Водоснабжение

Водоснабже́ние — подача поверхностных или подземных вод потребителям в требуемом количестве и в соответствии с целевыми показателями качества воды в водных объектах^[1]. Инженерные сооружения, предназначенные для решения задач водоснабжения, называют системой водоснабжения, или водопроводом^[2].

Жители Лалитпура (Непал) набирают воду.

История

Колодец в деревне провинции Фарьяб, Афганистан

С древности люди селились там, где есть питьевая вода. Первые колодцы появились в III тысячелетии до н. э. В Древнем Египте уже использовались простейшие механизмы для подъема воды из колодцев, там были изобретены и широко использовались нории, применяемые для орошения.

Акведук Валента в Стамбуле

Поликрат в VI веке до н.э. построил на острове Самос водопровод, по которому шла родниковая вода, в его состав входил тоннель протяжением более 1000 метров. В древнегреческом Пергаме был сооружен водопровод из свинцовых труб, в котором использовалось изобретение механика Ктезибия. Древние Афины в период их расцвета, когда их население достигло 200 тыс. человек, имели 18 водопроводов, по которым вода шла в город с гор. Но самая передовая система водоснабжения древности была создана в Древнем Риме. Первый водопровод для снабжения римской столицы, Aqua Appia, был открыт в 312 году до н.э. К концу III века н.э. число водопроводов, снабжавших водой Рим, достигло 11. Остатки обширных сооружений, строившихся римлянами для снабжения водой городов в покоренных провинциях, сохранились у Арля, Авиньона, Аркёя, Стамбула, Лиона, Майнца, Нима и Трира. Римские водопроводы пересекали большие долины с помощью акведуков.

Паровая водоподъемная станция в Челси (Лондон), 1752 год

В Средние века большинство древнеримских водопроводов были запущены и развалились. Потребности городов удовлетворялись из колодцев, вырытых внутри городских стен. Первые сведения о создании водопроводов в средневековых городах Европы относятся к XII-XIII векам. Однако их сооружение не поспевало за ростом населения городов, что способствовало эпидемиям. В 1623 году в Париже начал действовать акведук Медичи^[фр.], но основная масса населения города вплоть до начала XIX века пользовалась водой из Сены, куда также сливались нечистоты. С древности в городах воду в дома за плату доставляли водоносы.

Лишь изобретение паровых машин позволило применить для перекачивания воды плунжерные, а затем и центробежные насосы и перейти к устройству напорных водопроводов. В XIX веке в городах Европы стали сооружаться обширные системы водопроводов и появились системы очистки воды. На очистных станциях сначала применялось отстаивание с фильтрованием, затем стал применяться метод коагулирования. В домах горожан стали появляться водоразборные краны, умывальники, души и ванные, но лишь во второй половине XIX века стали строиться водопроводы, которые могли доставлять воду жителям самых верхних этажей. На рубеже XIX и XX веков происходил переход к снабжению городов очищенной и обеззараженной водой из рек и озер. В Европе преобладал метод озонирования воды, в США и России получило наибольшее распространение хлорирование^[3][4][5].

Плунжерный насос водонасосной станции (Германия)

Цели водоснабжения

Вода расходуется различными потребителями на самые разнообразные нужды. Однако подавляющее большинство этих расходов может быть сведено к трем основным категориям:

• расход на хозяйственно-питьевые нужды (питье, приготовление пищи, умывание, стирка, поддержание чистоты жилищ, полив огородов, газонов и полей, и т. д.),
• расход на производственные нужды (расход предприятиями промышленности, транспорта, энергетики, сельского хозяйства и т. д.),
• расход для пожаротушения.

При подаче воды учитывают её качество, например, к питьевой воде предъявляются требования СанПиН 2.1.4.1074-01^[6] «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Для доведения качества воды до требуемых норм используют водоподготовку. При проектировании и эксплуатации систем водоснабжения также учитываются принятые нормы расхода воды потребителями^[7].

При ведении боевых действий в засушливой и маловодной местности организация бесперебойного водоснабжения войск становится трудной, но важнейшей задачей, не уступающей по значимости снабжению боеприпасами или топливом.^[8]

Источники водоснабжения

Основная статья: Источники водоснабжения

Очистка воды с помощью ультрафильтрации в Кульмбахе

Выбор источника является одной из наиболее ответственных задач при устройстве системы водоснабжения, так как он определяет в значительной степени характер самой системы, наличие в её составе тех или иных сооружений, а следовательно, стоимость и строительства, и эксплуатации. Источник водоснабжения должен удовлетворять следующим основным требованиям:

• обеспечивать получение из него необходимых количеств воды с учетом роста водопотребления на перспективу развития объекта;
• обеспечивать бесперебойность снабжения водой потребителей;
• давать воду такого качества, которое в наибольшей степени отвечает нуждам потребителей или позволяет достичь требуемого качества путём простой и дешевой её очистки;
• обеспечивать возможность подачи воды объекту с наименьшей затратой средств;
• обладать такой мощностью, чтобы отбор воды из него не нарушал сложившуюся экологическую систему.

Правильное решение вопроса о выборе источника водоснабжения для каждого данного объекта требует тщательного изучения и анализа водных ресурсов района, в котором расположен объект. Практически все используемые для целей водоснабжения природные источники воды могут быть отнесены к двум основным группам:

• поверхностные источники — моря или их отдельные части (заливы, проливы), водотоки (реки, ручьи, каналы), водоемы (озера, пруды, водохранилища, обводненные карьеры), болота, природные выходы подземных вод (гейзеры, родники), ледники, снежники;
• подземные источники — бассейны подземных вод, водоносные горизонты.

Система водоснабжения

Система водоснабжения представляет собой комплекс сооружений для обеспечения определенной (данной) группы потребителей (данного объекта) водой в требуемых количествах и требуемого качества. Кроме того, система водоснабжения должна обладать определенной степенью надежности, то есть обеспечивать снабжение потребителей водой без недопустимого снижения установленных показателей своей работы в отношении количества или качества подаваемой воды (перерывы или снижение подачи воды или ухудшение её качества в недопустимых пределах).

Основные элементы системы водоснабжения

Принципиальная схема водоснабжения: 1 — источник водоснабжения, 2 — водоприемное сооружение, 3 — насосная станция I подъема, 4 — очистные сооружения, 5 — резервуар чистой воды, 6 — насосная станция II подъема, 7 — водоводы, 8 — водонапорная башня, 9 — водораспределяющая сеть

Система водоснабжения (населенного места или промышленного предприятия) должна обеспечивать получение воды из природных источников, её очистку, если это вызывается требованиями потребителей, и подачу к местам потребления. Для выполнения этих задач служат следующие сооружения, входящие обычно в состав системы водоснабжения:

• водозаборные сооружения, при помощи которых осуществляется прием воды из природных источников,
• водоподъемные сооружения, то есть насосные станции, подающие воду к местам её очистки, хранения или потребления,
• сооружения для очистки воды,
• водоводы и водопроводные сети, служащие для транспортирования и подачи воды к местам её потребления,
• башни и резервуары, играющие роль регулирующих и запасных емкостей в системе водоснабжения.

В зависимости от местных природных условий и характера потребления воды, а также в зависимости от экономических соображений схема водоснабжения и составляющие её элементы могут меняться весьма сильно. Большое влияние на схему водопровода оказывает принятый источник водоснабжения: его характер, мощность, качество воды в нем, расстояние от него до снабжаемого водой объекта и т. п. Иногда для одного объекта используется несколько природных источников.

Классификация систем водоснабжения

Системы водоснабжения могут классифицироваться по ряду основных признаков. По назначению:

• системы водоснабжения населенных мест (городов, поселков),
• системы производственного водоснабжения,
• системы сельскохозяйственного водоснабжения,
• системы противопожарного водоснабжения,
• комбинированные системы водоснабжения (хозяйственно-производственные, хозяйственно-противопожарные и т. д.).

По способу подачи воды:

• самотечные (гравитационные),
• с механизированной подачей воды (с помощью насосов),
• зонные (в одни районы самотеком, в другие насосами).

По характеру используемых природных источников :

• получающие воду из поверхностных источников (речные, озерные и т. д.),
• получающие воду из подземных источников (родниковые, артезианские и т. д.),
• смешанного типа.

По способу использования воды:

• системы прямоточного водоснабжения (с однократным использованием воды),
• системы оборотного водоснабжения,
• системы с повторным использованием воды.

Материалы и технологии

Слесарь-сантехник с помощью двух переставных клещей затягивает контргайку на стальном газопроводе.

Обвязка раковины: Пластиковый горячий (красный), холодный (синий) и водоотведения (серый) трубопровод

Системы водоснабжения в Древнем мире для подачи воды использовали силу тяжести и прокладывались из труб (свинец, дерево, бамбук) или каналов (как правило из глины или камня). Выдолбленные деревянные трубы, обёрнутые стальной полосой использовались в качестве сантехнических труб, в частности, водопроводов: в Англии около 500 лет назад, в городах США для распределения воды начали использовать выдолбленные брёвна с конца 1700-х по 1800-е годы. Современные сантехнические трубы изготавливают из меди и пластика, а большинство канализационных труб — из стали, меди, пластика и чугуна^[9].

Современные системы водоснабжения использующие циркуляционные насосы высокого давления и трубы в зданиях изготавливают из стали^[10], латуни, пластика (особым способом скроенного полиэтилена PEX, который используется в 60% многоквартирных и индивидуальных домов^[11]) или другого малотоксичного материала. В водопроводных системах США с 1930-х годов из-за токсичности не используется свинец^[12], хотя свинец продолжали использовать в составе припоя в процессе пайки трубопроводов для питьевой воды, пока она не была запрещена в 1986 году^[12]. Современные дренажные и канализационные трубопроводы изготавливают из пластика, стали, чугуна или свинца^[13][14][15].

См. также

• Горячее водоснабжение
• Водные ресурсы