoạch theo thiết kế Để xây dựng một phương án hợp lý, cần phân tích kỹ lưỡng các yếu tố ảnh hưởng đến mạng lưới cấp nước.
Quy hoạch cấp nước của khu vực cần xem xét đặc điểm phân bố các đối tượng sử dụng nước một cách riêng rẽ, đồng thời phải kết hợp với quy hoạch mạng lưới giao thông hợp lý Ngoài ra, việc quy hoạch không gian cho các khu ở, khu công nghiệp và khu cây xanh cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự phát triển bền vững và hiệu quả trong việc cung cấp nước cho cộng đồng.
- Ảnh hưởng của các chướng ngại vật thiên nhiên hay nhân tạo khi đặt ống như: sông hồ, mương máng, khe, vực, đường sắt, nút giao thông
- Địa hình tự nhiên và quy hoạch chiều cao nền khu đất quy hoạch xây dựng
Vị trí nguồn nước và các công trình điều hòa dự trữ như bể chứa và đài nước đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế mạng lưới cấp nước Khi xác định tuyến đường cấp nước, cần tuân thủ các nguyên tắc cơ bản để đảm bảo hiệu quả và tính khả thi của hệ thống.
1 Mạng lưới cấp nước phải bao trùm tới tất cả các điểm dùng nước trong phạm vi đô thị
2 Các tuyến ống chính phải kéo dài theo hướng vận chuyển chính của mạng lưới
3 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
4 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
5 Các đường ống ít phải vượt qua chướng ngại vật (sông, hồ, đường sắt, nút giao thông quan trọng, địa hình, địa chất xấu )
6 Cần nghiên cứu kết hợp với việc bố trí các công trình kỹ thuật ngầm khác như: thoát nước, cấp điện, cấp hơi
7 Kết hợp chặt chẽ giữa hiện tại và phát triển tương lai
Hình 1.6 Quy hoạch mạng lưới cấp nước thị xã Phủ Lý đến năm 2020
HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ
2.1.1 Khái niệm về thoát nước
Nước thải từ sinh hoạt và sản xuất, cùng với nước mưa chảy từ mái nhà và mặt đường, chứa nhiều hợp chất hữu cơ và vi khuẩn gây bệnh, có thể dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Nếu không được xử lý đúng cách, nước thải này không chỉ làm gia tăng bệnh tật cho con người và động vật mà còn gây ngập lụt tại các khu vực đô thị và công nghiệp, ảnh hưởng đến hạ tầng giao thông và các ngành kinh tế khác.
Hệ thống thoát nước có nhiệm vụ thu gom và dẫn nước thải ra khỏi khu dân cư và khu công nghiệp một cách nhanh chóng, đồng thời xử lý và khử trùng nước thải đạt tiêu chuẩn vệ sinh trước khi thải vào nguồn tiếp nhận, nhằm bảo vệ môi trường đô thị.
Hệ thống thoát nước bao gồm các thiết bị và công trình kỹ thuật nhằm thu thập nước thải từ nguồn phát sinh, sau đó dẫn và vận chuyển đến các cơ sở xử lý, khử trùng trước khi xả ra nguồn tiếp nhận Bên cạnh đó, hệ thống còn đảm nhiệm việc xử lý và tận dụng cặn cũng như các chất quý có trong nước thải.
Một hệ thống thoát nước cho đô thị phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Thoát hết các loại nước thải của đô thị (nước mưa, nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất;
- Có biện pháp xử lý nước thải phù hợp, đảm bảo đô thị không bị ngập úng, không bị ô nhiễm môi trường
2.1.2 Các bộ phận chính và sơ đồ thoát nước
Hệ thống thoát nước bao gồm các bộ phận chủ yêu sau:
- Thiết bị vệ sinh thu nước thải và thoát nước trong nhà
- Mạng lưới thoát nước ngoài sân nhà hoặc tiểu khu
- Mạng lưới thoát nước ngoài đường phố
- Các trạm bơm và ống dẫn áp lực (nếu cần)
- Các công trình làm sạch và các ống xả nước thải đã làm sạch ra nguồn
Mạng lưới thoát nước ngoài đường phố có vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận nước thải, tùy thuộc vào đặc tính của khu vực thiết kế Nó không chỉ nhận nước thải từ mạng lưới tiểu khu mà còn từ hệ thống thoát nước của các công trình và nhà máy công nghiệp.
Mạng lưới thoát nước hoạt động theo nguyên tắc tự chảy, yêu cầu các lưu vực thoát nước phải được phân chia theo hướng dốc địa hình Lưu vực thoát nước được xác định là khu vực có giới hạn bằng các đường phân thủy.
Hình 2.1 Sơ đồ thoát nước đô thị và công nghiệp
1- Đường phân lưu vực; 2- Cống thoát nước sân nhà; 3- Cống thoát tiểu khu; 4 - Cống thoát nước đường phố; 5 - Cống góp lưu vực;
6- Cống góp chính; 7- Cống góp chính ngoài phạm vi; 8- Trạm bơm chính; 9-Trạm xử lý nước thải; 10- Cống xả; 11- Đường cống có áp; 12- Trạm bơm cục bộ; 13- Khu công nghiệp Những đoạn cống thuộc mạng lưới thoát nước để thu gom nước thải từ một hoặc vài lưu vực được gọi là cống góp, có thể phân biệt các loại cống góp như sau:
- Cống góp lưu vực: thu gom nước thải từ các lưu vực riêng biệt
- Cống góp chính: thu gom và vận chuyển nước thải từ hai hay nhiều cống góp lưu vực
Cống góp chính trong đô thị có vai trò quan trọng trong việc dẫn nước thải ra ngoài hệ thống thoát nước đến trạm bơm hoặc trạm xử lý Để đảm bảo hiệu quả trong việc kiểm tra và nạo vét cặn lắng, các giếng thăm cần được xây dựng trên mạng lưới thoát nước Đồng thời, để thu nước mưa trên các tuyến đường, giếng thu nước mưa cũng cần được lắp đặt Các cống thoát nước có thể được thiết kế đi qua sông, suối (cống luồn) hoặc được xây dựng trên cầu dành cho đường bộ và đường sắt (cầu cạn).
Khi đường cống phải đặt với chiều sâu quá lớn hoặc không thể đặt cống tự chảy được thì phải xây dựng trạm bơm chuyển bậc
Các trạm xử lý nước thải là những công trình quan trọng nhằm làm sạch nước thải và xử lý cặn bùn Sau khi hoàn tất quá trình xử lý, nước thải được xả ra môi trường qua các cửa xả hoặc cống xả, đảm bảo an toàn và bảo vệ nguồn nước.
Một bước quan trọng trong thiết kế hệ thống thoát nước là thiết lập sơ đồ thoát nước, bao gồm mặt bằng của hệ thống và các bộ phận như mạng lưới, trạm bơm, và trạm xử lý Khi lựa chọn sơ đồ thoát nước, cần xem xét các yếu tố như quy hoạch mặt bằng, địa hình, quy mô đô thị, nguồn tiếp nhận nước thải, điều kiện tự nhiên, yêu cầu vệ sinh và khả năng đầu tư.
2.1.3 Các loại nước thải, các loại hệ thống thoát nước
Theo nguồn gốc hình thành, các loại nước thải có thể phân biệt như sau:
- Nước thải sinh hoạt: theo bản chất các chất bẩn được chia thành:
Nước thải từ khu vệ sinh chủ yếu chứa các chất bẩn phát sinh từ hoạt động sinh lý của con người Ngoài ra, nước thải sinh hoạt còn được xả ra từ các hoạt động như rửa chén, giặt giũ, tắm rửa, cũng như từ các nhà tắm và nhà giặt công cộng, bao gồm cả việc rửa sàn.
- Nước thải sản xuất: thải ra từ các dây chuyền sản xuất công nghiệp Nước thải sản xuất được chia ra: nước bẩn và nước quy ước sạch
- Nước mưa: do mưa xuống hoặc tuyết tan
Tuỳ thuộc vào phương thức vận chuyển các loại nước thải, có thể phân biệt các loại hệ thống thoát nước như sau:
Hệ thống thoát nước chung là một mạng lưới dẫn và vận chuyển tất cả các loại nước thải, bao gồm nước sinh hoạt, nước sản xuất và nước mưa, đến công trình xử lý hoặc xả thải trực tiếp ra nguồn nước Để tối ưu hóa kích thước đường cống và giảm lưu lượng nước không cần thiết, một số giếng tràn và cửa xả nước mưa có thể được xây dựng.
Hệ thống xử lý nước thải mang lại nhiều ưu điểm, đặc biệt là đảm bảo vệ sinh môi trường khi toàn bộ nước thải được xử lý trước khi xả ra nguồn tiếp nhận, nếu không xây dựng giếng tràn tách nước Bên cạnh đó, hệ thống này còn có giá trị kinh tế cao cho mạng lưới thoát nước của các khu nhà cao tầng nhờ vào tổng chiều dài mạng lưới ngắn gọn.
Hệ thống thủy lực gặp nhược điểm do lưu lượng nước khi mưa lớn hơn nhiều so với khi không mưa, dẫn đến sự không ổn định trong hoạt động Việc điều phối giữa trạm bơm và trạm xử lý trở nên phức tạp, khó đạt được hiệu quả mong muốn Thêm vào đó, vốn đầu tư ban đầu cho xây dựng hệ thống cũng khá cao.
Hình 2.2 Hệ thống thoát nước chung
1- Mạng lưới đường phố; 2- Giếng thu nước mưa; 3- Cống góp chính; 4- Giếng tách nước mưa; 5- Cống xả; 6-Mương rãnh thu nước mưa; 7- Mạng lưới thoát nước khu công nghiệp; 8- Cống xả;
9- Trạm xử lý nước thải
Hệ thống thoát nước riêng là một hệ thống mà trong đó các loại nước thải khác nhau, chứa các chất bẩn có đặc tính riêng biệt, được dẫn và vận chuyển qua các mạng lưới thoát nước độc lập.
Hình 2.3 Hệ thống thoát nước riêng
THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC THẢI
2.2.1 Những vấn đề cơ bản khi thiết kế a Tài liệu cơ sở Đối tượng tượng thoát nước có thể là những thành phố xây dựng mới, cải tạo hay mở rộng; là các khu dân cư và các xí nghiệp công nghiệp mà giới hạn được ấn định trong thiết kế quy hoach xây dựng Thiết kế hệ thống thoát nước là giai đoạn chuẩn bị cần thiết cho công tác xây dựng Bởi vậy, nếu thiết kế tốt thì công tác xây dựng có điều kiện thực hiện tốt
Các tài liệu cơ sở cho việc thiết kế hệ thống thoát nước thành phố là:
- Bản đồ hiện trạng (bao gồm hiện trạng tự nhiên, hiện trạng kiến trúc và hiện trạng kỹ thuật)
- Bản đồ quy hoạch kiến trúc của khu vực thiết kế (cùng tỷ lệ với bản đồ hiện trạng)
Bản đồ quy hoạch chiều cao khu vực thiết kế thể hiện tỷ lệ tương ứng với bản đồ quy hoạch kiến trúc qua từng giai đoạn, bao gồm các thông số về cao độ tự nhiên và thiết kế, hướng dốc, cũng như các trị số độ dốc cần thiết.
Các tài liệu khí tượng như mưa, gió, độ ẩm và nhiệt độ, cùng với thông tin thuỷ văn về sông ngòi, ao hồ bao gồm diện tích, độ sâu, lưu lượng và mực nước cao nhất, thấp nhất, trung bình, là rất quan trọng Ngoài ra, tài liệu địa chất thuỷ văn liên quan đến mực nước ngầm và địa chất công trình, bao gồm cấu tạo các lớp đất đá, cường độ chịu tải và nguy cơ sụt lở, cũng cần được xem xét.
- Các số liệu về điều kiện vệ sinh môi trường
Để xác định lưu lượng tính toán cho hệ thống thoát nước thải, cần thu thập các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, định mức tiêu chuẩn, quy phạm, đơn giá vật liệu, máy thi công và nhân công Bên cạnh đó, việc tính toán dân số cũng rất quan trọng, bao gồm các số liệu chi tiết về dân số tính toán và thông tin về các khu sản xuất công nghiệp tập trung liên quan đến hệ thống thoát nước.
Dân số tính toán là số người sử dụng hệ thống thoát nước tính theo các giai đoạn quy hoạch xây dựng đô thị
Lưu lượng nước thải sinh hoạt của khu công nghiệp được tính riêng theo số lao động trong các ca sản xuất
Theo kinh nghiệm, để xây dựng hệ thống thoát nước hiệu quả về mặt kinh tế, mật độ dân số cần đạt trên 50 người/ha Nếu mật độ dân số thấp hơn mức này, chỉ nên triển khai hệ thống thoát nước cục bộ.
Tiêu chuẩn thoát nước được xác định là lượng nước thải trung bình hàng ngày tính trên đầu người sử dụng hệ thống thoát nước hoặc trên sản phẩm sản xuất Hệ thống thoát nước bao gồm các công trình thu nhận nước từ nguồn và chuyển giao đến nơi xử lý Để tính toán dân số phục vụ cho hệ thống thoát nước, ta sử dụng công thức N = P (mật độ dân số ng/ha) * F (diện tích tính toán).
Tiêu chuẩn thải nước sinh hoạt ở các đô thị lấy theo tiêu chuẩn cấp nước tương ứng với từng đối tượng
Lưu lượng nước thải vào hệ thống thoát nước thường không đồng đều theo thời gian Để thiết kế hệ thống thoát nước hiệu quả, cần xác định không chỉ lưu lượng trung bình hàng ngày mà còn phải xem xét sự biến đổi lưu lượng nước thải theo từng giờ trong ngày.
Giá trị đặc trưng trị số giữa lưu lượng ngày lớn nhất và lưu lượng ngày trung bình
(tính trong năm) gọi là hệ số không điều hòa ngày
m ax (2-1) Tùy theo đặc điểm của từng đô thị, hệ số không điều hòa ngày của nước thải sinh hoạt khu dân cư lấy Kng = 1,15 ~ 1,3
Tỷ số giữa lưu lượng giờ tối đa và lưu lượng giờ trung bình giờ trong ngày thải nước tối đa gọi là hệ số không điều hòa giờ
Hệ số không điều hòa chung (Kc) là tỷ lệ giữa lưu lượng giờ tối đa trong ngày và lưu lượng giờ trung bình trong cùng một ngày Hệ số này phản ánh sự biến động trong lưu lượng, giúp đánh giá tính không đều của lưu lượng nước.
Kc có thể lấy bằng tích số giữa hai hệ số điều hòa giờ và điều hòa ngày
Kc = Kng Kh (2-3) là công thức tính toán mạng lưới thoát nước, trong đó hệ số không điều hòa chung được xác định dựa trên bảng 2.1 Hệ số này phụ thuộc vào lưu lượng trung bình thải vào hệ thống thoát nước theo giây.
Bảng 2.1 Hệ số không điều hòa chung
Kc 3 2,5 2 1,8 1,6 1,4 1,35 1,25 1,2 1,15 d Xác định lưu lượng tính toán nước thải
Lưu lượng tính toán nước thải là lưu lượng tối đa mà hệ thống thoát nước cần phải xử lý Nó được xác định bằng cách nhân lưu lượng trung bình với hệ số không điều hòa.
Lưu lượng nước thải sinh hoạt khu dân cư
- Qtb.ng : Lưu lượng trung bình ngày
- q: Tiêu chuẩn thải nước, l/người.ng
Lưu lượng nước thải sản xuất
- Q sx tb.ng: Lưu lượng trung bình ngày
- m: Lượng nước thải tính trên sản phẩm, l/t, l/sản phẩm
- P: Số lượng sản phẩm trong ngày, tấn, sản phẩm
Lưu lượng nước thải sinh hoạt trong các khu công nghiệp
- Qng : Lưu lượng trung bình ngày
- N1; N2 : Số lượng công nhân làm việc trong ngày theo tiêu chuẩn thoát nước tương ứng là 25 và 35 lít
2.2.2 Các sơ đồ và nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới thoát nước a Các sơ đồ mạng lưới thoát nước
Việc thiết lập sơ đồ thoát nước là một nhiệm vụ phức tạp do phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện địa hình, địa chất công trình, địa chất thuỷ văn, mức độ phát triển đô thị hiện tại và tương lai, cùng với vị trí của các công trình xử lý và cửa xả nước thải Vì lý do này, không thể xây dựng một sơ đồ mẫu chung cho hệ thống thoát nước Trong thực tế, các sơ đồ thoát nước thường gặp được phân chia thành nhiều loại khác nhau.
Sơ đồ thẳng góc được áp dụng trong địa hình dốc hướng ra sông hồ, nhằm mục đích thoát nước mưa và nước thải sản xuất Nước thải này được quy ước là sạch và có thể xả thẳng vào nguồn nước mà không cần qua quá trình làm sạch.
Sơ đồ giao nhau được áp dụng khi điều kiện địa hình tương tự như sơ đồ thẳng góc, tuy nhiên, nước thải cần được xử lý trước khi xả vào nguồn nước Do đó, cần thiết có cống góp chạy song song với dòng sông để dẫn nước thải đến công trình xử lý.
Sơ đồ phân vùng được áp dụng khi thành phố có nhiều khu vực riêng biệt hoặc địa hình dốc lớn Nước thải từ khu vực thấp sẽ được bơm trực tiếp vào công trình xử lý hoặc dẫn vào cống góp của khu vực cao và tự chảy đến công trình xử lý.
Sơ đồ không tập trung, như hình 2.5d, thường được áp dụng cho các thành phố lớn, có địa hình phức tạp hoặc phát triển theo hình tròn Để đảm bảo hiệu quả, sơ đồ này yêu cầu phải có nhiều trạm làm sạch.
Hình 2.5 Các loại sơ đồ thoát nước
TB- Trạm bơm; TXL- Trạm xử lý; CĐT- Cánh đồng tưới
