Odwadnianie terenów W1

22.11.11

Delta Works

Literatura

•  E. Mielcarzewicz (1990), Odwadnianie terenów

zurbanizowanych i przemysłowych. Systemy

odwadniania. PWN, Warszawa.

•  R. Edel (2010), Odwodnienie dróg. WKŁ,

Warszawa.

•  A. W. Żuchowicki (2008), Systemy

odwadniające do regulacji stosunków

wodnych na obszarach zurbanizowanych.

Wydawnictwo Uczelniane Politechniki

Koszalińskiej, Koszalin.

22.11.11

Optymalny poziom wód gruntowych na

terenach zabudowanych

•  Dopuszczalna głębokość zwierciadła wody

podziemnej na terenach zurbanizowanych nie

może przekraczać poziomu przy którym wznios

kapilarny osiągnąłby fundamenty budowli lub

posadzki piwnic

•  Warunek ten musi być spełniony nawet przy

najwyższych stanach wód gruntowych

Głębokość zalegania zwierciadła wody podziemnej w

zależności od rodzaju gruntu -‐ budynki

•  Głębokość zalegania zwierciadła wody

podziemnej pod budowlami w zależności od

rodzaju gruntu:

–  grunty piaszczyste – 0.5 ÷ 1.2 m
–  grunty pylaste i gliniaste – 0.8 ÷ 2.0 m (lub więcej

w zależności od wyników badania gruntu)

•  Gdy warunki te nie mogą być spełnione należy

przewidzieć odpowiednią izolację

przeciwwilgociową i drenaże płytowe.

22.11.11

Głębokość zalegania zwierciadła wody podziemnej w

zależności od rodzaju gruntu – drogi i ulice

•  Głębokość zalegania zwierciadła wody

podziemnej pod drogami i ulicami powinno

znajdować się na głębokości równej co

najmniej połowie wysokości wzniosu

kapilarnego powiększonego o:

–  0.60 m w przypadku ruchu o średnim natężeniu
–  1.00 m w przypadku ruchu ciężkich pojazdów

Wysokość podnoszenia kapilarnego wody w

zależności od rodzaju gruntu

Rodzaj gruntu

Zasięg kapilarnego podnoszenia wody

Lessy

0.25 ÷ 0.35 m

Gliny średnie

0.20 ÷ 0.40 m

Gliny lekkie

0.15 ÷ 0.30 m

Torfy

0.12 ÷ 0.15 m

Grunty piaszczyste

0.05 ÷ 0.10 m

22.11.11

Głębokość zalegania zwierciadła wody podziemnej w

zależności od rodzaju gruntu – tereny niezabudowane

•  Głębokość zalegania zwierciadła wody

podziemnej na terenach niezabudowanych

(parki, zieleńce, ogrody itp.) nie powinna

przekraczać głębokości 1.0 ÷ 1.5 m (większe

głębokości wymuszają zwiększone zużycie wody

na zraszanie upraw)

Głębokość zalegania zwierciadła wody podziemnej w

zależności od rodzaju gruntu – tereny rolnicze

•  Poziom zwierciadła wody podziemnej w

zależności od przeznaczenia gruntów:

–  ogrody  – 1.0  ÷ 1.3  m
–  pola uprawne  – 0.75  ÷ 1.25  m
–  pastwiska – 0.60  ÷ 0.80  m
–  łąki  – 0.40  ÷ 0.60  m

22.11.11

Orientacyjne głębokości fundamentowania niektórych

obiektów, urządzeń i przewodów podziemnych

Opis obiektu

Głębokość fundamentowania mierzona od
powierzchni terenu

Ściany zewnętrzne budynków nie

podpiwniczonych

1.0 ÷ 1.8 m

Budynki podpiwniczone, z użytkowaniem

przemysłowym piwnic (magazyny, chłodnie,
garaże)

2.0 ÷ 4.0 m

Budynki wysokościowe, schrony przeciwlotnicze

3.0 ÷ 5.0 m

Tunele uliczne dla ruchu pieszego

3.0 ÷ 5.0 m

Przewody sieci wodociągowej

1.5 ÷ 2.5 m

Przewody sieci kanalizacyjnej

2.0 ÷ 4.0 m

Kolektory kanalizacyjne

3.0 ÷ 6.0 m

Kanały ciepłownicze

1.5 ÷ 3.0 m

Kanały zbiorcze na przewody uzbrojenia

podziemnego

3.0 ÷ 4.0 m

Piece hutnicze

4.0 ÷ 6.0 m

Skutki wysokich stanów wody podziemnej na

terenach zurbanizowanych

•  Nadmiernie wysokie stany wody podziemnej

(utrzymujące się przez większą część roku lub

przez cały rok) bardzo niekorzystnie wpływają na

lokalny klimat.

•  Wysoki stan wód gruntowych powodują:

–  wysoką wilgotność powietrza (do 100%),

–  częste i długo utrzymujące się zamglenia,

–  oszronienia obiektów (np. dróg, mostów etc.),

–  pogorszenie samopoczucia osób zamieszkujących

obszar,

–  podwyższona zachorowalność na górne drogi

oddechowe.

22.11.11

Skutki wysokich stanów wód gruntowych cd.

•  Niekorzystne warunki terenowe i geologiczne w

połączeniu z wysokim stanem wód gruntowych

mogą być przyczyną:

–  osuwisk terenu – zagrożenie budowli nadziemnych

i podziemnych, dróg kołowych i kolejowych

–  przemarzania gruntu – powstawanie wysadzin na

powierzchni dróg i ulic

–  powstawania kurzawek

Konsekwencje nadmiernego nawodnienia

gruntu

•  Nawodnienie gruntu utrudnia i podnosi koszty:

–  wykonywania wykopów posadowienia

fundamentów budowli,

–  układania przewodów uzbrojenia podziemnego

(sieć kanalizacyjna).

•  W silnie nawodnionych gruntach bardzo trudno

zachować zgodne z projektem spadki kanałów.

22.11.11

Podtopienia sztuczne i naturalne

•  Podtopienia dzielimy na:

–  naturalne
–  sztuczne

•  Sztuczne podtopienia terenów powodowane

są gospodarczą działalnością człowieka.

•  Sztuczne podtopienia występują najczęściej na

obszarach z gruntami słabo przepuszczalnymi

jak np. piaski pylaste, pyły, pyły piaszczyste,

piaski gliniaste czy lessy.

Przyczyny sztucznego podtopienia terenów

•  Przyczyny sztucznego podtopienia terenów:

–  pogorszenie spływu wód powierzchniowych, w wyniku

czego następuje przedostawanie się ich w głąb gruntu,

–  przeciekanie instalacji wodociągowych i

kanalizacyjnych,

–  wznoszenie budowli wodnych w bliskim sąsiedztwie

terenów budowlanych,

–  inﬁltrujące działanie rzek i kanałów (szczególnie w

okresach podwyższonych przepływów),

–  utrata drożności dolnych odcinków systemów

odwadniających.

22.11.11

Przyczyny sztucznego podtopienia terenów

•  Przyczyną sztucznych podtopień jest

przedostawanie się nadmiernych ilości wód obcych

do stref wodonośnych.

•  Nadmierny odpływ wód obcych spowodowany jest

m.in.:

–  usunięciem szaty roślinnej,

–  naruszenie wierzchniej warstwy gruntu,

–  wykopami, bruzdami oraz otworami które powodują

nadmierne wsiąkanie wód powierzchniowych,

–  dużym obciążeniem gruntu wywołanym

posadowieniem budowli czy napowierzchniowym

składowaniem mas ziemnych (hałdy)

Zmiany wilgotności gruntu a zagospodarowanie

terenu

Wykresy zmian wilgotności gruntu w zależności od rodzaju

przykrycia powierzchni terenu:

-‐  nawierzchnia szczelna

-‐ zabudowa

-‐  bez przykrycia

Wilgotność:
1 – do 10%
2 – do 18%
3 – do 20%
4 – powyżej 20%

22.11.11

Obciążenie gruntu

•  Obciążenie gruntu powoduje osiadanie podłoża

co przekłada się na zmniejszenie porowatości

strefy przepływu i podniesienie się zwierciadła

wody gruntowej

Podtopienie terenu spowodowane usypaniem hałdy w streﬁe odpływowej wód gruntowych

Przyczyny sztucznego podmakania gruntu

Podtopienie budynku w wyniku

podniesienia zwierciadła wody w rzece

Podtopienie terenu ma skutek

przecieków z nieszczelnej kanalizacji

22.11.11

Przyczyny sztucznego podmakania gruntu

Zamknięcie spływu powierzchniowego nasypem drogowym bez wykonania rowów i

przepustu

Przyczyny sztucznego podmakania gruntu

Spiętrzenie strumienia wody gruntowej wywołane częściowym zagęszczeniem gruntu i

przegrodzeniem strumienia przez fundamenty

1 – ława fundamentowa

2 – pal fundamentowy
3 – grunt zagęszczony wibracją

4 – naturalne zwierciadło wody
gruntowej

5 – zwierciadło spiętrzonej wody

22.11.11

Przyczyny sztucznego podmakania gruntu

Podtopienie terenów przemysłowych wskutek wcięcia tarasu na pokłady gliny z

wkładkami piasku wodonośnego

1 – nasyp

2 – wykop

Przyczyny sztucznego podmakania gruntu

Okresowe podtapianie budynku wywołane uszkodzeniem drenażu

1 – sączki

2 – przerwany zbieracz drenażu

22.11.11

Przyczyny sztucznego podmakania gruntu –

wpływ budowli hydrotechnicznych

Wpływ spiętrzenia rzeki jazem na zmianę przebiegu hydroizohips wody gruntowej w

dolinie rzeki

Hydroizohipsa – linia łącząca na mapie punkty swobodnego

zwierciadła wody podziemnej, leżące na tej samej wysokości

względem przyjętego poziomu odniesienia

Podtopienia naturalne

•  Podtopienia naturalne spowodowane są

najczęściej:

–  obecność wód powierzchniowych (stawy, jeziora,

cieci etc.),

–  wysoki  stan  zwierciadła wód  gruntowych,
–  ukształtowaniem  terenu  (rzeźba),
–  budową geologiczną podłoża,
–  inﬁltracja wód  obcych,
–  czynniki  klimatyczne  (opady  atmosferyczne,

temperatura i wilgotność powietrza)

22.11.11

Przykłady podtopień naturalnych – rzeźba

terenu

Zabagnienia i podtopienia na terenach o pofałdowaniem powierzchni

1 – obszar podmokły (podtopiony)
2 – obszar zabagniony

Przykłady podtopień naturalnych – rzeźba

terenu

Zabagnienie i podtapianie terenu doliny rzecznej spływającymi wodami

opadowymi

1 – obszar okresowo podtapiany
2 – obszar okresowo zabagniany
3 – normalny stan wody gruntowej
4 – podwyższony stan wody gruntowej wywołany infiltracją wód opadowych

uszczelniony
brzeg rzeki

22.11.11

Przykłady podtopień naturalnych – sieć

hydrograﬁczna

Układ hydroizohips w dolinie aluwialnej w zależności od stanów wody w

rzece

1 -‐ Stany niskie

2 -‐ Stany średnie

3 -‐ Stany wysokie

Przykłady podtopień naturalnych – sieć

hydrograﬁczna

Granica zasięgu inﬁltracji wody rzecznej do gruntu w zależności od wzrostu

stanów wody w rzece i czasu ich trwania

÷ 3

– granica zasięgu inﬁltracji rzeki

do gruntu przy wzroście stanu wody
do poziomu A po czasie t

÷ t

÷ 3

– granica zasięgu inﬁltracji rzeki

do gruntu przy wzroście stanu wody

do poziomu B po czasie t

÷ t

22.11.11

Przykłady podtopień naturalnych – budowa

geologiczna i warunki hydrogeologiczne

Niekorzystne ukształtowanie

nieprzepuszczalnego podłoża
powodujące podmoknięcie budowli

Niekorzystne ukształtowanie

nieprzepuszczalnego podłoża
powodujące zabagnienie gruntu

Przykłady podtopień naturalnych – budowa

geologiczna i warunki hydrogeologiczne

Podtopienie i zabagnienie gruntu wodą kapilarną

22.11.11

Przykłady podtopień naturalnych – budowa

geologiczna i warunki hydrogeologiczne

Zasilanie powierzchniowych warstw gruntu

wodami naporowymi przez:

-‐ okno hydrogeologiczne

-‐  szczelinę uskokową

-‐  bezpośredni kontakt (na wychodniach

wodonośnych warstw podłoża)

Przykłady podtopień naturalnych – budowa

geologiczna i warunki hydrogeologiczne

Podtopienie i zabagnienie terenu napływającą wodą gruntową

22.11.11

Bilans wodny – siły powodujące krążenie wody

•  Woda występująca na Ziemi zmienia swoje

stany skupienia pod wpływem różnych sił i

czynników przyrody

•  Najważniejszymi czynnikami powodującymi

poruszanie się wody w przyrodzie są:

–  energia cieplna (Słońce)
–  siła ciężkości  (energia potencjalna)
–  przyciąganie  Słońca i  Księżyca
–  siła międzycząsteczkowa
–  działalność  człowieka

Energia cieplna i energia potencjalna

•  Energia cieplna powoduje parowanie i podnoszenie

cząsteczek wody w górne warstwy atmosfery

•  Cząsteczki wody znajdujące się w powietrzu

atmosferycznym w postaci pary wodnej podlegają

działaniu wiatrów, które transportują je często ma

bardzo duże odległości

•  Energia potencjalna powoduje ruch cząsteczek wody

skierowany ku Ziemi

•  Cząsteczki wody występujące na lądach spływają z

miejsc wyżej położonych do miejsc niżej położonych i

uchodzą rzekami do mórz i oceanów (prądy oceaniczne)

22.11.11

Fazy obiegu wody

•  Obieg wody odbywa się w dwóch fazach:

–  atmosferycznej w której woda w postaci pary

wodnej uchodzi z powierzchni ziemi do atmosfery i

pozostaje w niej do czasu skroplenia i powrotu na

ziemię w postaci opadu atmosferycznego

–  litosferycznej w której woda przebywa na

powierzchni ziemi lub w gruncie w ciekłym lub

stałym stanie skupienia

Obieg wody

22.11.11

Równanie bilansu wodnego

P + K + D

+ Q

= E + D

+ Q

+ DR

gdzie:
P – opady atmosferyczne

K – kondensacja pary wodnej
D

i D

– dopływ i odpływ wód powierzchniowych

i Q

– dopływ i odpływ wód podziemnych

R – zmiana zasobów wody (powierzchniowej i

podziemnej)

Bilans wykonuje się dla określonego obszaru i w

określonym okresie czasu (w m

, mm, m)

Opady atmosferyczne -‐ P

22.11.11

Osady atmosferyczne – kondensacja ukryta -‐ K

•  Osady dzielimy na płynne i stałe:

–  rosa
–  mgła rosząca
–  szron
–  szadź
–  okiść
–  biała rosa
–  gołoledź

Parowanie terenowe -‐ K

•  Wyróżniamy parowanie:

–  z wolnej  powierzchni  zbiorników  wodnych
–  z szaty  roślinnej
–  z pokrycia i  powierzchni  terenu
–  z gleby
–  sublimacja śniegu  i  lodu

22.11.11

Odpływ – D

i D

i Q

•  Odpływ dzielimy na:

–  spływ powierzchniowy wód pochodzenia

atmosferycznego (D

i D

)

–  odpływ wód podziemnych (Q

i Q

)

Spływ powierzchniowy

•  Im mniejszy obszar tym większą rolę w

odpływie odgrywa spływ powierzchniowy

•  W bilansach niewielki obszarów i krótkich

okresów należy oddzielnie traktować spływy po

powierzchni terenu i odpływu drogą wsiąkania i

przesączania podziemnego

22.11.11

Spływ powierzchniowy

•  Sumaryczna wielkość spływu w okresie

obliczeniowym to:

= ψ P

gdzie:

ψ – współczynnik spływu
P – suma wysokości opadów (deszcz + śnieg),

Odpływ podziemny

•  Odpływ podziemny odbywa się w sposób ciągły

– wyrównuje przepływy w strumieniach i

rzekach (zasilają je podwodnie lub poprzez

źródła w okresach suchych, retencjonuje wodę

w okresach wzmożonego wsiąkania)

•  Przy krótkich okresach (mniej niż rok) ze

względu na retencję wody w gruncie należy

przeprowadzić dokładny bilans wód

podziemnych

22.11.11

Składniki bilansu wód podziemnych (krótki okres

bilansowania)

•  Składniki bilansu wód podziemnych:

–  wsiąkanie opadów atmosferycznych oraz wód strumieni i

rzek

–  dopływ obcych wód podziemnych (z przyległych obszarów)

–  kondensacja pary wodnej w streﬁe nawietrzonej (aeracji)

–  dopływ wód głębinowych (juwenilnych)

–  odpływ podwodny i przez źródła do strumieni i rzek

–  odpływ podziemny do przyległych obszarów

–  parowanie podziemne do strefy nawietrzonej oraz pobór

wody przez rośliny

–  pobór wody przez ujęcia wodociągowe i urządzenia

melioracyjne

–  straty wody na wiązanie w procesach geochemicznych