Водопроводные системы и сооружения

Раздел: Инженерные сооружения

Развитие цивилизации неразрывно связано с использованием воды, потребление которой происходит во все расширяющихся масштабах. Обеспечение населения водой, отвечающей определенным санитарно-гигиеническим требованиям, является одной из основных задач водоснабжения. Системы водоснабжения представляют собой комплекс инженерных сооружений и устройств, обеспечивающих получение воды из природных источников, ее очистку, транспортирование и подачу потребителям. Системы водоснабжения предназначены также для удовлетворения потребностей в воде промышленности и сельского хозяйства.

В настоящее время многочисленные потребители предъявляют к воде требования, различные как в количественном, так и в качественном отношении. Рост водопотребления привел во всем мире к количественному и качественному дефициту воды. Поэтому в современных условиях требуется комплексный подход к решению задач водоснабжения, учитывающий интересы различных групп потребителей воды, рациональное ее использование, предусматривающий разработку мероприятий по охране источников от загрязнения и истощения, совершенствование систем водоснабжения, использование научно обоснованных норм водопотребления, разработку маловодных и безводных технологических процессов, совершенствование водного законодательства и др.

Первые сведения о сооружениях, связанных с добавлением и использованием воды, получены из археологических находок и письменных памятников древних цивилизаций, обнаруженных на берегах рек: Тигра и Евфрата в Месопотамии, Нила в Египте, Инда в Индии, Хуанхэ в Китае. Эти и более поздние данные позволяют судить о том, как люди научились создавать системы водоснабжения, возводить плотины и дамбы, регулировать русла рек, прокладывать ирригационные и осушительные каналы. Они свидетельствуют о том, что человек очень давно имел, хотя и не совсем научные, знания о воде.

Важнейшим достижением в древности было строительство «канатов» («кяризов»), представляющих собой искусственные подземные русла для отвода самотеком на большие расстояния воды источников или водоносных пород. Первые сооружения такого рода, по данным рукописей, были построены в Урарту (на территории современной Армении) в VIII—VII вв. до н.э. Одна из древних систем каналов находится к югу от города Дизфуль в Иране.

Дальнейшее развитие системы водного хозяйства получили в период греко-римской цивилизации (от 100 г. до н.э. до конца II в. н.э.), когда были заложены принципы создания централизованных систем водоснабжения.

Первые сведения о создании централизованных городских водопроводов в других странах Европы относятся к XII—XIII вв. Некоторые древние водопроводные устройства, применявшиеся народами, которые жили на современной территории СССР, сохранились до настоящего времени. К ним следует отнести кяризы в маловодных районах Средней Азии, выдолбленные емкости для сбора воды в Крыму, деревянные самотечные трубопроводы в Новгороде и т. п.

Обычным способом водоснабжения русских городов являлось получение воды или из поверхностных источников, вблизи которых строился город, или из колодцев и прудов, вырытых в местах с обильными подземными водами. При изыскании водоисточников наряду с хозяйственными целями учитывалась необходимость получения воды в случае обороны города, для чего устраивались скрытые подземные ходы — «тайники» из города к ближайшему водоему.

Первый самотечный водопровод был построен для Московского Кремля в 1492 г., головным сооружением его являлась Арсенальная (ранее Собакина) башня, где находился родник. Затем в 1632—1634 гг. был построен новый кремлевский водопровод.

После присоединения Сибири к России в ней началось массовое строительство специальных сооружений для водоснабжения, связанное со строительством крепостей и укрепленных пунктов для защиты пограничных линий. Расположение источников водоснабжения оказывало определяющее влияние на развитие структуры городов, которая сложилась в большинстве из них в XVII— XVIII вв. Водообеспечение городов-крепостей еще в этот период было связано со строительством достаточно сложных по тому времени гидротехнических сооружений: плотин, водоподводящих галерей, деревянных срубных колодцев, бассейнов и резервуаров для хранения запаса воды. П-ри этом использовался опыт строительства водопроводных сооружений Европейской России.

С развитием промышленности стало происходить функциональное разделение систем водоснабжения на промышленное и хозяйственно-питьевое. Особенно четко это разделение проявилось в горно-заводских поселениях. Технический прогресс в XVIII—XIX вв. коснулся главным образом промышленного водоснабжения, системы хозяйственно-питьевого назначения оставались на низком уровне развития. Для горно-заводского производства стали создаваться водохозяйственные комплексы, в которые входили водозаборные сооружения, плотины, деривационные каналы, водоподводящие и водораспределительные трубы и лотки и водоотводящие каналы. Дальнейшее развитие водоснабжение в России получило в связи с развитием железнодорожного транспорта в конце XIX начале XX в.: вода требовалась для паровозов так же, как и топливо. Однако при развитии систем железнодорожного водоснабжения нужды населения, как и раньше, в достаточной мере не учитывались. Системы железнодорожного водоснабжения представляли собой локальные водопроводы, обеспечивавшие все потребности железнодорожной станции. Действовавшие немногочисленные городские водопроводы не могли удовлетворить потребности в воде железнодорожных станций. Эти водопроводы представляли собой чрезвычайно малые системы, менее совершенные в техническом отношении, чем действовавшие в то время железнодорожные водопроводы.

Первый централизованный водопровод Москвы был введен в действие в 1804 г. Источником водоснабжения для этого водопровода служили подземные воды верховьев р. Яузы. В дальнейшем этот водопровод перестраивался и модернизировался. В 1903 г. была пущена в строй первая очередь Москворецкого водопровода, который забирал воду из р. Москвы. Расширение Москворецкого водопровода продолжалось вплоть до 1917 г., когда в город подавалось 13 млн. 240 тыс. ведер воды в сутки. На каждого жителя Москвы приходилось 6,5 ведра воды.

Сооружались водопроводы и в других городах. В течение XIX в. в России было построено еще 64 городских водопровода. Однако это строительство в основном проводилось в европейской части России. В этот период из всех сибирских городов лишь в Тюмени был небольшой водопровод общего пользования. До 1917 г. в Сибири были построены хозяйственно-противопожарные водопроводы только в семи городах. Вплоть до Великой Октябрьской социалистической революции строительство водопроводов велось очень медленно.

Советское государство с первых дней своего существования придавало огромное значение рациональному использованию природных богатств и их охране. В ряде ленинских документов говорится и о водных ресурсах, их рациональном использовании и охране от истощения и загрязнения. Декретом Совнаркома от 17 мая 1918 г. «Об организации оросительных работ в Туркестане», подписанным В. И. Лениным, предусматривалось выделение 50 млн. руб. на ирригацию. Этим было положено начало осуществлению крупных государственных программ по орошению и осушению земель. Вопрос об охране вод ставился и в постановлении Высшего Совета Народного Хозяйства от 20 февраля 1919 г. «О Центральном комитете водоохранения».

14 мая 1919 г. В. И. Ленин подписал декрет Совнаркома «Об учете буровых на воду скважин». Этим декретом Научно-техническому отделу ВСНХ предписывалось .учесть все имеющиеся в пределах республики буровые на воду скважины в целях выработки необходимых мероприятий по рациональному использованию и охране от истощения и загрязнения артезианских вод, являющихся одним из главнейших источников снабжения населения доброкачественной водой.

В годы гражданской войны и борьбы с иностранной интервенцией коммунальное хозяйство многих городов было разрушено. В 20-х годах делались попытки разработать водное законодательство. В 1924—1925 гг. секцией водного хозяйства Госплана СССР был подготовлен проект Основных начал водного законодательства Союза ССР. Независимо от Госплана СССР силами Экономического Совета Средней Азии был выработан проект Основных положений водного законодательства Союза ССР, одобренный затем XVI Пленумом Средне- Азиатского бюро ЦК ВКП(б) в мае 1928 г. Важное значение для развития водопроводно-канализационного хозяйства имели решения июньского Пленума ЦК ВКП(б) 1931 г., указавшего на необходимость дальнейшей реконструкции и развития городского хозяйства СССР.

За годы первой (1929—1932 гг.) и второй (1933— 1937 гг.) пятилеток была проведена коренная реконструкция многих существующих водопроводов и введено в строй более 100 городских промышленных водопроводов, построены новые системы водоснабжения в десятках городов. После принятия Конституции СССР 1936 г. и конституций союзных республик в период с 1941 по 1958 г. в некоторых республиках были изданы новые законы о сельскохозяйственном водопользовании.

В годы Великой Отечественной войны водопроводное хозяйство обеспечивало бесперебойную подачу воды на нужды оборонной промышленности и пожаротушение от бомбардировок.

После окончания войны при восстановлении и развитии промышленности и городов были выдвинуты новые задачи по восстановлению и строительству систем водоснабжения. Были построены районные системы водоснабжения Донбасса, Криворожья, промышленных районов Урала и Сибири. Освоение целинных земель, вовлекших в хозяйственную деятельность огромное число людей, потребовало создания районных систем водоснабжения протяженностью сотни и тысячи километров.

Для развития городов и промышленности требуется все большее количество воды, что приводит к увеличению сточных вод, сбрасываемых в водоисточники. В результате происходит нарушение экологического равновесия, приводящее к количественному и качественному дефициту воды .

В 1970 г. Верховным Советом СССР был принят закон «Основы водного законодательства Союза ССР и союзных республик». Он утверждает государственную собственность на воду, устанавливает порядок пользования природными водами, права и обязанности водопользователей, условия и порядок сброса в водоемы сточных вод, меры по охране водоемов от загрязнения и систему контроля при эксплуатации природных источников.

. За девятую пятилетку в нашей стране построено около 700 водопроводов. В десятой пятилетке были выделены большие материальные средства на природоохранные цели, включая строительство большого числа очистных сооружений, создание замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий.

В современном мире в индустриально развитой стране на 1 чел. в год расходуется около 1,2—1,5 тыс. м3 воды. Промышленность страны за тот же срок потребляет не менее 500 млн. м3. Немало воды идет на орошение. Общие расходы огромны.

Экономному расходованию водных ресурсов, охране их от загрязнения в нашей стране уделяется большое внимание. Так, лишь в десятой пятилетке на строительство системы оборотного и повторного использования воды в промышленности было израсходовано 1,2 млрд. руб. Это позволило улучшить состояние источников водоснабжения, а также условия жизни и отдыха советских людей.

В одиннадцатой пятилетке работы по сбережению водных ресурсов продолжались. В результате уменьшился забор свежей воды на нужды промышленности и сельского хозяйства, возросла роль оборотного водоснабжения, уменьшился сброс загрязненных стоков. Однако несмотря на достижения, в ряде районов вода стала дефицитным сырьем. И во многих случаях дешевле и эффективнее сократить ее потребление, чем транспортировать издалека.

За последнее десятилетие охранные мероприятия были осуществлены более чем в 140 городах и на 1000 предприятиях.

Решения XXVII съезда КПСС, пятилетний план экономического и социального развития СССР на 1986— 1990 гг. определяют интенсивный путь развития народного хозяйства. На современном этапе дальнейшее развитие систем водного хозяйства связано с применением прогрессивных решений при их проектировании, строительстве и эксплуатации.

Использование достижений научно-технического прогресса позволит интенсифицировать работу систем и сооружений водоснабжения, сократить строительные затраты и эксплуатационные расходы, повысить производительность труда и экономить материальные и трудовые ресурсы. Применение более совершенных сооружений водного хозяйства будет также способствовать защите окружающей среды от загрязнений и рациональному использованию природных вод.

Широкое внедрение вычислительной техники позволяет решать задачи проектирования и эксплуатации на качественно новом уровне, обеспечивающем требования экономичности и надежности. К таким задачам следует отнести гидравлические расчеты систем подачи и распределения воды, расчеты по защите трубопроводов от гидравлических ударов, выбор оптимальных режимов работы как отдельных элементов, так и всей системы в целом и ряд других сложных задач.

Важнейшей задачей повышения эффективности работы систем подачи и распределения воды является защита трубопроводов от внутренней коррозии. Одним из путей решения этой проблемы является применение труб с внутренними покрытиями. Наиболее радикальным решением проблемы экономии воды, а также уменьшения ее загрязнения является использование воды в процессе промышленного производства в системах оборотного водоснабжения.

Охлаждающие системы оборотного водоснабжения являются самыми водоемкими в области промышленного водоснабжения. Применение современных и вновь разрабатываемых охладителей позволит повысить эффективность охлаждения и, следовательно, снизить расход воды.

Одним из путей сокращения оборотной и свежей воды из природных источников на производственные нужды служит воздушное охлаждение вместо водяного. Оно позволяет уменьшить количество загрязненных сточных вод, сбрасываемых в водоемы.

В системах, оборотного водоснабжения достаточно простыми в эксплуатационном отношении методами кондиционирования технической воды для защиты металлов от коррозии, предотвращения накипеобразования и борьбы с развитием биологических обрастаний являются реа- гентные методы. Использование наряду с традиционными реагентами новых позволит значительно повысить эффективность работы этих систем.

При рациональном размещении сооружений оборотного водоснабжения на промышленной площадке, их блокировании и совершенствовании значительно снижаются капитальные и эксплуатационные затраты и повышается их надежность.

Дальнейшее развитие систем водоснабжения промышленных предприятий в районах с высокой плотностью застройки и развитой промышленностью ведется в настоящее время в основном за счет создания более рациональных систем водопользования, включая замкнутые системы, а также за счет использования альтернативных источников водоснабжения, основная роль среди которых отводится использованию доочищенных сточных вод. За последние годы накоплен определенный опыт применения очищенных сточных вод в техническом и сельскохозяйственном водоснабжении.

В СССР и за рубежом проводятся комплексные исследования по проблемам, связанным с созданием замкнутых систем водного хозяйства. Их применение перспективно при водоснабжении и канализации промышленных предприятий, узлов и промышленных районов. Если раньше эти вопросы рассматривались только для промышленных зон с острым дефицитом воды, то в настоящее время создание систем с минимальным сбросом воды и отходов является непременным условием при проектировании любых предприятий независимо от места их расположения.

Дальнейшее развитие водопроводных систем и сооружений связано также с совершенствованием и созданием новых видов механического и электрического оборудования, средств автоматизации. Использование в практике проектирования и строительства укрупненных элементов заводского изготовления, внедрение методов блочного монтажа узлов технологического оборудования являются одной из мер интенсификации развития систем водоснабжения. Достижения научно-технического прогресса позволяют решать названные и другие проблемы водоснабжения наиболее рациональными и экономичными методами и способами.

Следует отметить, что для решения научных и инженерных вопросов водопроводной техники много сделали русские ученые и инженеры: Н. Е. Жуковский, И. П. Зимин, К- М. Игнатов, В. Е. Тимонов, Ш. И. Черепашин- ский, Н. К- Чижов и др. Многие задачи теории и практики водоснабжения решили советские ученые: Н. Н. Абрамов, С. X. Азерьер, В. М. Бочевер, Н. Н. Гениев, Н. А. Кашкаров, В. А. Клячков, В. Г. «Побачев, Н. Г. Ма- лишевский, М. Т. Турчинович и многие другие. Большой вклад в развитие теории и практики водоснабжения вносят ученые и инженеры ведущих научно-исследовательских, проектных и других организаций — ВНИИ ВОДГЕО, НИИКВОВ Академии коммунального хозяйства им К. Д. Памфилова, СоюзводоканалНИИпроект, Гидропроект, АТЭП и многие другие отраслевые институты и ведомства, а также ученые Академии наук СССР.