Bài giảng Chương I: Nhu cầu dùng nước và nguồn nước

1 CHƯƠNG I NHU CẦU DÙNG NƯỚC VÀ NGUỒN NƯỚC 1.1 GIỚI THIỆU Trong giáo trình này, chúng tôi sẽ giới thiệu chủ yếu đến các vấn đề liên quan đến việc vận chuyển nước trong các công trình dẫn nước, mạng lưới đường ống phân phối nước và trong hệ thống đường ống thoát nước mưa và nước thải. Các vấn đề liên quan đến xử lý nước sẽ được giới thiệu trong tài liệu khác. Nước sử dụng dược khai thác chủ yếu đến từ các nguồn nước ngọt sau: - Nước mặt, hiện diện trong các hồ, các dòng chảy ( sông suối). - Nước ngầm thường ở dạng khoáng hoá mạnh. Sơ đồ sau đây trình bày chu kỳ sử dụng nước một cách tổng quát trong khai thác: Hình 1.1: Chù kỳ dùng nước Khởi đầu nước sẽ được lấy từ nguồn nước (hồ chứa, sông) nhờ vào một công trình lấy nước. Công trình lấy nước này tuỳ theo trường hợp sẽ có thể: - Lấy nước đơn giản nhờ vào ống dẫn đặt chìm vào trong sông hồ - Lấy nước có sự lựa chọn ở nhiều độ sâu khác nhau trong sông. Trong một vài trường hợp, có thể phải xây dựng trạm bơm ( TB cấp 1) hoặc đập dâng để tạo hồ chứa nhằm điều tiết lưu lượng trong trường hợp dòng chảy có lưu lượng không bảo đảm nhu cầu lấy nước trong thời kỳ nước kém. Các công trình lấy nước (kênh, đường ống có áp) sẽ dẫn nước thô về khu vực cần cấp nước. Nếu nước không đáp ứng được tiêu chẩn vệ sinh, chúng ta sẽ xử lý nó trong một trạm làm sạch & khử trùng (chlore) trước khi phân phối về các nơi tiêu thụ . Nước sạch sẽ được phân phối trong vùng quy hoạch cho đến tận các thiết bị dùng nước cuối cùng nhờ vào một mạng lưới đường ống dẫn nước có áp. Sau khi được sử dụng, nước sẽ mất đi các chất lượng sạch cần thiết và trở thành nước thải. Từ đó, hệ thống đường ống cống sẽ có nhiệm vụ thu và tháo nước thải này ra khỏi khu quy hoạch. Việc xử lý nước đã sử dụng trong một trạm xử lý nhằm tránh làm ô nhiễm môi trường nơi nước thải trả về thiên nhiên là điều bắt buộc; Sau đó nhờ hệ thống kênh dẫn , dẫn nước đã qua xử lý về nơi tiếp nhân (sông , hồ thiên nhiên). Điều này cho phép các hộ dân cư khu quy hoạch nằm về hạ lưu của các vị trí cửa xã có thể sử dụng nước vào các mục tiêu khác nhau trong đó có nước dùng trong sinh hoạt. Thông thường, trong một con sông ,nước sẽ được làm sạch tự nhiên bởi quá trình tự làm sạch ( khả năng càng cao khi sông càng lớn) . Trong quá trình này, các tạp chất có hại sẽ dần được giảm đi. Ngoài ra, khi nước đã sử dụng được trả về con sông hoặc hồ chứa không 2 thể trộn lẫn tốt trong tổng thể môi trường nước. Ta nói rằng trong trường hợp này có hiện tượng nối tắt: quá trình tự làm sạch không xảy ra, nguồn nước bị nhiễm bẩn nghiêm trọng. I.2. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CUNG CẤP NƯỚC Hình 1.2 : Sơ đồ hệ thống cấp nước 1.3. ƯỚC LƯỢNG DÂN SỐ VÀ THỜI GIAN KHAI THÁC CÔNG TRÌNH 1.3.1 Ước lượng dân số phục vụ cấp nước Đây là một giai đoạn bắt buộc cần thiết cho thiết kế một hệ thống cấp nước. Người kỹ sư phải xác định được quy mô dân số hiện tại cho khu xây dựng và cả đánh giá cho sự phát triển trong tương lai trong suốt giai đoạn khai thác của hệ thống công trình. Tuỳ theo nhu cầu của dự báo ta có 2 loại ước lượng về quy mô dân số: ước lượng ngắn hạn (5-10 năm) và ước lượng dài hạn (10-50 năm). Rõ ràng bài toán dự báo dài hạn là một vấn đề khó, bởi vì có quá nhiều yếu tố không chắc chắn khi xét trong một tương lai xa. Trong trường hợp này, có thể tiến hành phân tích đường cong biểu thị dân số trong quá khứ để đánh giá các xu thế và có xem xét các yếu tố xã hội, kinh tế, thiết lập hay di dời của các Công ty Xí nghiệp, tác động đến sự tăng trưởng của vùng. Ví dụ: Lượng nước cần trung bình ngày đêm cho sinh hoạt được xác định theo biểu thức: Q = qtb.N, m3/ ngày đêm, (I.0) Trong đó: qtb - Định mức dùng nước trung bình ngày đêm cho mỗi đầu người; N - Dân số của khu vực cần cung cấp nước, tính toán theo quy hoạch phát triển của nó, nghĩa là phải xét tới ảnh hưởng của sự gia tăng dân số tự nhiên & cơ học: tNN )1(0 α+= , ( N0 – dân số hiện tại, α - tỷ lệ tăng dân số, t - số năm dự kiến) Nói chung, phần lớn các phương pháp ước lượng chỉ cho phép nghiên cứu sự biến động trong một chu kỳ tương đối ngắn. 1.3.2 Thời gian khai thác công trình dự kiến Thiết kế các công trình trong ngành cấp thoát nước nhằm mục đích thoả mãn nhu cầu hiện tại và cho tương lai cho một vùng quy hoạch. Tuổi thọ công trình là khoảng thời gian kể từ lúc đưa công trình vào khai thác đến cuối thời kỳ mà công trình vẫn còn được đánh giá thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật và kinh tế trong khai thác. Xác định thời gian khai thác hiệu quả này dựa vào một phân tích tài chính trong đó ta sẽ kể đến các vấn đề: - Đầu tư. - Chi phí khai thác (nhân công, điện, hoá chất...). - Lãi suất. - Sự thuận tiện cho phép chúng ta có thể nới rộng công trình hay thêm vào các thiết bị (ví dụ ta sẽ dễ dàng hơn khi thay thế một bơm hay gia tăng công suất trạm bơm hơn là mở rộng một tunnel hoặc một công trình lấy nước). 3 - Có thể cải tiến công nghệ. Bảng sau đây trình bày tuổi thọ các công trình ta có thể tham khảo trong thiết kế các công trình trong lĩnh vực cấp thoát nước và làm sạch nước. Ta nhận xét có ba nhóm tuổi thọ: nhóm từ 5 đến 20 năm cho các loại thiết bị sử dụng nhanh và thay thế dễ dàng; nhóm có chu kỳ sử dụng từ 20 đến 30 năm cho các thiết bị khó khăn và tốn kém hơn khi muốn thay thế; và nhóm lớn hơn 50 năm khi thiết bị là rất đắt và rất khó thay thế hoặc mở rộng. Bảng 1.1. Tuổi thọ công trình tiêu biểu Công trình Ðặc tính Tuổi thọ (năm) Các công trình dùng để sản xuất nước uống Ðập hoặc tunnel Lấy nước và đường dẫn chính Trạm xử lý và mạng lưới Ðường dẫn có đường kính > 300 mm Ðường dẫn có đường kính < 300 mm Trạm bơm: - Kết cấu - Bơm Các công trình dùng để thu và làm sạch nước: Ðường dẫn phụ có đường kính <375 mm Các công trình thu, kênh tháo Trạm xử lý Trạm bơm Bơm chuyển nước vào trạm xử lý Rất khó và đắt khi mở rộng Tương đối khó khi mở rộng Nếu gia tăng dân số và tỷ suất lợi nhuận: - Bé: - Lớn: Ðắt tiền khi thay thế Xây dựng dễ Tăng quy mô dễ dàng Tăng công suất dễ dàng, nhanh Xây dựng dễ Khó và đắt khi mở rộng Nếu gia tăng dân số và tỷ suất lợi nhuận: - Bé - Lớn Mở rộng khó Thay thế dễ dàng 50-75 25-50 25 50 25-30 15-20 15-20 5-10 20 30-50 23-30 10-15 10-20 5-10 Tóm lại, chúng ta có thể khai thác và sử dụng nước mặt, nước ngầm, nước lợ và cả nước biển sau khi đã được thu và xử lý trong một trạm xử lý đúng tiêu chuẩn. Nước sẽ được phân phối nhờ vào một mạng lưới đường ống dẫn nước. Về phần nước đä sử dụng sẽ được thu hồi qua hệ thống cống và hướng chúng đi vào một trạm xử lý để loại bỏ các tạp chất có hại trước khi trả nó về thiên nhiên. Trong môi trường này quá trình tự làm sạch được tiến hành và sẽ hoàn chỉnh sự thanh lọc. Chu kỳ sử dụng nước đã khép kín và chúng ta lại có thể khai thác nó để đưa vào sử dụng. 1.4 NHU CẦU DÙNG NƯỚC Thể tích và lưu lượng nước dùng thay đổi rất nhiều tuỳ theo điều kiện địa phương, phụ thuộc vào mức sống của khu vực nghiên cứu. Với một khu vực nghiên cứu cho trước, lượng nước cần tổng cộng bao gồm: nước sử dụng cho gia dụng, nước cung cấp cho thương mại, cho công nghiệp và nước sử dụng cho các mục tiêu công cộng (vệ sinh, đường sá, chữa cháy...) 1.4.1 Nước sinh hoạt Nước sinh hoạt trong một chu kỳ dùng nước (thường tính là ngày đêm) thay đổi theo thời gian trong ngày. Biểu đồ sau trình bày một biểu đồ nước sinh hoạt cho ngày dùng nước lớn nhất điển hình. Gọi: Qngđ-max – lưu lượng ngày dùng nước lớn nhất (m3/ngđ) Qtb = Qngđ-max /24 - lưu lượng trung bình giờ (m3/h) Qi - lưu lượng giờ thứ i (m3/h). Qh-max - lưu lượng giờ lớn nhất (m3/h). Ki = Qi/Qtb - hệ số không điều hoà giờ thứ i (định nghĩa thường sử dụng trong các phần mềm mô phỏng dòng chảy có áp trong mạng lưới, ví dụ EPANET). Kh-max=Qh-max/Qtđ - hệ số không điều hoà giờ lớn nhất. 4 Hình 1.3: Biểu đồ dùng nước ngày điển hình Ghi chú : Trong một số trường hợp người ta còn định nghĩa hệ số không điều hoà giờ như sau Ki =Qi/ Qnngđ-max (%) giá trị ki tra phụ lục 3 phụ thuộc vào Kh-max. 1.4.1.1. Tiêu chuẩn dùng nước Tính theo bình quân đầu người lượng nước dùng trong một ngày đêm, lít/ngày-đêm. Theo tiêu chuẩn cấp nước hiện hành TCXD 33 : 68. Bảng 1.2 Trang bị tiện nghi trong nhà Tiêu chuẩn dùng nước qtb (1/người/ngày-đêm) Hệ số không điều hoà giờ (Kh-max) - Loại I. Nhà bên trong không có hệ thống cấp nước và dụng cụ vệ sinh. Nước dùng lấy từ vòi công cộng. - Loại II. Nhà bên trong chỉ có vòi lấy nước - Loại III. Nhà bên trong có hệ thống cấp thoát nước, có dụng cụ vệ sinh, không có thiết bị tắm - Loại IV. Nhà bên trong có hệ thống cấp thoát nước, có dụng cụ vệ sinh, có thiết bị tắm thông thường - Loai V. Nhà bên trong có hệ thống cấp thoát nước, có dụng cụ vệ sinh, có chậu tắm và cấp nước nóng cục bộ. 40-60 80-100 120-150 150-200 200-300 2,5-2,0 2,0-1,8 1,8-1,5 1,7-1,4 1,5-1,3 1.4.1.2. Lượng nước sinh hoạt tính toán Lưu lượng nước cho trong bảng trên đây chỉ giá trị trung bình dùng nước trong một ngày đêm. Lưu lượng nước sinh hoạt tính toán trong một ngày đêm được tính cho ngày dùng nước lớn nhất. Công thức sau đây cho phép xác định giá trị này: max_1000 ng tb KNqQ = (m3/ngđ) (1.1) trong đó: Qsh-ngđ - lưu lượng tính toán nước sinh hoạt ngày dùng nước lớn nhất, (m3/ngđ). Kngđ-max - hệ số không điều hoà lớn nhất ngày, giá trị thay đổi trong khoảng (l,35-l,5), phụ thuộc vào đặc tính khí hậu từng vùng.phụ thuộc vào đặc tính khí hậu từng vùng qtb - tiêu chuẩn( định mức) dùng nước trung bình cá nhân trong 1 ngày đêm (l/ng-ngđ) N - dân số dự báo cho khu quy hoạch (người) Ngoài ra, sự sử dụng nớc trong một ngày đêm thay đổi theo từng thời điểm trong ngày. Lưu lượng nước sinh hoạt lớn nhất xác định thẹo công thức sau : max max 1000 −− = ngdtbhsh KNqQ (m3/ngđ) (1.2) Trong đó : 5 max hshQ − - lưu lượng tính toán giờ dùng nước lớn thất (m 3/h) . Kh-max - hệ số không điều hoà lớn nhất giờ. Ghi chú : Trong nhiều trường hợp, chúng ta mô phỏng sự thay đổi : lưu lượng, áp suất,... của nước trong một mạng lưới cấp nước theo thời gian. Khi đó, các hệ số không điều hoà giờ sẽ được sử dụng 1.4.2. Nước phục vụ công nghiệp Tiêu chuẩn cấp nước công nghiệp xác định trên cơ sở dây chuyền công nghệ của xí nghiệp do cơ quan thiết kế hay quản lý cấp. Tiêu chuẩn nước xác định trên số đơn vị sản phẩm. Cùng một loại xí nghiệp, nhưng do dây chuyền công nghệ khác nhau, lưu lượng sử dụng nước có thể khác nhau. Bảng 1.3: sau đây cho phép tham khảo một số yêu cầu dùng nước cho sản xuất. Các loại nước Ðơn vị đo Tiêu chuẩn dùng nước (m3/1 đơn vị đo) Chú thích - Nước làm sạch trong nhà máy nhiệt điện - Nước cấp nồi hơi nhà máy nhiệt điện - Nước làm nguội động cơ đốt trong - Nước khai thác than - Nước làm giàu than - Nước vận chuyển than theo máng - Nước làm nguội lò luyện gang - Nước làm nguội là Mac tanh - Nước cho xưởng cán ống - Nước cho xưởng đúc thép - Nước để xây các loại gạch - Nước rửa sỏi để đổ bê tông - Nước rửa cát để đổ bê tông - Nước phục vụ để đổ 1 m3 bê tông - Nước để sản xuất các loại gạch - Nước để sản xuất ngói 1000 KW/h 1000 KW/h 1 CV/h 1 tấn than 1 tấn than 1 tấn than 1 tấn gang 1 tấn thép 1 tấn 1 tấn 1000 viên 1 m3 1 m3 1 m3 1000 viên 1000 viên 160-400 3-5 0,015-0,04 0,2-0,5 0,3-0,7 1,5-3,0 24-42 13-43 9-25 6-20 0,09-0,21 1,0-1,5 1,2-4,5 2,2=3,0 0,7-1,0 0,8-1,2 Trị số nhỏ dùng cho công suất nhiệt điện lớn. Bổ sung cho hệ thống tuần hoàn Tiêu chuẩn dùng nước cho nhu cầu ăn uống và sinh hoạt của công nhân sản xuất tại các xí nghiệp lấy theo bảng sau. Bảng1.4 Loại phân xưởng Tiêu chuẩn (1/người/ca) Hệ số không điều hoà (Kh-max) - Phân xưởng nóng toả nhiệt lớn hơn 20 Kcalo cho 1 m3/h - Phân xưởng khác 35 25 2,5 3,0 1.4.3. Nước tưới cây, tưới đường Tiêu chuẩn nước dùng để tới cây, vườn hoa, quảng trường, đường phố trong các đô thị được lấy khoảng 0,5-1 L/m2, phụ thuộc vào loại đường, loại cây trồng, điều kiện khí hậu. Thông thường lưới đường được thực hiện từ 8h đến 16h, tưới cây từ 5h đến 8h và từ 16h đến 19h hàng ngày. Lưu lượng nước tưới đường được xác định theo công thức sau: Qt-ngđ = qtFt (m3/ngđ) (l.3a) T Q Q ngdtht − − = (m3/h) (l.3b) qt tiêu chuẩn nước tưới đường, tới cây (m3/m2-ngđ). Ft - diện tích tưới (m2) Qt-ngđ - lượng nước tưới trong một ngày đêm (m3/ngđ) Qt-h - lượng nước tới trong một giờ (m3/h) T - thời gian tưới trong một ngày đêm (h). 1.4.4. Nước sinh hoạt của công nhân khi làm việc tại nhà máy 6 Ðược xác định theo công thức sau : 21 NqNqQ ln CN cash +=− (m3/ca) (l.4a) 0T QQ CN cashCN hsh − − = (m3/h) ( 1.4b) Trong đó: CN cashQ − , CN hshQ − - lượng nước sinh hoạt của công nhân trong một ca, một giờ qn, ql - tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt của công nhân trong phân xưởng nóng, lạnh (m3/ng- ca). N1, N2 - số công nhân làm việc trong phân xưởng nóng và lạnh trong từng ca (người). T0 - số giờ làm việc trong một ca (h). 1.4.5. Nước tắm của công nhân khi làm việc tại xí nghiệp Ðược xác định theo công thức sau : CN htQ − = 0,5n (m 3/h) (l.5a) CQQ CNht CN ngdt ×= −− (m3/ngđ) (l.5b) Trong đó: CNht CN ngdt QQ −− , - lượng nước tắm của công nhân trong một ngày đêm, trong một giờ (thời gian tắm quy định là 45 phút vào thời điểm sau khi tan kíp làm việc). n - số buồng tắm hương sen bố trí trong nhà máy. C - số ca kíp làm việc trong nhà máy. 1.4.6. Nước dùng trong các nhà công cộng Theo quy phạm TCXD 33 : 68. 1.4.7. Nước rò rỉ từ mạng lưới phân phối Lượng nước này không có tiêu chuẩn rõ rệt. tuỳ theo tình trạng mạng lưới có thể lấy từ 5% đến 10% tổng công suất của hệ thống. Trong trường hợp mạng lưới đã cũ, tỷ lệ nước mất có thể lên đến 15% đến 20% tổng lượng nước đầu vào hệ thống. 1.4.8. Nước trong khu xử lý Ðể tính toán sơ bộ có thể lấy theo tỷ lệ 5% đến 10% công suất trạm xử lý (trị số nhỏ dùng cho trờng hợp công suất lớn hơn 20000 m3/ngày-đêm). Lượng nước này dùng cho nhu cầu kỹ thuật của trạm: bể lắng 1.5%-3%; bể lọc 3%-5%; bể tiếp xúc 8%-10%. 1.4.9. Nước chữa cháy Ðược xác định theo TCXD 11 : 63. Có thể tham khảo trong bảng sau đây: Bảng 1.5 Lưu lượng nước cho một đám cháy, ℓ/s Nhà 2 tầng trở xuống với bậc chịu lửa Số dân (1000 người) Số đám cháy đồng thời I, II, III IV, V Nhà hỗn hợp các tầng không phụ thuộc bậc chịu lửa Nhà 3 tầng trở lên không chịu phụ thuộc bậc chịu lửa Ðến 5 10 25 50 100 200 300 400 500 1 1 2 2 2 3 3 3 3 5 10 10 15 20 20 5 10 10 20 25 10 15 15 20 30 30 40 50 60 10 15 15 25 35 40 55 70 80 1.4.10. Công suất cấp nước 7 Trên cơ sở các nhu cầu dùng nước trình bày trong mục 1.4, công suất cấp nước trong một ngày đêm cho một khu quy hoạch trong trường hợp tổng quát được xác định theo công thức sau: ( )bcQQQQaQQ sxCNtCNshsh ++++= − 1max ( 1.6) Trong đó: Q sh-max,Qt, CNt CN sh QQ , , Qsx lưu lượng nước sinh hoạt của khu dân cư; lưu lượng tưới đường, tưới cây, nước sinh hoạt, nước tắm của công nhân, nước sản xuất của các nhà máy. Tất cả các số hạng được tính trong một ngày đêm(m3/ngđ) a - hệ số kể đến lượng nước dùng cho công nghiệp địa phương, tiểu thủ công nghiệp (thường lấy a =1,1) b - hệ số kể đến lượng nước đo rò rỉ (phụ thuộc vào điều kiện quản lý, b =1,1 ÷1,15. c - hệ số kể đến lượng nước dùng cho bản thân trạm cấp nước (rửa các bể lắng, lọc,... ), c = 1,05 ÷1,1. Trị số lớn cho công suất trạm cấp nước nhỏ và ngược lại. Ðể thuận tiện cho tính toán, người ta thường lập một bảng tổng hợp lưu lượng nước tiêu thụ theo từng giờ trong một ngày đêm như sau: Bảng 1.6. Tổng hợp lưu lượng nước dùng theo giờ Qsh a.Qsh Tưới, m3 Xí nghiệp, m3 Ga, cảng Rò rỉ Tổng cộng %Qsh-max m3 m3 Ðường Cây CNshQ Qsx CN tQ Giờ (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) 0-1 1-2 ... 22-23 23-24 Tổng Ghi chú: (1) tra bảng phụ lục 3, phụ thuộc vào Kh-max (12) = 100 × (11)/∑ (11) Cột (12) sẽ được sử dụng như các hệ số patterns trong bài toán mô phỏng mạng lưới cấp nước theo thời gian (ví dụ trong phần mềm EPANET). 1.5. NGUỒN NƯỚC 1.5.1. Giới thiệu Nước trong thiên nhiên thường được tồn tại ở hai dạng sau: nằm lộ thiên trên mặt đất và nằm ngầm dưới đất. Nước mưa sau khi rơi xuống mặt đất một phần thấm vào trong đất qua cát tầng thấm nước và được giữ lại ở tầng không thấm nước tạo thành nguồn nước ngầm, phần nước còn lại chảy trên mặt đất theo địa hình thấp dần tập trung hình thành suối, ao, hồ, sông,... Trong kỹ thuật cấp nước người ta thường sử dụng hai loại nguồn nước ngọt sau: nguồn nước ngầm (mạch nông, mạch trung bình. mạch sâu), nguồn nước mặt (ao,hồ, sông ngòi). Ngoài ra, còn có nguồn nước mưa là nguồn bổ sung cho nước ngầm và nước mặt. Ở những vùng không có hoặc không khai thác được hai nguồn nước trên thì nước mưa là nguồn nước quan trọng nhất. Khi thiết kế hệ thống cấp nước một trong những vấn đề có tầm quan trọng bậc nhất là chọn nguồn nước. Nguồn nước sẽ quyết định tính chất và thành phần các hạng mục công trình, và nó cũng quyết định kinh phí đầu tư xây dựng và giá thành sản phẩm. Lựa chọn nguồn nước cần phải dựa trên cơ sở kinh tế - kỹ thuật của các phương án. 8 Hình 1.4: Chu kỳ vận chuyển nước 1.5.2. Nguồn nước ngầm Nước ngầm là nước nằm trong đất được lọc và giữ lại trong các lớp đất chứa nước (thường là: cát, sỏi, cuội... có cỡ hạt và thành phần khoáng chất khác nhau), đối với nước ngầm có áp thường nằm giữa các lớp cản nước (thường là đất sét, đất thịt, v.v... ). Nguồn bổ sung nước ngầm là nước mưa, nước từ hồ, ao, sông ngòi thấm qua các lớp đất. Nước ngầm có thể tồn tại ở các trạng thái sau: - Ở thể khí: cùng với không khí nằm trong lỗ rỗng của đất đá. - Ở thể bám chặt: bao quanh các hạt đất bằng một lớp rất mỏng, gắn chặt với đất bằng các lực dính, ở điều kiện bình thờng không thể tách ra được. - Ở thể màng mỏng: nằm bao quanh các phân tử đất cát bằng lực phân tử, có thể di chuyển trong lòng đất dưới ảnh hởng của lực phân tử nhưng không thể truyền được áp suất Nước mao dẫn: chứa đầy trong lỗ nhỏ của đất, chịu tác dụng của sức căng mặt ngoài và trọng lực. Nước mao dẫn có thể di chuyển trong đất và có thể truyền được áp suất. Vùng nước mao dẫn nhằm trên vùng nước trọng lực Nước trọng lực hay nước thấm: chứa đầy trong lỗ rỗng của đất, chuyển động dưới tác dụng của trọng lực và có thể truyền được áp suất. Trong các dạng tồn tại của nước ngầm đã nêu trên thì chỉ có nước thấm là có trữ lượng đáng kể và có khả năng khai thác được. 1.5.2.1. Phân loại yPhân loại theo vị trí tồn tại so với mặt đất: Nước ngầm mạch nông: nằm ngay trong tầng đất trên mặt. Thường có ở độ sâu từ 3 - 10m,không áp. Lưu lượng,nhiệt độ, và các tính chất khác của nó chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường bên ngoài. Dao động mực nước giữa các mùa khá lớn (2-4m), trữ lượng ít và có độ nhiễm bẩn lớn. Nước ngầm ở độ sâu trung bình: nằm ở độ sâu không lớn so với mặt đất, có ở độ sâu từ 10 - 20m, thường là nước ngầm không áp, đôi khi có áp cục bộ. Tính chất của loại nước ngầm này tương tự như nước ngầm mạch nông nhưng chất lương tốt hơn, nó thường sử dụng để cấp nước. Nước ngầm mạch sâu: nước ngầm có chiều sâu H > 20m, nằm trong các tầng chứa nước, chất lượng nước tương đối tốt và có trữ lượng nước phong phú. yPhân loại theo áp lực: Nước ngầm không áp: là lớp nước nằm trên tầng cản nước đầu tiên, thường có độ sâu không lớn nên chất lượng nước không được tốt lắm. Phía trên lớp nước thấm được thường được giới hạn bởi mặt tự do và áp suất tại mọi điểm trên mặt tự do này đều bằng nhau Nước ngầm có áp: là lớp nước nằm giữa hai tầng cản nước, thường nằm ở độ sâu tương đối 9 lớn nên đã được lọc sơ bộ khi thấm qua các lớp đất và ít chịu ảnh hởng của môi trường bên ngoài do đó chất lượng tốt hơn so với nước ngầm không áp. y Phân loại theo thành phần hoá học: Nước ngọt, nước mặn, nước lợ. Ghi chú: 3 chỉ tầng địa chất thấm nước yếu; 3’ chỉ tầng địa chất không thấm nước Hình 1.5: Nước ngầm bán áp Hình1.6. Nước ngầm có áp 1.5.2.2. Ưu khuyết điểm Ưu điểm: -Độ nhiễm bẩn ít, trong sạch. -Xử l› đơn giản nên giá thành rẻ. -Có thể xây dựng phân tán nên đường kính ống dẫn nhỏ. -Đảm bảo an toàn cấp nước Khuyết điếm: -Thăm dò, khai thác khó khăn. -Thường bị nhiễm sắt, nhiễm mặn nhất là các vùng ven biển -Trữ lợng khai thác hạn chế. 1.5.3. Nguồn nước mặt Nước mặt là loại nguồn nước tồn tại lộ thiên trên mặt đất như: sông, suối, hồ...Nguồn bổ sung cho nước mặt là nước mưa. Ở nước ta nguồn nước ngọt khá phong phú vì lượng mưa nhiều và có mạng lới sông, suối phân bố khắp nơi. Đây là nguồn nước quan trọng được sử dụng trong cấp nước. Nước mặt bao gồm các dạng sau: Nước sông: Là loại nguồn nước mặt chủ yếu để cấp nước. Ở nước ta hệ thống sông ngòi khá phong phú có chiều dài khoảng 55 000 km, nên trữ lượng nước sông rất lớn. Nó có thể đáp ứng đầy đủ nhu cầu phục vụ cho sản xuất và đời sống. Nước sông có các đặc điểm sau: - Giữa các mùa có sự chênh lệch lớn về mực nước,lưu lượng, hàm lượng cặn và nhiệt độ nước - Hàm lượng muối khoáng và sắt nhỏ. - Độ đục cao nên việc xử lý phức tạp và tốn kém . - Nước sông là nguồn tiếp nhận nước mưa và các loài nước thải xả vào. Vì vậy, nó chịu ảnh hưởng trực tiếp của môi trường bên ngoài. So với nước ngầm, nước mặt thường có độ nhiễm bẩn cao hơn . Nước suối: Nước suối cũng là nguồn cấp nước quan trọng. Có các đặc tính sau: - Không ổn định về chất lợng nước, mức nước,lưu lượng, vận tốc dòng chảy giữa mùa lũ và mùa kiệt. - Về mùa lũ. nước suối thường bị đục và thường có những dao động đột biến về mức nước và vận tốc dòng chảy. - Về mùa khô thì nước suối lại rất trong nhưng mực nước thấp. Nhiều khi mực nước 10 quá thấp không đủ độ sâu cần thiết để thu nước. Nếu sử dụng nước suối để cấp nước thì cần có biện pháp dự trữ, nâng cao mực nước và bảo vệ công trình thu hợp lý. Nước hồ, đầm: Tuỳ thuộc vào địa hình và yêu cầu sử dụng, có thể dùng hồ, đầm nước tự nhiên (nếuthoả mãn yêu cầu sử dụng), hoặc thiết kế hồ chứa theo yêu cầu sử dụng. Nước hồ, đầmcó các đặc tính sau: - Thường trong, có hàm lượng cặn nhỏ. - Ở các hồ lớn, ven hồ có sóng nên nước ven hồ có thể bị đục. - Nước trong hồ, đầm thường có vận tốc dòng chảy nhỏ nên rong rêu và các thuỷ sinh vật phát triển nên nước thờng có màu, có mùi và dễ bị nhiễm bẩn. Ưu khuyết điểm Ưu điểm: - Trữ lượng nước phong phú - Khai thác, vận hành dễ dàng. Khuyết điểm: - Độ nhiễm bẩn về vi trùng lớn. - Hàm lượng cặn cao. - Công trình xử lý lớn và đắt tiền 1.5.4. Nguồn nước mưa. Nguồn nước mưa ở nước ta khá phong phú (lượng mưa trung bình khoảng 1500-2000 mm/nam). Tuy nhiên việc sử dụng trực tiếp bị hạn chế do phụ thuộc nhiều vào thời tiết,mùa, khu vực. Nó thường chỉ thích hợp cho cung cấp ở những vùng núi cao, các vùng nông thôn và các hải đảo dào thiếu nước ngọt thì nguồn nước mưa là quan trọng nhất. Nước mưa tương đối sạch, tuy nhiên nó cũng bị nhiễm bẩn nếu rơi qua vùng không khí bị ô nhiễm, mái nhà... Nước mưa thường thiếu các muối khoáng cần thiết cho sự phát triển cơ thể con người. 1.5.5. Lựa chọn nguồn nước. Việc lựa chọn nguồn nước phải dựa trên cơ sở kinh tế kỹ thuật của các phương án nhưng cần lưu ý các điểm sau: - Nguồn nước phải có lưu lượng trung bình nhiều năm theo tần suất yêu cầu của đối tượng tiêu thụ. Trữ lượng nguồn nước đảm bảo khai thác nhiều năm. - Chất lượng nước đáp ứng yêu cầu vệ sinh theo TCXD 33 : 68, ưu tiên chọn nguồn nước nào dễ xử lý và ít dùng hoá chất. - Ưu tiên chọn nguồn nước gần nơi tiêu thụ, có sản thế năng để tiết kiệm năng lư- ợng,có địa chất công trình phù hợp với yêu cầu xây dựng, có điều kiện bảo đảm vệ sinh nguồn nước. - Cần ưu tiên chọn nguồn nước ngầm nếu lưu lượng đáp ứng yêu cầu sử dụng. Vì nước ngầm có kinh tế trong khai thác, quản l› và có những ưu điểm khác nhau như nêu ở phần trên. Chất lương nước dùng cho sinh hoạt phải thoả mãn các chỉ tiêu sau đây: Bảng 1.7: Chỉ tiêu cho phép nước sinh hoạt Chỉ tiêu Yêu cầu Mùi và vị ở 200C Ðộ màu theo Platin cobalt Ðộ đục, hàm lượng cặn pH Hàm lượng sắt Hàm lượng mangan Ðộ cứng Không 100 5mg/l 6,5-8,5 0,3m/l 0,2m/l 120 Ðức 1.5.6. Bảo vệ nguồn nước. Để nguồn nước tránh nhiễm bẩn do nước thải sinh hoạt, công nghiệp,... người ta cần phải quan tâm đúng mức đến việc bảo vệ nguồn nước. Nhà nước đã ban hành các quy định bảo vệ vệ sinh cho nguồn nước có các nội dung chủ yếu như sau: 11 Đối với nguồn nước ngầm: Khu vực bảo vệ I: - Nếu tầng bảo vệ dày > 6m. bán kính bảo vệ lấy bằng 50m. - Nếu tầng bảo vệ dày ≤ 6m, bán kính bảo vệ lấy bàng 100m. - Trong khu vực này nghiêm cấm xây dựng. Khu vực bảo vệ II: Là khu vực hạn chế quanh khu vực I, chỉ cho phép xây dựng các công trình của hệ thống cấp nước nếu tầng bảo vệ có bán kính 300m. Nếu đất khu vực II thấm nước thì tuỳ theo độ thấm mà bán kính bảo vệ lấy từ 50 - 300m (phụ thuộc vào cỡ hạt của tầng bảo vệ). Đối với nguồn nước mặt: Khu vực I: Nghiêm cấm xây dựng, tắm giặt, làm bến bãi và xả nước vào nguồn trong phạm vi về thượng nguồn ≥200-500m, về hạ nguồn ≤ 100-200m tuÿ lưu lượng, vận tốc và ảnh hưởng của thuỷ triều đến dòng sông. Khu vực II: Không cho phép xả nước bẩn vào phía thượng nguồn: - Từ 15 - 20 km đối với sông lớn. - Từ 20 - 40 km đối với sông vừa. - Đối với sông bé thì toàn bộ thượng nguồn không cho phép xả nước bẩn. Khu vực III: Hạn chế nhưng cho xả nước thải có xử lý và phải tính toán hiệu quả tự làm sạch. Đối với hồ chứa: - Nghiêm cấm xả nước bẩn vào hồ. - Nghiêm cấm xây dựng, chăn nuôi, trồng trọt trong phạm vi 30-500m gần bờ nếu vùng đất bằng phẳng và toàn bộ lưu vực nếu mặt đất dốc về phía hồ. - Khu vực hạn chế là 300-500m kế tiếp đó. Câu hỏi thảo luận 1. Vẽ & giải thích sơ đồ tổng quát biểu thị một tổ hợp công trình thực hiện nhiệm vụ cung cấp nước. Tại sao gọi cung cấp nước là tổ hợp của nhiều biện pháp khác nhau? 2. Nêu & giải thích công thức tổng quát tính lượng nước cần trung bình cho một công trình cung cấp nước ở một khu dân cư mới. 3. Nêu và giải thích một số yêu cầu khi lựa chọn nguồn cung cấp nước khi thiết kế một HTCCN. 4. So sánh các thuận lợi, khó khăn & ưu khuyết điểm của nước mặt so với nước ngầm trong dự án CCN ở vùng Vị thanh – Long Mỹ khi chọn nguồn cấp nước. BÀI TẬP Bài 1. Một mạng lưới cấp nước được quy hoạch để cung cấp nước cho một khu cócác thông số sau : - Khu dân cư bao gồm 2 tiểu khu A và B. Khu A có 15 nghìn dân với tiêu chuẩn dùng nước là qtb = 120ℓ /(ng-ngđ), có hệ số không điều hoà lớn nhất ngày Kngđ-max = 1,2 và giờ Kh-max = 1,3. Khu B có 3000 dân với tiêu chuẩn g nước là qtb – 200 ℓ/(ng-ngđ), có hệ số không điều hoà lớn nhất ngày Kngđ-max = 1,3 và giờ Kh-max = 1,5. - Một nhà máy ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 6 giờ và có 500 công nhân (ca 1 từ 6h đến 12h, ca 2 từ 13h đến 19h). Nước dùng cho sản xuất trong mỗi ca là 300 m3/ca. Nước sinh hoạt cho công nhân trong mỗi ca là 24 ℓ/(ng-ca). 12 Diện tích đường., cây xanh cần tưới là 10000 m2, với tiêu chuẩn tưới là qt = 2 ℓ/(m2ngđ). Thời gian tới từ 15h đến 19h. Cho biết hệ số dùng nước cho sản xuất nhỏ trong khu là a = 1,1; rò rỉ do mạng lưới đường ống b = 1,1 5 ; hệ số dùng nước cho trạm xử lý c = 1,04 Xác định : a) Lưu lượng ngày dùng nước lớn nhất, lưu lượng giờ dùng nước lớn nhất và lúc l0h- 11h của khu dân cư A. b) Công suất cấp nước của trạm bơm cấp I và cấp II (m3/ngd) c) Lập bảng phân phối lưu lượng trong một ngày đêm cho toàn khu. Bài 2. Một mạng lới cấp nước được quy hoạch để cung cấp nước cho một khu có các thông số sau . - Khu dân cư có 25 nghìn dân với tiêu chuẩn dùng nớc là qtb= 125 ℓ/(ng-ngđ), có hệ số không điều hoà lớn nhất ngày Kngđ-max = 1,25 và giờ Kh-max = 1,5. Một nhà máy ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 5 giờ và có 1000 công nhân (ca 1 từ 6h đến 11h, ca 2 từ 12 h đến 17h). Nước dùng cho sản xuất trong mỗi ca là 100 m3/ca. Nước sinh hoạt cho công nhân trong mỗii ca là 20 ℓ/(ng-ca). Nhà máy có n = 6 nhà tắm hương sen. Diện tích đường, cây xanh cần tới là 20000 m2. với tiêu chuẩn tưới là qt = 4 ℓ/(m2-ngđ) Thời gian tới từ 16h đến 19h. Cho biết hệ số dùng nước cho sản xuất nhỏ trong khu là a =1,1; rò rỉ do mạng lưới đường ống b = 1,15; hệ số dùng nước cho trạm xử lý c =1,0. Xác định: a) Lưu lượng ngày dùng nước lớn nhất, lưu lượng giờ dùng nước lớn nhất và lúc 14h - 15h của khu dân cư. b) Công suất cấp nước của trạm bơm cấp I (m2/ngđ) c) Lập bảng phân phối lưu lượng trong một ngày đêm cho toàn khu. Bài 3. Một mạng lưới cụt được thiết kế cho một khu vực quy hoạch như sau: Khu dân cư A có 20000 dân, có tiêu chuẩn dùng nước là 120 ℓ/ng/ngđ. Hệ số không điều hoà lớn nhất ngày Kngđ_max=l,2 và giờ là Kh-max=l,5. Diện tích tưới cho đường sá và cây xanh là 20 ha. Thời gian tưới là từ 17h - 20h trong ngày. Nhà máy P hoạt động 2 ca trong ngày. Ca 1 từ 7h -12h và ca 2 từ 13h -18h. Mỗi ca có 500 công nhân làm việc với tiêu chuẩn dùng nước cho sinh hoạt là 30 ℓng-ca. Lưu lượng nước cho sản xuất cho khu công nghiệp là 300 m3/ca. Trong nhà máy có 9 nhà tắm có trang bị vòi sen. Xác định: a) Lưu lượng ngày dùng nước lớn nhất, lưu lượng giờ dùng nước lớn nhất vào lúc 13h- 14h của khu dân cư. b) Lưu lượng nước trên đoạn ống 1-2 và 2-3 lúc 17-17h c) Với a = b = c = 1 tính công suất của trạm bơm cấp I (m3/ngđ). A P 1 2 3 4 5 q4=150m3/ngđ