Obliczanie zapotrzebowania na wodę

Pod pojęciem zapotrzebowania na wodę rozumie się przewidywaną ilość wody niezbędną do zaspokojenia potrzeb wszystkich odbiorców znajdujących się na terenie objętym zasięgiem sieci wodociągowej i wymagających wody zdatnej do picia i potrzeb gospodarczych.

System wodociągowy ma na celu dostarczenie wody na cele:

• bytowe gospodarstwach domowych (picie, przygotowywanie posiłków, higieny osobistej, mycia naczyń, prania, utrzymania w czystości pomieszczeń, spłukiwania ustępów itp.) – uzależnione od standardu wyposażenia mieszkania w urządzenia wodociągowe i kanalizacyjne,
• hodowlane (pojenie, mycie zwierząt, przygotowywanie karmy, utrzymanie w czystości pomieszczeń inwentarskich itp.) – uwarunkowane mechanicznym sposobem zaopatrzenia w wodę,
• bytowe w zakładach pracy i zakładach użyteczności publicznej,
• warsztatów remontowych – zależne od wyposażenia warsztatów w stanowiska pracy
• przemysłowe – jest zależne od typu produkcji (może być bardzo zróżnicowane w czasie w przypadku przemysłu sezonowego), systemu gospodarki wodno-ściekowej w przedsiębiorstwie, stosowane procesy produkcyjne,
• robót budowlanych – zależne od zakresu robót, stosowanych technologii, organizacji pracy,
• podlewania zieleńców i upraw przydomowych – zależne od pory roku, pory dnia, warunków pogodowych,
• przeciwpożarowe,
• własne zakładów wodociągowych (10–15% całkowitego średniego dobowego zapotrzebowania na wodę).

Suma maksymalnych dobowych zapotrzebowań na wodę na wszystkie wyżej wymienione cele jest podstawą do projektowania. Bezwzględna wielkość zużywanej wody w mieście zależy od wielu czynników, takich jak: liczba mieszkańców, funkcja miasta, wielkość i rodzaj przemysłu, a także wysokość ciśnienia w sieci wodociągowej itp. Zużycie wody jest zmienne w czasie. Zmiany te mają
dwie równoległe tendencje:

• zmienność w różnych cyklach – dobowych, tygodniowych, rocznych lub innych,
• wzrost w ciągu lat w wyniku rozwoju miast i podnoszenia się poziomu życia ludności.

Podstawowymi wielkościami zapotrzebowania na wodę są:
Średnie dobowe zapotrzebowanie Qd _śr. wyrażone w m³/d, które otrzymuje się, dzieląc zapotrzebowanie wody roczne Q_r przez 365 dni, co można przedstawić wzorem:

  gdzie:
Q_{d śr}. – średnie dobowe zapotrzebowanie na wodę, [m3/d],
Q_r – roczne zapotrzebowanie wody [m3].

Maksymalne dobowe zapotrzebowanie Q_{d max} wyrażone w m³/d, które określa zapotrzebowanie na wodę w dobie maksymalnego rozbioru w roku; określa się je przez pomnożenie średniego dobowego zapotrzebowania Q_{d śr}. przez współczynnik nierównomierności dobowej N_d, co można przedstawić wzorem:

Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę Q_h max wyrażone w m³/d lub m³/h, które określa największe zapotrzebowanie na wodę w ciągu godziny o maksymalnym zapotrzebowaniu; określa się je przez pomnożenie maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę Q_{d max} przez współczynnik nierównomierności godzinowej N_h, oraz podzielenie przez 24, co można zapisać wzorem:

Tak rozumiane maksymalne zapotrzebowanie wody stanowi podstawę określenia wielkości poszczególnych elementów wodociągu komunalnego:
Q_dmax – jest podstawą projektowania i analizy wydajności takich elementów wodociągu, jak:

• ujęcia i urządzenia do uzdatniania wody
• przewody przesyłowe między ujęciem a stacja uzdatniania wody
• pompownie wody na ujęciu i na stacji uzdatniania
• przewody przesyłowe ze stacji uzdatniania do zbiorników (początkowych) wody czystej

Q_hmax – jest podstawą obliczania pozostałych elementów wodociągu, jak:

• pompownie tłoczące wodę do sieci wodociągowej
• sieć wodociągowa główna i rozdzielcza

Skalę zmienności zapotrzebowania wody w cyklu rocznym charakteryzują współczynniki nierównomierności:
Nd – współczynnik nierównomierności rozbiorów dobowych (stosunek maksymalnego dobowego zapotrzebowania do średniego dobowego zapotrzebowania w dobie o największym zapotrzebowaniu wody w ciągu roku)

N_d = Q_dmax / Q_dśr

Nh – współczynnik nierównomierności godzinowych (stosunek maksymalnego godzinowego zapotrzebowania do średniego godzinowego zapotrzebowania w dobie o największym zapotrzebowania wody w roku).

N_h = Q_hmax / Q_hśr

Wartości współczynników nierównomierności dobowej 

Według Zbigniewa Heidricha współczynniki nierównomierności dobowej i godzinowej zależą od ilości obsługiwanych mieszkańców (tabela)

Jeszcze inne wielkości tych składników znajdziemy w pracy zbiorowej: Kwietniewski M., Olszewski W., Osuch-Pajdzińska E.,Projektowanie elementów systemu zaopatrzenia w wodę. Warszawa, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2009.

Całkowite zapotrzebowanie na wodę dla jednostki osadniczej jest sumą zapotrzebowań na wszystkie cele. Wykorzystując sumaryczne wskaźniki, całkowite zapotrzebowanie na wodę dla jednostki
osadniczej określa się według wzorów:

gdzie:
q_k – jednostkowy wskaźnik zapotrzebowania na wodę na cele ogólnokomunalne, m³/(d×M),
q_p – jednostkowy wskaźnik zapotrzebowania na wodę na cele przemysłowe, m³/(d×M),
M – liczba mieszkańców na terenie objętym zasięgiem sieci wodociągowej,
N_d – współczynnik nierównomierności dobowej dla jednostki osadniczej,
N_h – współczynnik nierównomierności godzinowej dla jednostki osadniczej,
Q_T – zapotrzebowanie na wodę na cele technologiczne wodociągu, m3/d,
Q_S – straty w sieci wodociągowej, m3/d.

Wykorzystując scalone wskaźniki, całkowite zapotrzebowanie na wodę dla jednostki osadniczej określa się według wzorów:

gdzie:
q_Mi – jednostkowy wskaźnik zapotrzebowania na wodę dla danej grupy odbiorców wody na
cele ogólnokomunalne, dm³/(d×M),
q_p – jednostkowy wskaźnik zapotrzebowania na wodę dla danej grupy odbiorców wody na cele przemysłowe, dm³/(d×M),
q_u – jednostkowy wskaźnik zapotrzebowania na wodę na potrzeby usług
M – liczba mieszkańców na terenie objętym zasięgiem sieci wodociągowej,
n – liczba grup odbiorców wody na cele ogólnokomunalne,
N_di – współczynnik nierównomierności rozbiorów wody przez poszczególne grupy odbiorców,
N_dp – współczynnik nierównomierności rozbiorów wody na cele przemysłowe
N_du – współczynnik nierównomierności rozbiorów wody na cele usługowe
Q_T – zapotrzebowanie na wodę na cele technologiczne wodociągu, m³/d,

Maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę dla poszczególnych grup odbiorców Q_h max i można określić według wzoru:

gdzie:
Q_h max i – max. godzinowe zapotrzebowanie na wodę dla danej grupy odbiorców, m³/h,
Q_{d max i} – max. dobowe zapotrzebowanie na wodę dla danej grupy odbiorców, m³/d,
N_hi – współczynnik nierównomierności dobowej dla danej grupy odbiorców.

Całkowite maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę dla jednostki osadniczej oblicza się, uwzględniając niejednoczesność wystąpienia maksymalnych potrzeb wszystkich odbiorców wody w ciągu tej samej godziny doby o maksymalnym zapotrzebowaniu. W tym celu należy określić godzinowe rozkłady zapotrzebowania na wodę przez poszczególne grupy odbiorców w ciągu doby o maksymalnym zapotrzebowaniu i w oparciu o nie ustalić
wielkości zapotrzebowania na wodę w każdej godzinie tej doby według wzoru: 

Qh(j) –zapotrzebowanie na wodę w j–tej godzinie doby o max. zapotrzebowaniu, m³/h,

gdzie:
P_i(j) – zapotrzebowanie na wodę przez danego odbiorcę w j–tej godzinie doby o max. zapotrzebowaniu, % Q_{d max i},
Q_{d max i} – max. dobowe zapotrzebowanie na wodę przez danego odbiorcę, m³/h,
n – liczba grup odbiorców w j–tej godzinie.

Zapotrzebowanie na wodę na cele technologiczne wodociągu przyjmuje się w wysokości 5%, a straty w sieci wodociągowej 10% całkowitego średniego dobowego zapotrzebowania na wodę na cele ogólnokomunalne i przemysłowe.

Poniżej przedstawiam tabelę histogramów procentowego zużycia wody na poszczególne cele w j-tej godzinie doby. Wpisując w tabeli obliczenia zapotrzebowania wody na poszczególne cele  otrzymamy zużycie wody w najbardziej niekorzystnej godzinie doby.

Normy zużycia wody (na podstawie Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 14 stycznia 2002  r. w sprawie określenia przeciętnych norm zużycia wody.

Przeciętne normy zużycia wody w gospodarstwach domowych

 Przeciętne normy zużycia wody w usługach

Przeciętne normy zużycia wody do podlewania ogródków i upraw rolniczych

źródło:
1) www.instsani.pl