Водоснабжение и водопроводы

Водоснабжение и водопроводы.

Источники водоснабжения. Для водоснабжения населенных местностей служат воды надземных и подземных источников. К первым относятся воды ручьев, рек, прудов, озер и искусственных водохранилищ (черт. № 1); ко вторым - ключевые, грунтовые и артезианские воды. Атмосферные воды (дождевые, от таяния снега), выпадая на поверхность земли, в небольшой своей части просачиваются в грунт и образуют подземные резервуары медленно текущей воды (подземные воды: ключевые, грунтовые, артезианские); значительно большей частью они стекают с поверхности почвы в ручьи, реки, пруды, озера (надземные, верховые воды дождевые, талого снега) и главной своей частью постепенно испаряются поверхностью почвы и находящейся на ней растительностью. В большей части Европейской России атмосферные воды распределены очень равномерно: в среднем за год выпадает слой воды около 0,5 м  (1/4 саженей) толщиной, что на 1 квадратную версту составит в среднем за сутки 120 000 ведер воды. Для обычной ровной местности средней России можно грубо оценить: инфильтрацию (воды, проникающие в почву) в 12% от всего количества осадков, т. е. около 15 000 ведер на 1 квадратную версту в среднем за сутки; сток верховой воды в 30%, т. е. около 30 000 - 40 000 ведер с 1 кв. версты за сутки. Остальная, большая часть испаряется поверхностью почвы и растениями. В ровной болотистой, лесистой местности инфильтрация больше, а течение подземных вод крайне равномерно: не только месячные, но и годичные колебания в осадках мало оказывают влияния на продуктивность и уровень подземных резервуаров грунтовой воды в бассейнах большой площади. В этих условиях относительно равномерен и сток верховых вод. В овражистой, безлесной, занятой пашней, застроенной и спланированной местности инфильтрация меньше, а сток подземных вод неравномерен; например, ранним летом расход подземного бассейна может быть раз в 10 больше, чем в конце зимы. Злаки испаряют большое количество воды, верховые воды стекают быстро (например, весеннее половодье отводит большую половину всей воды, уносимой рекой за год), глубокие овраги, как естественный дренаж, быстро отводят подземную воду от таяния снега и продолжительных дождей, что и создает небольшую и неравномерную продуктивность подземных бассейнов в безлесных местностях.

Вода, просачиваясь, доходит  до водонепроницаемых грунтов (правильнее с малой и ничтожной проницаемостью - глинистых, скалистых), движется по ним в направлении наименьшего сопротивления и выходит в низко лежащих частях местности - у ручьев и рек. Если местность овражистая или гористая и водонепроницаемый слой лежит высоко над рекой, то грунтовые воды обычно выбиваются наружу в виде ключей у оврагов, ручьев и рек (например, у Нижнего Новгорода на 20 см  выше реки Оки, черт. № 2). Устройство приемных колодцев в месте выхода ключей дает простой способ добывания подземных вод. При ровной или низкой местности, а, следовательно, положении водонепроницаемого слоя ниже дна рек, подземные воды питают ручьи и реки на всем протяжении последних. На черт. № 3 нанесен план местности с указанием линии водораздела подземного бассейна грунтовых вод. Обычно линия водораздела и поверхности грунтового бассейна приближенно совпадают с линией водораздела верховых вод и орографией местности, а потому по нивелирному плану или даже плану рек и ручьев этой местности можно грубо оценить продуктивность подземного бассейна. Промеры в конце зимы расхода воды в ручьях и реках (небольших) могут определенно установить размер постоянной инфильтрации в бассейне, так как в это время естественные протоки питаются только грунтовой водой.

Ввиду прослоек в водонепроницаемых грунтах вода просачивается в нижние водопроницаемые грунты, где создает потоки нижних - артезианских вод. Течение этих вод направляется к местам выклинивания непроницаемого под ними грунта, т. е. к низким местам - обычно большим рекам и морям. Ввиду высокого положения этих вод над местом выхода и напора вышележащего грунтового потока артезианские воды текут между водонепроницаемыми грунтами под напором. Устраивая искусственный выход для этих вод, буровой колодец заставляет воду подниматься в скважине, иногда - в низких местах - и значительно выше поверхности земли у колодца.

В нагорных лесистых и болотистых местностях обычно много ключевой воды; в такой же ровной местности много грунтовой воды; в безлесных с частыми и глубокоразвитыми оврагами приходится искать артезианскую воду, добывание которой связано с большими трудностями в устройстве и эксплуатации.

Источниками надземных вод для крупных водоснабжений служат реки и редко озера. При проектировании речных водоснабжений необходимо определение минимального расхода в реке. Максимальная продуктивность водоснабжения (в 1,5-2 раза более среднесуточного расчетного расхода) должна быть, по крайней мере, раз в 5 менее минимального расхода воды в реке.

Добывание воды. При добывании воды из ключей выход последних заключается в небольшие каменные приемные колодцы, из которых и ведется отбор воды. Во избежание заражения почвы нежелательно устраивать жилые здания вблизи места добывания ключевой воды.

Грунтовые воды для небольшого потребления собираются отдельными колодцами: опускными (черт. 4, фиг. 1), буровыми (подобно изображенным на черт. 4, фиг. 6), или рытыми. Кладка опускных колодцев производится у поверхности земли и постепенно опускается, по мере выбирания грунта изнутри колодца. Дойдя нижней частью колодца до водоносного слоя, приходится выбирать грунт, ведя откачку воды. Буровой колодец состоит из опущенной в грунт бурением железной трубы, которая в водоносном слое - дырчатая и обтянута медной сеткой - фильтром. В эту трубу опущен насос с всасывающей к нему трубой. Рытые небольшие колодцы обычно делаются из деревянных бревен, которые постепенно подводятся снизу сруба по мере углубления колодца. Деревянные срубы недолговечны, особенно в колодцах большой глубины и в песчаных грунтах; дерево гниет и портит воду, верховая вода легко проникает через сруб, а потому устройство этих колодцев в питьевых и хозяйственных целях - нежелательно.

Грунтовые воды в большом количестве собираются системой колодцев, часто буровых, а также дренажными трубами и сборными галереями, укладываемыми в водоносном слое. Выбор той или иной системы зависит от глубины заложения, крупнозернистости, толщины водоносного слоя и мощности потока, а также количества добываемой воды. Если грунтовая вода близка к поверхности земли и течет мощным потоком в крупнозернистом грунте, то укладка дренажных труб (черт. № 4, фиг. 8) большой длины, но на небольшую глубину дает надежное и недорогое устройство. При очень большом количестве добываемой воды вместо труб устраивается сборная галерея (черт. № 4, фиг. 9). При мелкозернистых грунтах, лежащих на большой глубине, приходится прибегать к устройству системы буровых колодцев. На черт. 4, фиг. 1 изображен железобетонный опускной колодец, над которым поставлена колонка ручного насоса, а рядом с ней сделан люк в колодец для осмотра и ремонта его. Колодцы, подобные описанному, строятся как дворовые, так и для общественного пользования в небольших поселках (на сотни ведер в сутки). Если же расход воды в поселках велик (тысячи ведер), то приходится делать или к колодцу водосборную (дренажную - длиной 10-20 саженей) линию, или два колодца, соединяя их дренажной линией или сифоном, а для подъема воды ставить небольшие двигатели. Если колодцы соединяются водосборной линией, то последнюю возможно делать из бетонных труб прямоугольного сечения с наклонными отверстиями в боковых стенках (см. черт. 4, фиг. 8). Дренаж из бетонных труб должен быть засыпан гравием, который служит фильтрующим слоем и вместе с наклонными отверстиями препятствует движению песка внутрь трубы. Для того, чтобы в водосборном устройстве можно было иметь большой запас воды, один из колодцев делается большого сечения, как это показано на черт. 4, фиг. 3. Если устройство водосборной линии по местным условиям слишком дорого или трудно выполнимо, то колодцы возможно соединить сифоном, укладка которого дешевле и легче дренажа (черт. 4, фиг. 4). Дренажная линия (например, по типу черт. 4, фиг. 8) большой длины (20-100 и более саженей) с колодцами на ней (расстояние между колодцами - 25 саженей) дает возможность в подходящих грунтах собирать относительно большое количество воды (десятки тысяч ведер в сутки). На черт. 4, фиг. 9 изображен разрез галереи для сбора большого количества воды (сотен тысяч ведер в сутки при длине галереи - 100 и более саженей) из неглубоко лежащих подземных потоков в крупно-песчаных и гравелистых грунтах. Устройство подобной галереи заключается в следующем. На дне канавы в водоносном слое, при усиленной откачке воды, укладываются готовые бетонные плиты, на них стены из специальных бетонных камней с узкими отверстиями, а далее свод. Галерея с боков и верха обсыпается слоями гравия, разной крупности.

При устройстве опускных колодцев дренажа и водосборных галерей требуется усиленная откачка воды, что затрудняет и удорожает работы. В этом отношении устройство буровых колодцев проще, но эксплуатация их не так надежна, как правильно выполненных предыдущих сооружений, доступных для осмотра, ремонта, чистки и пр.

Система буровых колодцев устраивается обычно при добывании воды из глубоко лежащих водоносных слоев. На табл. 4, фиг. 5 изображены план и разрез подобной водосборной линии, а на фиг. 6 буровой колодец. Конец обсадной трубы, находящейся в водоносном грунте, при надежном устройстве водосборов, делается из медной дырчатой трубы, обтянутой снаружи мелкою медной сеткой (медь в воде стойка).

При добывании артезианской воды из очень глубоких водоносных слоев (50, 100 и более саженей) устраивается одна, две буровые скважины (черт. 5) большого диаметра. Заносы мелким песком фильтра и нижней части скважины и зарастание фильтра в артезианских колодцах представляют большое неудобство при их пользовании, особенно в мелкозернистых водоносных слоях.

Устройство водоприемных сооружений речного водоснабжения связано с местными, иногда тяжелыми условиями выполнения. Уровень воды в реках изменчив: во время половодья он, например, в больших реках, поднимается на 5-6 саженей выше меженных вод.

Очистка воды. Естественная и искусственная очистка воды происходит: механически (отстаиванием, аэрацией), химически (искусственно - прибавлением коагулянтов: квасцов, гашеной извести, сернокислого алюминия и проч.; действием на воду озона и пр.), биомеханически (в природе - фильтрованием через почву и грунты; искусственно - английским, предварительным и американским фильтрованием) и комбинированием этих способов.

Атмосферные воды, очищенные испарением, обычно чисты. Попадая на поверхность земли, они загрязняются органическими веществами, бактериями и пр. В заселенных местностях означенное загрязнение делает верховые воды опасными для пользования в питьевых целях, тем более, что открытые водоемы заражаются стоками нечистот от жилищ. Главную опасность представляет присутствие в воде болезнетворных бактерий, особенно во время эпидемий (тиф, холера и пр.).

Просачиваясь через чистые грунты, верховые воды очень совершенно очищаются фильтрованием, как в физическом, так и в бактериологическом отношении, а потому воды ключей, грунтовых и артезианских потоков обычно не требуют очистки (водоснабжения подземными водами в городах: Москва, Рига, Царское Село, Полтава и др.; см. также чертежи 2, 3, 4, 5, 6). Химический состав верховой воды при проходе через грунты иногда настолько меняется, что вода становится непригодной без искусственной очистки для питья и промышленных целей (очень железистые или жесткие воды). Очистка воды в этих случаях ведется простыми способами: удаление солей железа аэрацией, фильтрованием; смягчение воды для промышленных целей - содой-цеолитом и проч. В городских водоснабжениях избегают пользоваться подобными водами. Физические и химические свойства грунтовых вод в месте их выхода обычно постоянны. Усиленное добывание грунтовых вод может вызвать значительное изменение состава воды (увеличение жесткости и примеси железа в мытищинских источниках г. Москвы).

Верховые воды, загрязняемые почвой и стоками нечистот от жилищ, очищаются в прудах и озерах отстаиванием, а в реках и аэрацией. В реках и ручьях верховая вода в значительной степени разбавляется и чистой грунтовой водой, которая постоянно и равномерно питает их. Очистка отстаиванием стоячих вод крупных водоемов (озер, искусственных водохранилищ) происходит совершенно только при благоприятных условиях. Текущие воды ручьев и рек ввиду обычного отсутствия накоплений ила на дне, а также благодаря аэрации и разбавлению чистыми грунтовыми водами, очищаются в лучшей степени, чем стоячие воды: процесс самоочищения в них резко выражен. Вообще же в реках зимой (северной и средней России) и при отсутствии дождей вода относительно чиста, но она сильно загрязняется половодьем и паводками (например, сотни бактерий в 1 куб. см  речной воды зимой и десятки тысяч во время половодья).

При искусственной очистке верховых вод приходится считаться с максимальным загрязнением воды. При относительно чистой в бактериологическом отношении воде во время наибольшего ее загрязнения достаточно отстаивания (см. № 8, фиг. 1); при присутствии в этой воде большого количества взвешенных веществ отстаивание должно сопровождаться и коагулированием. Подобные условия очистки могут иметь место при водоснабжении поселков, железнодорожных станций, фабрик и пр. в местностях мало населенных. При загрязнении воды бактериями приходится прибегать кроме отстаивания и к фильтрации, чем и при наибольшем ее загрязнении может быть достигнута относительная чистота воды, т. е. в 1 куб. см очищенной воды сотни бактерий (речные водоснабжения Варшавы, Нижнего Новгорода; см. №№ 9, 10, 1, 8, 11). При предъявлении к качеству воды, загрязненной бактериями, высоких требований очистку приходится вести отстаиванием, коагулированием, предварительным и окончательным фильтрованием (Москворецкий водопровод г. Москвы: прием воды - на 50 вершков выше города; бактерий в 1 куб. см < 100). При возможности распространения в воде болезнетворных бактерий является необходимость в стерилизации воды озонированием и проч. (Санкт-Петербург - место приема из реки в черте города).

Из изложенного видно, что для искусственного очищения больших количеств речных вод наибольшее применение имеет фильтрование, соединенное с отстаиванием. Подобные очистительные станции обыкновенно устраиваются в таком составе: отстойник, фильтр той или иной системы, сборный резервуар чистой воды и оборудование - водоподъемными машинами, трубопроводами и пр. (см. черт. №№ 9, 10, 1, 12, 11, 13).

Отстойник (например, указанный на черт. № 8) представляет собой большой резервуар, в котором вода находится или в покое (1-2 и более суток - отстойники периодического действия), или в движении с очень малой скоростью 1-2 мм в секунду (отстойники непрерывного действия - продолжительность отстаивания от 2-х часов до 1 и более суток). Продолжительность отстаивания, т. е. время прохода воды через отстойник, зависит от системы фильтров, качества речной воды и пр., а потому колеблется весьма в широких пределах. В практике очищения речной воды встречается как двухчасовое отстаивание - при фильтрах быстрого фильтрования (американских, механических), так и ½ - 2-х-суточное при фильтрах медленного фильтрования (английских). Отстойники небольших размеров, например, для некрупных станций быстрого фильтрования, устраиваются в закрытых помещениях. Отстойники же больших размеров делаются открытыми в виде прудов и закрытыми в виде каменных резервуаров (черт. 8). Первые дешевы в устройстве, но неудобны в эксплуатации, так как в них под влиянием тепла и света развиваются низшие организмы, а во время морозов они промерзают. В крытых отстойниках обычно глубина воды 2-4 м. На каждые 10 000 ведер воды, очищаемых в среднем за сутки, рабочая площадь отстойника глубиной 3 м приближенно определится: для медленной фильтрации при ½ -суточном отстаивании ...10 000×1,5 (неравномерность подачи в город) × ½ :(81,3 ведер × 3 м) = около 31 квадратных метров; для быстрого фильтрования при тех же условиях и 2-х-часовом отстаивании ...10 000×1,5×¹/₁₂:(81,3×3) = около 5 дм. Отстаиванием удаляются: все крупные части; при мутной с большим содержанием бактерий воде - часть мелких взвешенных частиц и бактерий (например, бактерий до 30%). Подобная работа при загрязненной воде недостаточна (100 000 бактерий в речной воде, 700 000 в воде отстойника), а потому является необходимость в химической очистке - коагулировании. Прибавление коагулянта резко повышает работу отстойника: хлопья коагулянта, осаждаясь, захватывают большую часть мелких взвешенных частиц и бактерий (выделяется тех и других до 80%; при 100 000 бактерий в сырой воде – 20 000 в воде отстойника). Вода, прошедшая через отстойник, поступает на английский (черт. № 8) или на американский (черт. № 12, фиг. 1) фильтр и там освобождается от более тонкой мути и бактерий, которые не могли быть удалены отстаиванием. В английском фильтре вода очищается, проходя через слой мелкого песка (d = около 0,5 мм; толщина слоя... 0,8-1,2 м) и несколько слоев более крупного песка и гравия (dd = от 2 мм до 30 мм, общая толщина слоев 50-60 см), служащих постелью для верхнего слоя (черт. 8, фиг. 3). Проходя через песок, вода оставляет на его поверхности органические частички и бактерии, образует из них пленку, служащую активным фильтром английской системы. Когда фильтр засоряется и перестает пропускать фильтрат удовлетворительного качества, его подвергают чистке, т. е. снимают верхний слой песка на толщину около 1-2 см. Максимальная скорость фильтрования в английских фильтрах около 100 мм в час, т. е. 1 дм фильтрующей поверхности за сутки может дать 2,4 куб. метра. На каждые 10 000 ведер среднесуточного расхода площадь фильтра приближенно определяется ...10 000 ведер × 1,5 (неравномерность подачи в город) × 1,5 (неравномерность работы фильтров) : 880 ведер = 25,6 кв. саженей.

В американских (механических) фильтрах скорость фильтрации ...4-5 м в час, т. е. в 40-50 раз больше скорости английских фильтров, а потому и площадь их во столько же раз менее. Фильтрация в них всегда ведется с коагулированием, при котором на поверхности фильтра образуется пленка из хлопьев коагулянта - активный фильтр механической системы.

Благодаря большой скорости, допускаемой за счет постоянного коагулирования воды, фильтры этой системы засоряются быстрее и чинятся чаще: при очень загрязненной воде и усиленном коагулировании ее - несколько раз в сутки. Чистка таких фильтров производится промывкой песка профильтрованной водой и ворошением его механическими мешалками, продуванием воздуха, промывкой водой под напором и пр. При благоприятных условиях работы и хорошем уходе как те, так и другие фильтры могут задерживать до 97-99% бактерий, т. е. дают полную возможность получать нормально-чистую воду. Но такая работа их становится неудовлетворительной в тех случаях, когда вода слишком загрязнена тонкой мутью или низшими организмами (во время половодья, паводков и пр.). В первом случае вода получается несколько окрашенная (с опалесценцией), а во втором через фильтр проходит слишком много бактерий. Так, например, при 200 000 бактерий в 1 кубическом сантиметре речной воды и при хорошей работе в фильтрате могут быть сотни и даже тысячи бактерий (например, по грубому подсчету: для английского фильтра без коагулирования – 200 000 бакт. × 0,7 раб. отст. × 0,01 раб. фильтра = ок. 1 300 бакт.; для американского фильтра – 200 000 бакт. × 0,3 раб. отст. × 0,02 раб. фильтра = 1 200 бакт.).

Для предварительной грубой очистки применяются предварительные фильтры. В них задерживаются хлопья коагулянта, а потому работа английских фильтров значительно облегчается. При предварительных фильтрах площадь английских фильтров может быть раза в два меньше, чем без них, т. е. скорость фильтрации может быть доведена до 200 мм в час. В предварительных фильтрах скорость фильтрования - 1-2 м в час, а поэтому площадь фильтрующей поверхности раз 10-20 меньше площади английских фильтров. Загрузка их состоит из слоя крупного песка d=1-2 мм, толщиной - 30-40 см, и балластного слоя dd - 2-15 мм, толщиной также 30-40 см.

Очистительные станции почти всегда устраиваются при водоподъемных станциях и водоприемных сооружениях, расположенных по течению рек выше города, где речная вода относительно чиста (черт. №№ 9, 1, 13). Схема расположения заборного сооружения, насосной станции и резервуаров очистительной станции намечена на черт. 10, а детали этих сооружений на черт. 12, 8, 11. На черт. 8, фиг. 1 представлено одно отделение железобетонного отстойника. Речная вода подводится в отстойник по трубе а, а отстоявшаяся - через желоб b и трубы с на фильтры. Стояк d служит для предохранения отстойника от чрезмерного заполнения. Опорожнение отстойника в случае чистки или ремонта производится посредством задвижки е и трубы d. Прибавление раствора коагулянта к речной воде производится в подающую трубу отстойника - а.

На черт. 8, фиг. 2 изображен английский железобетонный фильтр на 4 отделения с двумя подводящими b и двумя отводящими d камерами, в которых сосредоточены задвижки, регуляторы и прочее оборудование для управления работой фильтра. Вода из подводящих камер b расходится по поверхности песка, проникает через него (черт. 8, фиг. 3), собирается дренажем и поступает по коллектору с в отводящую камеру d  из которой через регуляторы скорости фильтрации отводится трубопроводами f в сборный резервуар чистой воды (черт. 11, фиг. 1). После опорожнения заполнение фильтра производится чистой водой снизу вверх, т. е. через коллектор с, дренажную сеть, в нижние загрузочные слои фильтра. Когда вода поднимается выше верхнего слоя песка, в фильтр пускают воду, подлежащую очистке. Эту воду, вначале работы фильтра, спускают в водостоки до тех пор, пока на фильтре не образуется нормальная пленка и фильтрата получится надлежащей чистоты, который уже и отводится в сборный резервуар. Конструкция механических фильтров разнообразна. На черт. № 12, фиг. 1 намечена схема фильтра системы Джуэлля. Фильтр состоит из железного вертикального, с двойными в верхней своей части стенками, бака а, на дне которого, под слоем мелкого фильтрующего песка, уложена система сборных труб с. Вода подводится по трубе е, проходит через кольцевое пространство между цилиндрами а и b, переливается через край внутреннего бака а и расходится по поверхности песка. Пройдя через фильтрующий слой, вода собирается трубками с и по трубе d через регулятор скорости фильтрации уходит в резервуар чистой воды. Схема очистительной станции с механическими фильтрами изображена на черт. 12, фиг. 2, где А - железный отстойник, емкостью равный двухчасовому расходу фильтра; В - фильтр; а и b - бачки для приготовления раствора коагулянта и с - бачок, регулирующий расход раствора.

Очищенная в фильтрах вода поступает в сборный резервуар, регулирующий равномерность работы очистительной станции. На черт. 11, фиг. 1 изображен железобетонный сборный резервуар чистой воды, разделенный на случай чистки и ремонта на две самостоятельные части, из которых каждая перегорожена тонкими железобетонными перегородками, для образования, во избежание застоя, тока воды.

Очистка речных вод в городских водоснабжениях, т. е. в крупном размере, не всегда ведется удовлетворительно, иногда же она и совершенно отсутствует. Еще меньшее применение имеют очистительные устройства при снабжении водой для питьевых и хозяйственных целей небольших поселков. Отсутствие требования не дало возможности практике выработать надежные конструкции небольших приборов для этой цели, между тем как в России вопрос об очистке воды для небольших потребностей, ввиду эпидемий, имеет большое значение. О других способах очистки воды см. также ст. Вода.

Подъем воды. Если место добывания воды лежит высоко над городом, то подача ее происходит самотоком (см. черт. 1). Подобные благоприятные условия очень редки, а потому обычно подача воды ведется насосами (черт. 9, 12, 13). Для подъема небольших количеств (сотни ведер в сутки) воды применяются ручные насосы. Деревянные насосы для питьевой воды неудобны, т. к. дерево гниет и загрязняет воду. При подаче большого количества воды (тысячи ведер в сутки) или небольшого, но с большой глубины и на большую высоту (20 и более саженей) насосы должны приводиться в движение уже небольшими двигателями. Для мелких водоснабжений при расходе воды в несколько тысяч ведер в сутки, с частыми остановками работы станции целесообразно ставить нефтяные и керосиновые двигатели, а где есть электрическая энергия - электромоторы.

При больших потреблениях и незначительных напорах (большие города) или при небольших потреблениях, но больших напорах (средние города и малые с пожарным обеспечением) применимы приводные насосы с двигателями: паровая машина, локомобиль, нефтяной двигатель, дизель-мотор и т. п.; также паровая турбина, непосредственно соединенная с центробежным насосом низкого давления (при малом напоре и большом расходе). Для очень больших расходов и средних или больших напоров (больше города) могут быть применены паровые машины с непосредственным соединением с насосами.

В настоящее время некоторые города обзаводятся центральными силовыми станциями для производства электрического тока на нужды освещения, трамвая, промышленности и пр. В этом случае часто представляется выгодным обслуживать водопровод током с силовой станции, тем более, что практикой в последнее время выработаны надежные центробежные насосы и на высокое давление. Оборудование станции электронасосами очень просто, а уход за ней несложен. На случай поломки и ремонта машин, чтобы не оставлять города без воды, на водоподъемных станциях необходимо иметь запасные комплекты насосов и двигателей.

Подобная водоподъемная станция для небольшого речного водоснабжения изображена на чертеже 12, фиг. 2. Центробежные насосы первого подъема - d поставлены в каменной шахте и получают работу от общего трансмиссионного вала - f, который приводится в движение нефтяными двигателями горизонтального типа - е. От того же вала движение передается плунжерным насосам второго подъема - к и мешалкам механического фильтра В. На этой станции кроме двигателя, находящегося постоянно в работе, поставлен второй двигатель, который служит запасным на случай ремонта или поломки первого.

Распределение воды. Водоводы. Вода насосной и очистительной станций отводится водоводом в город, так как место добывания воды обычно находится вне города (черт. 3, 9, 1 и 13). При очень глубоких артезианских скважинах, которые устраиваются иногда в самом городе, водовод отсутствует, и вода от насоса у скважины прямо поступает в сеть (черт. 5). Водоводы выполняют очень ответственную роль в работе водопровода, и поэтому устройство их должно быть надежно.

Регулирование работы водоснабжения. Возвышенные резервуары и водонапорные башни. Работа водоподъемных и очистительных станций, а также водоводов, ввиду большого колебания потребления воды городом в разное время года, дни недели, часы дня, происходит  неравномерно. Возвышенные резервуары и водонапорные башни с запасами в них воды и выполняют роль регуляторов расхода и напора. Ввиду регулирования напора, резервуары и башни должны помещаться на наиболее высоких частях города или его окраин. Чем больше объем воды в резервуаре или башне, тем равномернее работа станций (работа машин, фильтров) и водоводов и тем больше обеспечение города водой в случае, например, поломки трубопроводов и при пожаре.

Емкость бака водонапорной башни для небольших городов делается = около 1/3-1/4, а для больших городов = около 1/5 среднего суточного расчетного расхода. Емкость возвышенных регулирующих резервуаров = около ½  и более среднего суточного расхода.

Так как башни обходятся очень дорого (около 1 руб. за 1 ведро емкости бака башни), то в некоторых случаях и удаленные от города возвышенности могут представить значительные выгоды и удобства для устройства резервуаров, т. к. последние могут быть сделаны значительных размеров (1 ведро емкости резервуара можно оценить тогда 20 коп., т. е. в 5 раз дешевле, чем для башни) и удобны для дальнейшего и значительного расширения. Устройство возвышенных резервуаров одинаково со сборными резервуарами чистой воды, о которых было сказано в описании очистительных станций (см. черт. 11, фиг. 1). Устройство водонапорной башни видно из фиг. 2 черт. 11.

Городская сеть. Городская сеть труб обслуживает питьевые, хозяйственные, общественные, промышленные и противопожарные нужды города. Главная задача водопровода обеспечить водой здания, включая и верхние этажи зданий в самых возвышенных частях города; вода же на пожары в высоких частях должна подаваться пожарными насосами. Свободный напор в сети хозяйственного водопровода около 20 м, для небольших городов около 16 м, для поселков около 12 м. Если водопроводу ставится условие полного обеспечения города в пожарном отношении, т. е. возможность пользования водой для тушения непосредственно из водопровода, то свободный напор в сети повышается до 40 м и более. Такие водопроводы называются противопожарными. Они обычно работают с хозяйственным напором и только в случае пожара его поднимают до требуемой высоты. Для этого выключают башни и напорные резервуары, а в насосах и машинах поднимают давление.

Максимальный напор в трубах городской сети достигает 10 атм. и только временно в противопожарных водопроводах переходит эту величину до 12 атм. и редко более. Действительные напоры в трубах превышают эти цифры по причине образования в сети гидравлических ударов.

Городская сеть должна быть оборудована приспособлением для тушения пожаров, разборов воды для извозной и ручной доставки, домовых присоединений, поливки проездов и пр. Для пожарных целей на городские сети ставят колодцы с пожарными кранами (см. черт. 14, фиг. 3 и 4) или пожарные колонки, из которых можно получать воду для пожарных насосов или непосредственно в пожарные рукава. Размещать их удобнее на перекрестках проездов, а также по длине проездов на расстоянии 50 саженей один от другого. В тех же колодцах устанавливаются приспособления для промывки канализационной сети и для ремонта, чистки и промывки водопроводных труб. Для последних целей на трубах сети должны быть размещены задвижки, выпуски, вантузы и лазы. Эти приспособления дают возможность содержать сеть в чистоте, что в крупных существующих водоснабжениях обычно не имеет места.

Для частей города, мало обеспеченных уличными трубами, и вообще для жителей, не пользующихся домовыми водопроводами, устраивают уличные водоразборные краны и будки для разбора воды в ручную посуду и бочки (черт. 11, фиг. 3). Домовые ответвления присоединяются или к ближайшему пожарному колодцу уличной трубы, что требует иногда длинной проводки, или присоединение делается по кратчайшему расстоянию, для чего на уличной трубе устраивается специальный чугунный стояк или колодец с краном в них. Для целей поливки проездов, скверов, парков и пр. сеть должна быть оборудована достаточным количеством поливочных колодчиков или колонок.

Приблизительная стоимость устройства 1 версты чугунных труб определяется при диаметре труб 4” около 5 000 руб.; 6” – 7 500 руб.; 8” – 10 000 руб.

Расчет пропускной способности и потерянных напоров в трубах городской сети и водоводов (движение воды) возможно вести по формуле q = k√i, где q - секундный расход в кубометрах, k - коэффициент, взятый, например, по формуле Дарси, i - потеря напора на единице длины трубы.

Значения коэффициента k для труб, бывших в употреблении, помещены в следующей табличке:

Диаметр трубы d, мм	100	150	200	250
Площадь сечения трубы f	0,00785	0,0177	0,0314	0,0491
Коэффициент пропускной способности k	0,0568	0,162	0,339	0,599
Обратная величина коэффициента 1/k	17,6	6,17	2,95	1,67

 

Пример. Какова потеря напора i в чугунной трубе диаметром d=150 мм, длиной 1=300 м при секундном расходе q=0,02 кубометров?

По указанной формуле i=(q:k)²=(0,02×6,17)²=0,0152 м.

Общий потерянный напор i=0,0152.300=4,56 м.

Общие данные. Схемы водоснабжений изображены на чертежах №№ 6, 2, 7, 3, 9, 1, 5, 13, из них на черт. №№6, 7 и 3 - водоснабжение грунтовой воды; на № 2 - одновременно ключевое и грунтовое; на № 5 - артезианское, на № 9, 1, 13 - речное водоснабжение и на № 1 редко встречающееся снабжение водой самотоком из искусственного водохранилища, лежащего выше города.

Количество воды, подаваемое водопроводом и расходуемое жителями в разное время потребления, колеблется, и тем больше, чем меньше водоснабжение.

Максимальный суточный расход приблизительно в 1,3-1,5 раза больше среднего суточного, а максимальный часовой - в 1,5-2,5 раза больше среднего часового. При существовании в городе канализации эти колебания несколько сглаживаются, и расход становится более равномерным. Действительный расход на человека в существующих водоснабжениях русских городов в среднем держится около 2-х ведер. Расчетный расход можно оценить в 2-3 ведра на человека при отсутствии канализации и около 6-10 ведер - при существовании ее.

Стоимость устройства водопровода зависит от местных условий и колеблется в значительных пределах. В среднем для русских городов можно считать 2-3 руб. за ведро среднесуточного расхода. Тарифы за воду в русских городах в среднем 10-20 коп. за 100 ведер, т. е. относительно высоки.

Главное условие правильности эксплуатации водопровода лежит в размере и постепенности увеличения потребления воды. В русских городах, ввиду отсутствия канализации, потребление воды задерживается трудностью отведения загрязненных вод. Часто, например, отвоз нечистотных вод обходится в 10-20 раз дороже платы за чистую воду. В результате большого расхода жителями воды после устройства водопровода создаются, в общем, загрязнение почвы, непроизводительные расходы на удаление грязных вод, а в частности невозможность дальнейшего повышения потребления воды населением, что тяжело ложится на экономическую сторону эксплуатации водоснабжения. Устройство канализации одновременно с устройством водоснабжения или расширением его становится прямой необходимостью для русских городов, не только в санитарных, но и в экономических целях.

Литература. Курсы профессоров: Б. Правдзика, А. Саткевича, В. Тимонова, М. Черепашинского, Н. Чижова; «Водоснабжение городов», Люгера, перевод с немецкого под редакцией Ф. Е. Максименко; «Труды водопроводных съездов I-IX с 1893 по 1909 год»; «Описание водопроводов русских городов», Ф. А. Данилова, изд. пост. Бюро Водопроводных Съездов; «Атлас водопроводных сооружений», Ф. Максименко; «Handbuch der Ingenieurwissenschaften», III Т. 3 В. «Die Wasseversorgung der Stadte»; «Der städtische Tiefbau. Die Wasserversorgung der Städte» II B. 2 Abt; «Distributions d'eau», A. Debauve et Ed. Imbeaux; «Mitteilungen aus der Königlichen Prüfungsantast für Wasserversorgung und Abwässerbeseitigung», Rudolf Aba und Carl Günfher (Heft 1-14).

К. Игнатов.

Необходимость иметь под рукой воду для удовлетворения домашних и промышленных потребностей чувствовалась с глубокой древности. Поэтому уже в древнем Египте и Ассирии встречаются сооружения, указывающие на знакомство с водопроводами. В Сирии одним из наиболее поразительных водопроводных сооружений было сооружение у Рас-Эль-Аин, близ Тира, состоявшее из 4 восьмиугольных башен, в которых вода поднималась до высоты 5 - 6 метров из четырех глубоких артезианских колодцев. В Греции развитие водопроводного дела стояло еще выше. У Геродота описан всасывающий насос, а позднее Ктезиб, ученик Герона (150 лет до Рождества Христова), изобретает нагнетательный. Приведенная открытым каналом, а иногда поднятая насосами, вода раздавалась по деревянным, гончарным и свинцовым трубам с деревянными или металлическими кранами. Но наибольшего - непревзойденного даже в наше время - развития водопроводное дело достигло у римлян. При Траяне в Риме насчитывалось до 9 акведуков общей длиной в 443 км  с 49 500 м арок, достигавших высоты 32 м, и 2400 м  подземных галерей. Они доставляли около 77 млн. ведер воды в сутки. При Августе они давали около 219 ведер воды в сутки на человека - цифра невероятная в наше время, - и в Риме насчитывалось 1350 водоразборных бассейнов и 591 художественный фонтан. Наконец, в царствование Константина в Риме было 34 акведука, 15 терм и 856 общественных купален. Канализационное искусство дошло тогда до такой роскоши, что в театрах для освежения зрителей делался искусственный дождь, или точнее роса. В зале Нерона было то же приспособление, только к воде примешивались ароматические эссенции. Из Рима водопроводы распространились по всему зависевшему от него миру: римские сооружения встречаются в Ниме, Севилье, Лионе, Метце, Париже и проч. Сооружения делались из тесаного камня, бута, кирпича и, наконец, из бетона. Вначале употреблялась сухая кладка и оштукатуривалась внутри, позднее вся кладка делалась на растворе. Долины пересекались обыкновенно акведуком на аркадах, иногда в несколько этажей. Употребление сифонов было также знакомо римлянам: около Лиона найдены остатки сифона, составленного из свинцовых труб. Из водоотстойных бассейнов вода шла в башни (castella, receptacula), откуда раздавалась по городской сети. Трубы были свинцовые, в разрезе имевшие форму груши, что объясняется способом приготовления их - лист сгибался, и оба края спаивались. Вначале частные лица не могли пользоваться водой; впоследствии, при империи, давалось право сделать ответвление лишь за особые заслуги. С падением Рима началось падение водопроводного дела, и только в эпоху Возрождения снова выступил этот важный вопрос на очередь. В Германии появились Pumpenbrüder Genossenschaften - общества, ставившие себе целью проведение воды в города. Однако, только с конца XVIII и начала XIX вв. водопроводы стали действительно развиваться. Этому помогло появление чугунных труб, усовершенствование водоподъемных машин и насосов, применение пара, как двигателя, новые методы фильтрации, особенно через песок, изобретение вентилей и счетчиков. Благодаря успехам техники, в настоящее время водопроводные сети проложены даже в таких местностях, где не имеется пресной воды; в этом случае устраиваются опреснители морской воды. Россия крайне бедна водопроводами: по сведениям за 1909 г. из 1 082 городских поселений по всей Империи водопроводы имели только 192, канализаций - 38 (для 50 губерний собственно Европейской России, без Привислянских, соответствующие цифры были 762, 149, 27; для Привислянских - 121, 9, 5; Кавказа - 103, 27, 6; Сибири - 50, 2, 0; Средней Азии - 46, 5, 0). Условия водоснабжения русской деревни чрезвычайно примитивны и являются одним из важнейших факторов распространения эпидемических заболеваний.