Ćwiczenia projektowe z

sieci wodociągowych i

kanalizacyjnych

Obliczenia hydrauliczne sieci

kanalizacyjnej

Hydrauliczne

obliczanie

kanału

polega

na

wyznaczaniu:

• wymiarów kanału,
•określaniu jego napełnienia
•prędkości przepływu.

Obliczeń dokonujemy na poszczególnych odcinkach
sieci, między węzłami, na podstawie uprzednio
określonego maksymalnego przepływu i przyjętego
spadku kanału.

Założenia wstępne

W celu uproszczenia obliczeń zakłada się:

• stałe natężenie przepływu na odcinku kanału,
• niezmienny spadek dna kanału,

• stałe wymiary i przekrój kanału,

• niezmienną chropowatość w przekroju
poprzecznym.

Założenia te prowadzą do przyjęcia jednostajnego
ruchu ścieków w kanałach, a więc linia energii,
piezometryczna linia ciśnień oraz zwierciadło ścieków
i dno kanału są do siebie równoległe i odpowiadają
spadkowi hydraulicznemu „i”

L

i

hstr







hstr

- wysokość strat na tarcie [m],

L - długość odcinka kanału [m],
i - spadek hydrauliczny [%

0

].

W dalszych obliczeniach hydraulicznych przyjmuje się
również założenie, że prędkość przepływu jest stała
we wszystkich punktach przekroju strumienia, czyli
rozpatrujemy średnią prędkość w przekroju:

cz

F

Q

V 

V - średnia prędkość w przekroju [m/s],
Q - natężenie przepływu [m

3

/s],

F

cz

- powierzchnia czynna przekroju [m

2

].

Podstawowe wzory stosowane w

obliczeniach

Podstawowymi wzorami, stosowanymi w

hydraulicznym obliczaniu kanałów są:

1. wzór Chezy

i

R

c

V

h







V - średnia prędkość w przekroju [m/s],
R

h

- promień hydrauliczny [m],

i - spadek zwierciadła ścieków, równy spadkowi dna
kanału przy przepływie o swobodnym zwierciadle,
lub spadek linii ciśnień przy pracy kanału pod
ciśnieniem,
c - współczynniki [m

1/2

/s];

2. wzór Manninga

2

/

1

3

/

2

1

i

R

n

V

h







n - współczynnik szorstkości

Obliczanie hydrauliczne

pojedynczego kanału

Obliczenia hydrauliczne kanałów można
przeprowadzić jednym z następujących sposobów:

• bezpośrednie rachunkowe rozwiązanie równań
(metoda analityczna),

•korzystanie z nomogramów i krzywych sprawności
przekroju.

W praktyce spotykamy się z dwoma przypadkami
obliczeń hydraulicznych.

Projektowanie sieci. Znane jest natężenie przepływu
Q (dm

3

/s) w kanale oraz spadek dna kanału i (%

0

).

Należy wyznaczyć kształt i wymiary kanału całkowicie
lub częściowo napełnionego oraz określić napełnienie
h (cm) i prędkość przepływu v (m/s).

Kontrola pracy istniejącej sieci. Znany jest kształt i
wymiary kanału oraz jego spadek i (%

0

). Należy

określić natężenie przepływu Q (dm

3

/s) i prędkość

przepływu v (m/s) przy zaobserwowanym w kanale
napełnieniu h (cm).

Metoda analityczna

Metoda analityczna hydraulicznego obliczania kanałów
polega na wyznaczeniu podstawowych wielkości
charakteryzujących kanał (kształt, wymiary) oraz
panujących w nim warunków przepływu (napełnienie,
prędkość przepływu) na podstawie przyjętych do
obliczeń wzorów i zależności.

Rachunkowy sposób obliczeń hydraulicznych kanałów
jest żmudny i czasochłonny ze względu na potrzebę
wyznaczania wielkości promienia hydraulicznego w
funkcji napełnienia oraz konieczność stosowania
metody kolejnych przybliżeń w celu określenia
warunków przepływu.

Przykład

Natężenie przepływu ścieków Q = 80 dm

3

/s, spadek

dna kanału kołowego i = 4%

0

. Korzystając ze wzoru

Manninga

wyznaczyć

najmniejszą

z

szeregu

znormalizowanych

średnicę

kanału,

określić

napełnienie rzeczywiste oraz prędkość przepływu.

Nomogramy i krzywe sprawności

Ze względu na żmudne obliczenia metodą analityczną,
w obliczeniach hydraulicznych kanałów korzystamy
najczęściej z nomogramów sporządzonych do wzoru
Manninga.

Z nomogramów można w prosty sposób odczytać dla
danego natężenia przepływu i spadku kształt i wymiar
kanału, jego napełnienie oraz prędkość (sieć
projektowana)
lub
przy danym spadku, kształcie i wymiarach kanału oraz
jego napełnieniu, określić natężenie przepływu i
prędkość (kontrola pracy istniejącej sieci)

Obliczenia hydrauliczne kanałów możemy
przeprowadzić, wykorzystując również krzywe
sprawności przekroju.

Krzywe te, wykonane do wzoru Manninga, dla różnych
przekrojów kanału, ilustrują stosunek natężenia
przepływu i prędkości przy napełnieniu całkowitym.

o

o

V

V

Q

Q









Q, V - natężenie przepływu i prędkość przy
częściowym napełnieniu kanału,
Q

o

, V

0

- natężenie przepływu i prędkość przy

całkowitym napełnieniu.

Przykład

Przepływ ścieków wynosi Q = 80 dm

3

/s, spadek dna

kanału
i = 4%

0

. Korzystając z krzywych sprawności dla

przekroju kołowego, wyznaczyć najmniejszą z szeregu
znormalizowanych

średnicę

kanału,

określić

napełnienie rzeczywiste oraz prędkość przepływu.