ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84) часть 4 - Исходные уравнения и зависимости для технико-экономического расчета водозаборов подземных вод

Исходные уравнения и зависимости для технико-экономического расчета водозаборов подземных вод

17.5. Детальность технико-экономических расчетов зависит от стадии проектирования. При этом технико-экономические показатели определяются на основе сметно-финансовых расчетов, выполняемых при проектных проработках, а при схематическом представлении вариантов - по справочным данным с использованием инструктивно-нормативных материалов. При технико-экономической оценке и сравнении вариантов водозаборных сооружений на подземных источниках следует учитывать лишь те затраты, которые существенно изменяются в зависимости от принимаемой схемы водозабора.

17.6. К числу таких затрат прежде всего относятся капитальные вложения К, включающие в себя следующие расходы:

на строительство и оборудование водозаборных узлов (скважин) К₁,

на строительство отводящих и сборных водоводов К₂;

на сооружение коммуникаций, линий электроснабжения, зон санитарной охраны, снос строений и т. д. - К₃.

При этом:

К = К₁+К₂+К₃; (176)

К₁ = пК°; К₂ = К₃ = К^Дl_k,

где п - количество водозаборных узлов (скважин); К⁰ - стоимость сооружения и оборудования одной скважины; n_o - количество участков водовода с различными характеристиками (диаметром, расходом, материалом); К - стоимость прокладки 1 м водовода на j-м участке длиной l_j, и диаметром D_j; приближенно она может быть рассчитана по формуле

К = , (177)

где b_о, b, - некоторые коэффициенты, численные значения которых приведены в табл. 44 (здесь К измеряется в рублях, а диаметр - в м); К^Д - затраты по сооружению коммуникаций, дорог и т. д., приходящиеся на 1 м протяженности водозабора; l_к - протяженность коммуникаций в пределах водозаборного участка.

Почти совершенно не влияют на выбор рациональной схемы водозаборного сооружения капитальные затраты по строительству магистральных трубопроводов, соединяющих водозабор с потребителем, внешней подводящей электролинии, насосных станций второго подъема, сборных и резервных резервуаров, хлораторных, станций обезжелезивания и т. п.

17.7. Эксплуатационные расходы Э по водозабору слагаются из:

расходов на оплату электроэнергии Э_э;

затрат на техническое обслуживание и ремонт системы Э_а.

Затраты на оплату электроэнергии складываются из расходов на подъем воды Э_п, транспортировку ее по водоподъемным трубам Э_в и транспортировку до сборного резервуара Э_т, т. е.

Э_э = Э_п+Э_в+Э_т. (178)

Стоимость электроэнергии, приведенной к 1 году, затрачиваемой на подъем воды из скважин водозабора на заданную отметку, составляет

, (179)

где = 365/(102^.3,6) (в дальнейшем принято, что 1; - стоимость, руб/кВт^.ч электроэнергии; - КПД водоподъемного оборудования (ориентировочно 0,60,7); z - средняя геометрическая высота подъема, определяемая как разность отметок воды в резервуаре и статического уровня подземных вод в скважинах водозабора, м; Q - расход водозабора, м³/сут; S_o - понижение уровня в скважинах, м; Т - продолжительность работы водозабора в режиме нестационарной фильтрации, сут.

В формуле (179) и далее предполагается, что понижение уровня в скважине, а также дебиты скважин примерно одинаковы. Кроме того, расход водозаборных скважин принимается постоянным во времени.

Стоимость электроэнергии на транспортировку воды в водоподъемных трубах оценивается следующим образом:

Э_в = (), (180)

где - потери напора в водоподъемных трубах:

= A(Q/п)²l_вд/(86400)², (181)

А - коэффициент сопротивления водоподъемных труб, определяемый в зависимости от их диаметра по формуле

A = , (182)

k* и т* - коэффициенты, значения которых даны в табл. 44; l_вд - длина водоподъемных труб.

Величина Э_т, которой оцениваются затраты электроэнергии на транспортировку воды по сборному водоводу, в общем случае находится по формуле

. (183)

Здесь q_j - расходы, м³/сут, транспортируемые по j-му участку водовода длиной l_j; - потери напора на этом участке

= /(86400)². (184)

Коэффициент А определяется по зависимости (182) и табл. 44 с учетом диаметра и материала труб сборного водовода.

Таблица 44

17.8. Амортизационные отчисления и отчисления на ремонт принимаются пропорциональными строительной стоимости сооружений

, (185)

где p_1,2,3 - коэффициенты, соответствующие годовым нормам отчислений на амортизацию и ремонт скважин, водоводов, резервуаров и т. п. (ориентировочно p₁0,1; p₂0,04; p₃0,03).

17.9. С учетом вышеизложенного общее выражение для определения приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию водозабора можно записать в следующем виде:

П = П_о + П_S S_cp + П_c п + П_в i_в + Э_о/п². (186)

Здесь П_о - часть приведенных затрат, которые практически не зависят от выбора того или иного варианта и, следовательно, в дальнейшем могут не учитываться. В данном случае

П₀ = Q. (187)

Величина П_s представляет собой приведенные затраты, необходимые для подъема извлекаемой водозабором воды на 1 м понижения уровня воды:

П_s = Q/. (188)

Средняя величина понижения уровня воды S_ср в равенстве (186), как следует из (179), равна:

. (189)

При установившейся фильтрации в случае, когда понижение уровня воды по всем сопоставляемым вариантам есть величина постоянная, второй член в выражении (186) можно не учитывать.

В уравнении (186) П_с - приведенные затраты на сооружение и эксплуатацию 1 водозаборного узла (скважины):

П_с = (р₁+E_н)K_о, (190)

а П_в - средняя величина приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию 1 м водовода:

П_в = (р₂ + Е_н)/l_B К₂ + Э_т/l_в + (p₃ + Е_н)K^Д/l_k/l_в. (191)

Для линейных водозаборов подземных вод с равномерным размещением эксплуатационных скважин и переменным диаметром водовода величина П_в определяется следующим образом:

П_в = (p₂ + E₀)/(n - 1) _ст + 1/86400², (192)

где ; .

для схем с размещением резервуара в конце линейного ряда (рис. 96,а):

; . (193)

При прокладке сборного водовода с постоянным диаметром выражение (191) приводится к виду (К)

П_в = (p₂ + E₀)K₂+( A/86400²), (194)

где К и А определяются по формулам (177) и (182), а величина D, входящая в эти формулы, принимается для схемы рис. 96, а по расходу

q = (0,63Q/86400)/[(n - 1)/n]^1/3, (195)

а для схемы рис. 96,б по q = 0,5р_p.

При размещении равнодебитных водозаборных скважин равномерно по периметру круга (кольцевая батарея) (рис. 96, в)

П_в = [n/(n-1)(p₂ + E_н)K^B +(Q³ /n³)A+(p₃ + E_н) K^Д. (196)

Рис. 96. Схемы подключения скважин к сборный водоводам

а - линейный ряд скважин с резервуаром в конце сети, б - линейный ряд скважин с резервуаром в центре водозабора; в - кольцевая батарея скважин с резервуаром в центре водозабора

Величина Э_о в равенстве (186) характеризует приведенные затраты на транспортировку воды в водоподъемных трубах

. (197)

17.10. При проектирования водозаборов в качестве исходной величины задается суммарный расход Q, соответствующий величине водопотребления на расчетный период времени. Этот расход должен быть обеспечен системой скважин, размещенных на заданной площади участка. При этом понижения динамических уровней в каждой из скважин, сформировавшиеся на расчетный срок их эксплуатации, не должны превышать некоторой допустимой величины S_доп.

Исходя из этого, можно сформулировать условия, которые должны выполняться в процессе решения оптимизационной задачи проектирования водозаборов подземных вод:

или nQ_o = Q; (198)

Sj (Т) < S_доп или S_o = S_доп. (199)

Помимо этих условий необходимо учитывать ограниченность площади участка, где должен размещаться проектируемый водозабор. Это условие записывается в виде:

для линейного ряда скважин

2l L_max; (200)

для площадного размещения скважин

FF_max. (201)

Здесь 2l и F - расчетная длина или площадь водозабора, a L_max и F_тах - ограничения на эти величины.