💧 Водозаборы + Насосные I-II подъёма (Городские)

Модуль #294. Алматы Балтаалинский водозабор (поверхностный самотёчный из реки Малая Алматинка, 800 тыс. м³/сут для города), Каракудукский водозабор Шымкент (300 тыс. м³/сут), Астана Аршалы водозабор Ишим (350 тыс. м³/сут). Surface intake — головное сооружение с решёткой ringing + sandtraps + travelling screens Brackett Green; underground groundwater intake — скважины-куст Ø500 мм H=200-400 м с погружн. насосами Grundfos SP. Насосные I-II подъёма (НС-1 / НС-2) с многоступенчатыми pumps Sulzer APP / KSB CPK 3000-8000 м³/ч × 60-80 м H + frequency drive ABB для регулировки + soft-start + protective tank water hammer. СНиП 2.04.02-84 + СН РК 4.01-02 + ISO 9906 + ВНиПИ-Союз ГИДРО.

1. Состав водозабора 800 тыс м³/сут (Балтаалинский)

Головное сооружение (intake structure): ж/б монолит 30×20×8 м на берегу реки, fish-friendly решётка Ringing 50 мм mesh + sandtrap 4-camera (отстой песка 0.5 мм каждые 30 мин);
Travelling screens: Brackett Green 4 шт × 2.5 м wide × 8 м H, fine 2 мм mesh, automatic washing high-pressure 6 бар спрей removes debris;
Самотёчный канал (gravity tunnel): ж/б Ø3 м × 500 м длиной с уклоном 0.5‰, переходит в pressure pipeline после Pump Station I;
Pump Station I (НС-1): вертикал. погружные pumps KSB Sewatec 4 шт × 12 000 м³/ч × 25 м H (3 раб. + 1 рез.), мотор 1500 кВт × 3000 V, VFD ABB ACS6080;
Pre-treatment (отстойник): ж/б круглый Ø50 м H=6 м (объём 12 000 м³), горизонтальный отстой particles >50 мкм, время отстоя 4-6 ч;
Pump Station II (НС-2): горизонтальные multistage Sulzer APP-XA 4 шт × 8000 м³/ч × 80 м H для подачи в city pressure zone, мотор 2200 кВт × 6000 V с VFD;
Hydrosphere (compensation surge tank): 200-500 м³ для water hammer protection (closure времён pump trip), pressurised N2-gas blanket Sentinel;
Chlorination station (pre-treatment): NaOCl 12% dosing 2-5 мг/л для disinfection источника (river bacteria E.coli + Giardia), pump Prominent Sigma 3 + storage tanks 50 т × 2;
Backup pumps + storage: резервные генераторы 5 МВт DG + UPS 500 кВА на 30 мин + spinning reserve power from Алматы CHP, для critical service 24/7;
Pipework Ø2400 мм: предварительно-напряжённые ж/б трубы PCCP-Pretensa или steel-lined ductile iron, длиной 25-40 км от НС до city distribution; CP cathodic protection + sacrificial anodes;
Flow + pressure metering: Endress+Hauser Promag E magnetic flowmeter Ø2400 мм ±0.5% + pressure Endress Cerabar S 0-16 бар каждые 2 км pipe, SCADA real-time monitoring;
Reservoirs (городские резервуары): 2-4 шт × 20 000-50 000 м³ ж/б tanks D=80 м H=10 м (объём для 4-6 ч city demand), обеспеч. firefighting + emergency reserve;
Booster stations (3-5 районных): каждый residential район, 2-4 pumps Wilo Strato BL × 200-500 м³/ч × 30 м H для поддержания pressure;
SCADA + DCS: Schneider Electric EcoStruxure / Siemens PCS7, real-time flow + pressure + tank level + pump status, automatic dispatch 24/7 от city control centre;
Лаборатория QA: daily sampling 50-100 points в city, parameters — pH + турбидность + Cl residual + bacteria E.coli + heavy metals; СанПин РК ГОСТ Р 51232.

Упражнение 1 — Surface vs Groundwater intake

Алматы — рекомендуется surface intake (Малая Алматинка) или groundwater (скважины Талгарское нагорье)? По СН РК 4.01-02 + WHO Water Quality?

Только groundwater — чистая вода, не нужна очисткаТолько surface — самая дешёваяТолько rainwater harvesting — недостаточноГибридный source: 60% surface intake Балтаалинский + 40% groundwater Талгарское нагорье + emergency 5% reservoir storage по СН РК 4.01-02 + WHO + IWA Water Source Best Practices: 1) Surface intake преимущества — дешевле абстракции ($0.02/м³ vs groundwater $0.05/м³), большой recharge rate (естеств. сезонные осадки + талые ледники Тянь-Шань), хорошо для bulk demand 800 тыс м³/сут; 2) Surface недостатки — turbidity 50-500 NTU spring runoff (требует coagulation + sand-filter), bacteria E.coli + Giardia (требует chlorination 2-5 mg/L + UV), seasonal variation потоковый объём 30-100%; 3) Groundwater преимущества — стабильный T 8-12 °C год-кругло, низкая turbidity <1 NTU, естественно отфильтрован через грунт; 4) Groundwater недостатки — медленный recharge (decades vs years), risk over-abstraction → land subsidence (Talgar тоже подвержен), требует deep wells 200-400 м + power для pumps; 5) Hybrid approach — surface as primary для bulk + groundwater как peak-shaving / emergency reserve + reservoir storage 24-48 ч для backup при maintenance; 6) Water Quality Source Protection Plan WQSPP — Балтаалинский catchment areas обозначены как water protection zone в 1-2 км radius (no industry, no agriculture chemicals); 7) Pre-treatment differential — surface требует обширный pre-treatment (грабарка, sandtrap, отстойник, coagulation FeCl3, sand-filter, UV); groundwater только iron removal + softening; 8) Climate change adaptation — degradation ледников Тянь-Шань уменьшит surface runoff к 2050 на 30-40% — стратегия diversifies sources; 9) Regulatory — каждый источник проходит KAЗГИДРОМЕТ assessment quarterly + лимит abstraction permit от Минсельхоз + Минэкологии; 10) Source rotation — 12-month cycling между surface/groundwater для allow aquifer recharge; СН РК 4.01-02 + СНиП 2.04.02-84 + WHO Guidelines for Drinking Water Quality + ISO 24512 + IWA Water Source Best Practices + СанПин РК 2.1.4.1074

Упражнение 2 — Диаметр магистрали

Балтаалинский водозабор 800 тыс м³/сут = 9.3 м³/с. Pipeline до city CPS — длина 25 км, безопасная скорость water v ≤ 1.5 м/с (выше — кавитация / erosion). Площадь = Q/v. Минимальный диаметр pipe (мм, округл. до стандарта ISO 4427 — 2000/2200/2400/2600):

Упражнение 3 — Капекс водозабора 800 тыс м³/сут

Земляные + foundation головного сооружения 30×20×8 м ж/б B40 = 0.85 млрд тг
Travelling screens Brackett Green 4 шт + sandtrap + grit removal = 0.45 млрд тг
Самотёчный канал ж/б Ø3 м × 500 м + ремонтные шахты = 0.65 млрд тг
Pump Station I 4×KSB Sewatec 12 000 м³/ч + VFD ABB 1500 кВт = 2.2 млрд тг
Отстойник Ø50 м × 6 м + scraper + drain = 1.2 млрд тг
Pump Station II 4×Sulzer APP-XA 8000 м³/ч × 80 м H + VFD 2200 кВт = 3.8 млрд тг
Hydrosphere surge tank 500 м³ + N2-blanket + safety relief = 0.65 млрд тг
Chlorination station NaOCl 12% Prominent Sigma + 2× 50 т tanks = 0.42 млрд тг
Backup DG 5 МВт + UPS 500 кВА 30 мин + automatic transfer ATS = 1.8 млрд тг
Pipework PCCP Ø2.4 м × 25 км = 8.5 млрд тг
Cathodic protection ICCP MMO-аноды + monitoring stations каждые 2 км = 0.35 млрд тг
Flow + pressure metering E+H Promag + Cerabar S + SCADA = 0.65 млрд тг
City reservoirs 4×30 000 м³ ж/б + roof cover + insulation = 6.5 млрд тг
Booster stations 4 районных × Wilo Strato BL + VFD + control = 1.8 млрд тг
SCADA Schneider EcoStruxure / Siemens PCS7 + control room 24/7 = 1.4 млрд тг
Лаборатория QA daily sampling + ICP-MS + IC + microbiology + GC-MS = 1.2 млрд тг
Подъезд + ЛЭП 35 кВ + сертификация СанПин РК + проектирование 5% + ПИР + НР + СП + PNR + страхование = 3.2 млрд тг

Итого capex (тг, округл. до млрд):

Упражнение 4 — Water hammer protection

Pump trip в НС-1 → water hammer в 25-км pipe. Что нужно по AWWA + ISO 9906?

Просто закрыть pump быстрееНикакой защиты — pipe сам выдержитHydrosphere surge tank N2-pressurised + air-vac valve Vag + check-valve slow-closing + анализ Bentley HAMMER software по AWWA M11 + ISO 9906 + AWWA C504: 1) Phenomenon — резкое closure valve / pump trip → pressure wave скорости c=√(K/ρ) ≈ 1200 м/с distill вверх по pipe, может вызвать pressure spike +100 to +500 psi (overpressure) или -50 psi (vacuum + cavity → reverse hammer); 2) Computation Joukowsky equation ΔP = ρ·c·Δv, для 25 км pipe v=1.5 м/с trip → ΔP = 1000×1200×1.5 = 1.8 МПа = 18 бар overpressure (vs design 10 бар = катастрофа); 3) Hydrosphere — 500 м³ pressurised vessel с N2 blanket cushion (initial pressure 8 бар), при pump trip nitrogen expands освобождая объём для water back-flow, absorption pressure pulse 80-90%; 4) Air-vac vacuum-relief valve VAG Antimoss каждые 1-2 км pipe high points, allows air entry при vacuum для prevent collapse; 5) Slow-closing check valve KSB Boa-RVK или Cla-Val 81-01 с dampening cylinder (closing time 5-10 сек vs instant), uses внутр. spring + counter-weight; 6) Pressure relief valve PRV Bermad 700-PRV set 1.2× design pressure, allows overflow в drain perfectly maint pressure; 7) VFD soft-stop — frequency drive ABB ACS6080 program ramp-down 60 сек from full speed на coast-down, минимизирует Δv; 8) Pipe class upgrade — PCCP Pretensa class 4 (16 бар working + 24 бар surge) с factor of safety 1.5; 9) HAMMER software Bentley / FLUE-IT simulation transient analysis перед commissioning, identifies critical valve closure time + surge protection sizing; 10) Operational protocol — pump start sequence soft-start 30 сек + automatic isolation при unusual pressure; AWWA M11 (Manual of Water Supply Practices) + ISO 9906 + AWWA C504 + Bentley HAMMER + EN 805 + СН РК 4.01-02Только разгрузить pipe

Нормативная база

СН РК 4.01-02 — Водоснабжение населённых мест
СНиП 2.04.02-84* — Водоснабжение наружные сети
СанПин РК 2.1.4.1074 — Питьевая вода требования
WHO Guidelines for Drinking Water Quality 4th
ISO 24512 — Drinking water service activities
ISO 9906 — Rotodynamic pumps acceptance tests
AWWA M11 — Steel Pipe Manual
AWWA C504 — Rubber-Seated Butterfly Valves
EN 805 — Water supply requirements
ISO 4427 — Plastics piping for water supply
IWA International Water Association Best Practices
Закон РК «О питьевой воде» — № 188-VI от 11.07.2017