1. WYMIEŃ I UZASADNIJ CELE STAWIANE KANALIZACJI NA TERENACH ZURBANIZOWANYCH.

Cele kanalizacji na terenach zurbanizowanych (osadniczych):
1/ utrzymanie warunków higienicznych (sanitarnych) przez zbieranie i odprowadzanie ścieków do oczyszczalni, gdzie następuje ich unieszkodliwienie; Jest to główny (i pierwotny) cel kanalizacji jednostek osadniczych. Problemy higieniczne wynikają głównie z obecności zanieczyszczeń fekalnych w składzie ścieków bytowo-gospodarczych, związanych z życiem i działalnością człowieka. W przypadku ścieków przemysłowych chodzi głównie o niekorzystny wpływ na środowisko (w tym na trwałość kanałów), ich składu fizyko-chemicznego.
2/ zapobieganie szkodom związanym z zalewaniem bądź podmakaniem terenów i obiektów
3/ utrzymanie powierzchni komunikacyjnych (jezdni, parkingów, placów) w stanie używalności (np. przejezdności dróg - woda co najwyżej do poziomu krawężników).

2. DEFINICJA I ELEMENTY SKŁADOWE SYSTEMU KANALIZACYJNEGO.

Kanalizacja - to zespół urządzeń (czyli system) do zbierania i odprowadzania ścieków do oczyszczalni, gdzie następuje ich unieszkodliwienie.

Elementy składowe systemu kanalizacyjnego:

Kanalizacja wewnętrzna: instalacje wewnętrzne - w budynkach z przyborami sanitarnymi (WC, wanny, umywalki, natryski, wpusty podłogowe, etc.),

Kanalizacja zewnętrzna: sieć osiedlowa lub zakładowa (komunalna, prywatna, wspólnotowa), sieć zbiorcza miejska (komunalna), obiekty sieciowe (pompownie, zbiorniki retencyjne, przelewy burzowe, separatory, syfony, studzienki rewizyjne), oczyszczalnia ścieków (mechaniczna, chemiczna, biologiczna).

3. KLASYFIKACJE SYSTEMÓW USUWANIA ŚCIEKÓW WG RÓŻNYCH KRYTERIÓW

a) ilość odprowadzanych ścieków – pełna (wszystkie rodzaje ścieków), częściowa (np. tylko ścieki bytowo - gospodarcze), mieszana (fragment. pełna i częściowa),

b) zasięg terytorialny – lokalna (osiedlowa, zakładowa), miejska (całe miasto), grupowa (kilka miast),

c) konstrukcja kanałów – kryta (podziemna), otwarta (powierzchniowa, rowy), mieszana

d) sposób przepływu ścieków – grawitacyjna, ciśnieniowa (pompowa: pneumatyczna lub hydrauliczna), podciśnieniowa (próżniowa), mieszana,

e) rodzaj odprowadzanych ścieków – bytowo – gospodarcza (ściekowa, sanitarna), przemysłowa, deszczowa, ogólnospławna (mieszana),

f) funkcja systemu odprowadzającego ścieków – ogólnospławna (jednoprzewodowa), rozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa), półrozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa), bezodpływowa (szamba i wozy asenizacyjne), odciążona (szamba i sieć zbiorcza), mieszana (fragmentami rożne sieci)

7. ZASADY DZIAŁANIA I WYMIAROWANIA KANALIZACJI OGÓLNOSPŁAWNEJ

Podczas tzw. „suchej pogody” kanałem płyną ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe (+ przypadkowe). Podczas „pogody deszczowej” – dodatkowo ścieki deszczowe. Średnice kanałów (przekroje) wymiarujemy – do całkowitego wypełnienia - na przepływ maksymalny – miarodajny (Qm):

• Qm = Qmax h sc + Qd m (q,C,t)

gdzie: Qmax h sc - maksymalny godzinowy dopływ ścieków bytowo-gospodarczych i przemysł;
Qd m - miarodajny dopływ wód deszczowych - o danym natężeniu deszczu
q, przy założonej częstości C jego występowania i przy określonym czasie trwania deszczu t. Częstość deszczu przyjmuje się w zależności od ważności kanału i warunków terenowych (np. kolektory ogólnospławne, w terenach płaskich, wymiarujemy na C=5 lat, a kanały boczne na C=2 lata).

8. ZASADY DZIAŁANIA I WYMIAROWANIA KANALIZACJI ROZDZIELCZEJ

Ścieki bytowo – gospodarcze i przemysłowe, wody przypadkowe płyną kanałami ściekowymi, natomiast ścieki deszczowe płyną kanałami deszczowymi.

• Kanały ściekowe („sanitarne”): Qm = 2Qmax h sc.

przekroje (najczęściej kołowe) kanałów odprowadzających ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe wymiarujemy na:

Qmax h sc - odpływ ścieków byt.-gospod. i przemysłowych, przy uwzględnieniu dopływu wód przypadkowych, w tym infiltracji wód podziemnych w wysokości
Qmax h sc – mieszczących się w 100% rezerwie przepustowości dobranej średnicy kanału.

9. ZASADY DZIAŁANIA I WYMIAROWANIA KANALIZACJI PÓŁROZDZIELCZEJ

• Kanały ściekowe (kolektory) bytowo-gosp. i przem. za separatorami muszą byd wymiarowane na Qmax h ścieków bytowo-gosp. i przem. + Q d I fali:

Qm. = Qmax h sc + Qd I fali

• Podobnie też powinna byd zwymiarowana oczyszczalnia ścieków miejskich, gdzie deszcze o małym natężeniu q trafiają w całości (np. w Polsce qmin = 15 dm3/(s ha)).

• Kanały deszczowe, jak w kanalizacji rozdzielczej, wymiarujemy zawsze na natężenie deszczu miarodajnego (zależnego od q, C, t):

Qm = Qd m (q, C, t)

10. WADY I ZALETY SYSTEMÓW KANALIZACYJNYCH

A) Ogólnospławna:

Zalety: - krótka sieć kanałów, - prostszy układ sieci – mniejsza możliwość kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym, - sieć zajmuje mniej miejsca (np. pod jezdnią), - mniejsze koszty przyłączy posesji (jeden przykanalik), - mniejsze koszty budowy i eksploatacji, - brak tzw. dzikich przyłączy (jedna sieć).
Wady: - małe prędkości przepływu ścieków przy suchej pogodzie (stąd np. większe koszty eksploatacyjne), - nierównomierna praca miejskiej oczyszczalni ścieków i większe koszty eksploatacji (pompowanie), - duże zagłębienie kanałów i duże średnice kanałów (kolizje z innym uzbrojeniem), - konieczność budowy przelewów burzowych, zbiorników retencyjnych, podczyszczalni ścieków mieszanych, - gorsze dla środowiska skutki z przepełnienia kanałów – wylao, - silne zapachy ze studzien i wpustów.

B) Rozdzielcza:

Zalety: - osobny proces oczyszczania ścieków deszczowych oraz bytowo – gospodarczych i przemysłowych – efektywniejszy; - bardziej równomierna praca oczyszczalni ścieków bytowo – gospodarczych i przemysłowych, - mniejsze średnice kanałów ściekowych i deszczowych, większe prędkości przepływu, - mniejsze skutki środowiskowe wylao z kanałów deszczowych, - możliwość etapowania budowy kanalizacji – wpierw kanały ściekowe, następnie kanały deszczowe, - możliwość przebudowy na kanalizację półrozdzielczą – dobudowa separatorów.

Wady: - praktycznie podwójna sieć, - skomplikowany układ sieci – kolizje kanałów, - podwójny pas terenu zabudowy sieci, - większe koszty przyłączy, - występowanie dzikich przyłączy – np. kanałów sanitarnych do kanałów deszczowych, - najczęściej większe koszty budowy i eksploatacji.

C) Półrozdzielcza

Zalety i wady takie jak w przypadku kanalizacji rozdzielczej, jednak dodatkową zaletą jest to, że kanalizacja półrozdzielcza posiada separatory, które kierują pierwszą falę ścieków deszczowych (najbardziej zanieczyszczonych) do oczyszczalni ścieków sanitarnych.

11.ZASADY WYBORU SYSTEMU KANALIZACYJNEGO - ETAPOWANIE BUDOWY

Czynniki przemawiające za wyborem kanalizacji rozdzielczej

a) Rozwinięta sieć hydrograficzna – krótkie kanały deszczowe;

b) Brak możliwości zrzutu z przelewów ścieków mieszanych – małe odbiorniki;

c) Luźniejsza zabudowa - mniejsze uszczelnienie;

d) Większa pewność poprawnego działania z punktu widzenia ochrony środowiska (mimo najczęściej większych kosztów budowy i eksploatacji, w porównaniu do systemu ogólnospławnego);

e) Możliwość etapowania inwestycji - z braku środków finansowych.

Czynniki przemawiające za wyborem kanalizacji ogólnospławnej

a) Brak rozwiniętej sieci hydrograficznej do odprowadzania wód deszczowych;

b) Odbiornik gwarantuje samooczyszczanie się – możliwe zrzuty ścieków z przelewów;

c) Gęsta zabudowa - znaczne uszczelnienie terenu;

d) Analiza ekonomiczna innego wariantu (kosztów budowy i eksploatacji) systemu wskazuje na znacznie większe koszty.

Etapowanie budowy System rozdzielczy częściowy – w I etapie realizowana jest kanalizacja „sanitarna”. Sprzyja temu:

• Dostarczanie wody z sieci wodociągowej, co powoduje większe jej zużywanie przez odbiorców i konieczność odprowadzania dużej ilości ścieków bytowo-gospodarczych i przemysłowych;

• Niski poziom wód podziemnych, grunt przepuszczalny, duże spadki powierzchni terenu w kierunku odbiorników;

• Luźna zabudowa, małe uszczelnienie powierzchni terenu, duża infiltracja do wód podziemnych.

System rozdzielczy częściowy – w I etapie realizowana jest kanalizacja deszczowa. Sprzyja temu:

• Mniejsze wskaźniki odpływu ścieków bytowo-gospodarczych (np. brak wodociągu) i możliwość ich gromadzenia w zbiornikach bezodpływowych (bądź z drenażem rozsączającym) i wywożenia wozami asenizacyjnymi do oczyszczalni.

• Wysokie poziomy wód podziemnych, grunty słabo przepuszczalne, małe spadki powierzchni terenów;

• Brak naturalnych odbiorników wód deszczowych.

II etap realizuje się najczęściej po okresie 20 lat.

12. UKŁADY GEOMETRYCZNE SIECI KANALIZACYJNEJ

Topologia sieci zależy od:

• konfiguracji terenu (spadków podłużnych i poprzecznych) względem rzeki,

• układu geometrycznego ciągów komunikacyjnych (pieszo-jezdnych).

Ogólną i podstawową zasadą jest lokalizowanie:

kanałów bocznych (i zbieraczy) – na kierunkach największych spadków powierzchni terenu – w miarę prostopadle do warstwic,

kanałów głównych (kolektorów) – prawie równolegle do warstwic terenu.

a) układ poprzeczny sieci kanalizacyjnej

b) układ poprzeczny z kolektorem

c) układ równoległy

d) układ równoległy z kanałami odciążającymi

e) układ promienisty – w dolinie, kotlinie

f) układ pierścieniowy – na wzgórzu

g) układ strefowy globalny

h) układ strefowy lokalny

13. ZASADY USTALANIA ILOŚCI ŚCIEKÓW BYTOWO-GOSPODARCZYCH I PRZEMYSŁOWYCH

Wielkośd odpływu ścieków bytowo – gospodarczych określa się najdokładniej na podstawie zarejestrowanego poboru wody przez mieszkaoców, jednak co do ilości jest to wartośd mniejsza od 100% poboru i o mniejszej nierównomierności godzinowej odpływu $N_{h} = \frac{Q_{\text{hmax}}}{Q_{hsr}}$ (nawet do 20 %) w stosunku do poboru wody.

Bilans odpływu ścieków bytowo-gospodarczych i przemysłowych opracowuje się analogicznie jak bilans zapotrzebowania na wodę (pomija się przy tym zapotrzebowanie na wodę w ZUW, a także straty wody w sieci wodociągowej wraz z jej płukaniem i podlewaniem zieleni). Najpierw wyznacza się średnie (i maksymalne) dobowe zapotrzebowanie na wodę, na poszczególne cele – zagospodarowania przestrzennego, posługując się liczbą mieszkaoców miasta/osiedla, a następnie oblicza się maksymalny dobowy odpływ ścieków. Przyjmując za podstawę obliczony wyżej odpływ ścieków Qd max = 100%, dla poszczególnych elementów zagospodarowania przestrzennego, sporządza się histogramy odpływów godzinowych – wykorzystując modele zapotrzebowania na wodę (rozbiory % w poszczególnych godzinach doby). Sumowanie odpływów godzinowych (w poszczególnych godzinach doby), wszystkich elementów zagospodarowania, prowadzi do znalezienia globalnego Qh max (najczęściej w godzinach rannych 600 ÷ 800 lub wieczornych - 2000 ÷ 2200) – co może byd podstawą projektowania przekrojów kanałów ściekowych. W Polsce do obliczania zapotrzebowania na wodę przyjmuje się Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dn. 14.01.2002 – przeciętne normy zużycia wody.

B) W UE

Określa się je podobnie jak w Polsce, tyle, że w Niemczech do obliczenia zapotrzebowania na wodę przyjmuje się normy ATV. Przeciętne zużycie wody w przeliczeniu na mieszkaoca w Niemczech jest niższe niż w Polsce. Przyjmuje się także, wielkośd odpływu ścieków jest mniejsza od poboru wody wodociągowej i wynosi:

η = 95% dla mieszkalnictwa, usług (administracji, szkół),

η = 85% dla terenów przemysłowo-składowych,

η = 100% dla komunikacji zbiorowej,

η = 25 ÷ 50% dla mycia ulic i placów - do kan. ogólnospławnej (przy rozdzielczej 0%),

- η = 0% dla podlewania zieleni miejskiej.

14. ZASADY USTALANIA ILOŚCI WÓD PRZYPADKOWYCH I INFILTRACYJNYCH

Wielkośd dopływu wód przypadkowych, w tym infiltracyjnych zależy od charakterystyki miasta/osiedla (rodzaj materiału, jakości wykonania i wieku kanału, a także zagłębienia pod zw. wody, spadków powierzchni terenu, rodzaju nawierzchni dróg, itp.) Można ją oszacować przez pomiar natężenia przepływu ścieków bytowo-gospodarczych i przemysłowych w godzinach nocnych (przy odciętym dopływie wody wodociągowej) podczas pogody deszczowej i bezdeszczowej. W Polsce do ustalania ilości wód przyjmuje się polskie wytyczne z literatury, natomiast w Niemczech wg norm ATV.

15. ZALECENIA CO DO WYPEŁNIEŃ KANAŁÓW

W Polsce do 60% (od 50 do 70 % w Niemczech) wysokości, tj. do 67% (od 50 do 83%) przepustowości całkowitej przekroju kołowego dla strumienia samych ścieków bytowo-gospodarczych i przemysłowych, reszta to rezerwa przepustowości kanałów – na wody przypadkowe (z infiltracyjnymi) oraz na przyszłościowy rozwój.

16. OMÓW DESZCZOMIERZE NOWEJ GENERACJI

Istotną wadą deszczomierzy klasycznych jest ich mała dokładność (do wysokości opadu - straty wody ma parowanie), a także uciążliwa obsługa (codzienna lub kilkudniowa).

Rozwój automatyki, elektroniki i radiotelefonii nowej generacji skutkuje opracowaniem nowych urządzeń, do rejestracji opadów deszczowych (ciekłych) i śnieżnych (stałych), zwanych pluwiointensometrami.

Deszczomierze wagowe = pluwiometry wagowe

Pluwiointensometry wagowe pozwalają na rejestrację opadów (śnieg i deszcz = opad łączny) z dokładnością wysokości opadu (H).

Termostat z grzałką umożliwia eksploatację urządzenia w okresach wczesnowiosennych i późnojesiennych – przymrozki. Pluwiogram jest analogiczny do wyżej omówionego – dokładniejszy, przesyłany drogą radiową.

Deszczomierze z naczyniami wywrotnymi – zbiorniczkowe

Deszczomierze „zbiorniczkowe” - autostradowe są stosowane w automatycznych stacjach METEO wzdłuż autostrad. Wyposażone w 2 na przemian napełniane i opróżniane zbiorniczki – małej pojemności. Powierzchnia wlotowa F = 500cm2. Impulsy zadziałania wysyłane są drogą radiową do centrali.

Deszczomierze z naczyniami wywrotnymi - łyżeczkowe

Deszczomierze „łyżeczkowe” - irygacyjne – do kontroli procesu nawadniania użytków rolnych. Powierzchnia wlotowa F = 50cm2. Woda „deszczowa” zliczana jest na wywrotnej „łyżeczce” o objętości 5 ml. Jeden impuls odpowiada opadowi o wysokości ∆H = . Stąd pomiar intensywność opadu I = dH/dt, mm/min (lub mm/godz).

17. PARAMETRY OPADU DESZCZOWEGO

Ogólnie, zjawisko opadów deszczowych charakteryzują parametry:

• intensywnośd deszczu I = Δh/Δt (czyli zmiany wysokości opadu Δh w czasie Δt), Intensywnośd deszczu nie jest stała w czasie jego trwania jak i w przestrzeni objętej opadem.

a) deszcze wyjątkowo intensywne (tzw. ulewne czy nawalne) zdarzają się rzadko (np. raz na kilka czy raz na kilkanaście lat), trwają krótko i mają mały zasięg terytorialny. Przykład: lokalne „oberwanie chmury”.

b) deszcze mało czy średnio intensywne występują częściej, trwają dłużej i obejmują większe obszary.

Przykład: opad regionalny typu „kapuśniaczek”.

• czas trwania deszczu td,

• wysokośd opadu h,

• zasięg terytorialny F.

Zasięg deszczu (w km2) opisuje w przybliżeniu formuła Rosłooskiego, dla I < 5 mm/min:

F = 5(5 – I)3 ,

• jednostkowe natężenie deszczu – q, w dm3/(s·ha), zamiast intensywności deszczu I = Δh/Δt, w mm/min. Między tymi wielkościami zachodzi związek, wynikający z przeliczenia jednostek miar:

q = 166,7 I

18. PRAWDOPODOBIEŃSTWO A CZĘSTOŚĆ WYSTĘPOWANIA DESZCZU

Prawdopodobieostwo (p) pojawienia się danego deszczu z częstością (C) jego występowania ujmuje związek:

$$P = \frac{100}{C}$$

gdzie:

• p – prawdopodobieostwo występowania deszczu (wyrażane w %) określa ile razy w przeciągu 100-lecia zostanie osiągnięte lub przekroczone dane natężenia deszczu q (w dm3/(s ha)),

• C – częstośd pojawiania się deszczu (wyrażana w latach) oznacza, że w danym C letnim cyklu zdarzy się przynajmniej raz deszcz o natężeniu równym lub większym od q, stąd:

$$C = \frac{100}{P}$$

- co interpretujemy jako 1 raz na C lat

19. JAKI JEST WPŁYW WZROSTU WARTOŚCI CZĘSTOŚCI DESZCZU NA WZROST ŚREDNICY KANAŁU

Przykładowo:

- dla p=100%, C=1, przepływ miarodajny =obliczeniowy wynosi Q, a średnica kanału d:

- to dla: p=50%, C=2, przepływ obliczeniowy wynosi Q’=1,26Q , a średnica kanału d’ 1,09d;

p=20%, C=5, przepływ obliczeniowy wynosi Q’’=1,71Q, a średnica kanału d’’1,225d;

p=10%, C=10, przepływ obliczeniowy wynosi Q’’’=2,15Q, a średnica kanału d’’’1,33d;

p=5%, C=20, przepływ obliczeniowy wynosi Q’’’’=2,71Q, a średnica kanału d’’’’1,455d.

- stąd wniosek, że

„opłaca” się jednak zapewniać wyższą ochronę przed ewentualnymi wylaniami z kanalizacji obniżając w pewnym zakresie prawdopodobieństwo (p) pojawiania się deszczu miarodajnego.

Nawet gdy przyjmiemy dziesięciokrotnie rzadszy deszcz, np. dla C = 10 lat w porównaniu z C=1 rok, to miarodajny strumień ścieków deszczowych wzrośnie przeszło dwukrotnie, a wymagana średnica kanału tylko o ok. 1/3. Tak więc koszty inwestycyjne wzrosną tylko nieznacznie.

20. WZÓR BŁASZCZYKA NA NATĘŻENIE DESZCZU MIARODAJNEGO

q = [6,631 x pierw3(H2C)]/t ^ 2/3

gdzie:

q - jednostkowe (średnie w czasie t) natężenie deszczu, dm3/(s·ha),

t - czas trwania deszczu, min,

H - wysokośd opadu normalnego (średniego rocznego z wielolecia min 30 lat), mm,

C - częstośd występowania deszczu o natężeniu q (z przewyższeniem), lata.

21. SCHARAKTERYZUJ SKŁADNIKI CZASOWE DESZCZU MIARODAJNEGO I ICH WIELKOŚCI

W MGN przyjmuje się, że miarodajny strumień objętości ścieków deszczowych (Qm) w rozpatrywanym przekroju kanału występuje z pewnym opóźnieniem w stosunku do momentu rozpoczęcia opadu (po okresie suchej pogody), o czas niezbędny na:

• tk – koncentrację terenową – zwilżenie powierzchni, wypełnienie nierówności teren i dopływ po powierzchni do kanału (poprzez wpust deszczowy),

Czas koncentracji terenowej zależy głównie od rodzaju i stopnia uszczelnienia terenu, spadków powierzchni oraz natężenia deszczu, ale także pośrednio od gęstości zabudowy czy rozmieszczenia wpustów deszczowych na trasie kanału, itp. Jest to czas niezbędny na zwilżenie powierzchni, wypełnienie nierówności terenu (po okresie suchej pogody) jak i sam dopływ po powierzchni do wpustu deszczowego i dalej przykanalikiem do kanału

• tr – retencję kanałową – wypełnianie się kanału od wysokości „0” do wysokości wypełnienia obliczeniowego h(Qm),

W okresie braku opadów kanały deszczowe są prawie puste. Płyną jedynie wody przypadkowe - najczęściej infiltracyjne. Czas wypełniania się kanałów do wysokości obliczeniowej h(Qm), tj. wypełnienia normalnego hn(Qm) w ruchu równomiernym (dla danej średnicy i spadku dna kanału) szacowany jest w literaturze na 4 do 8 minut – w zależności od wielkości kanałów, spadków dna, itp.

Retencja kanałowa szacowana jest na hr = 3÷6 mm wysokości opadu:
t_r = h_r/I

gdzie:

• tr – czas retencji (w min) zależny od intensywności opadów I (w mm/min).

• tp – przepływ w kanale - od początku kanału do przekroju obliczeniowego.

Czas przepływu ścieków tp (w minutach) w kanale - od jego początku do przekroju obliczeniowego - określa się z wzoru: t_p = L/60v

22. METODY BILANSOWANIA ODPŁYWU ŚCIEKÓW DESZCZOWYCH (MSN, MGN)

MGN: W MGN przyjmuje się, że miarodajny strumieo objętości ścieków deszczowych (Qm) w rozpatrywanym przekroju kanału występuje z pewnym opóźnieniem w stosunku do momentu rozpoczęcia opadu (po okresie suchej pogody), o czas niezbędny na:

• tk – koncentrację terenową – zwilżenie powierzchni, wypełnienie nierówności teren i dopływ po powierzchni do kanału (poprzez wpust deszczowy),

• tr – retencję kanałową – wypełnianie się kanału od wysokości „0” do wysokości wypełnienia obliczeniowego h(Qm),

• tp – przepływ w kanale - od początku kanału do przekroju obliczeniowego.

Tak więc w MGN uwzględnia się dodatkowo czasy opóźnienia-retencji tk i tr, stąd dla:
t_d = t_dm = t_k + t_r + t_p => q(t_dm => Q_m(t_dm) < Q_m(t_p)
Q_m(t_dm) = q(t_dm) x Ψ(psi) x F
Q_m(t_dm) = q(t_p) x fi x psi x F

24. WSPÓŁCZYNNIK SPŁYWU POWIERZCHNIOWEGO DESZCZU

Współczynnik spływu określa stosunek wielkości spływu wody deszczowej z danej powierzchni (F) do ilości opadu:

Iloczyn ψF tworzy tzw. zlewnię zredukowaną Fzr. - do ogólnego wzoru: Qm = q Fzr.

Wartoś współczynnika Ψ zależy od wielu czynników, jak:

• rodzaj pokrycia terenu = stopieo uszczelnienia powierzchni (w %),

• pochyłości = spadku terenu (it),

• wodoprzepuszczalności gruntów (kf),

• natężenia (q) i czasu trwania deszczu (td),

• wilgotności gruntu, temperatury powietrza, itp.

30. MAKSYMALNE SPADKI DNA KANAŁÓW GRAWITACYJNYCH

Spadki maksymalne określa się w podobny sposób - tj. przy całkowitym wypełnieniu prędkośd przepływu ścieków nie może przekroczyd wartości:

• vc max = 3.0 m/s – w kanalizacji byt.-gosp. i przem. dla rur betonowych i kamionkowych,

• vc max = 5.0 m/s – w kanalizacji byt.-gosp. i przemysł. dla rur żelbetowych i żeliwnych,

• vc max = 7.0 m/s – w kanalizacji deszczowej i ogólnospławnej, niezależnie od materiału kanałów; w Niemczech nawet 10 m/s (przy pełnym wypełnieniu), jako że kanały te działają okresowo w porównaniu ciągle pracującymi kanałami bytowo-gospodarczymi i przemysłowymi.

31. ZALECANE I STOSOWANE PRZEKROJE KANAŁÓW

1/ Kanały kołowe (oznaczenie - K) o średnicach (d):

d = K ; 0.20; 0.25; 0.30; 0.40; 0.50; 0.60; 0.80; 1.0; 1.2; 1.4; 1.6; 1.8;

( i większe o wielokrotności , tj. np.: K 2.5; 3.0; 3.5; )

2/ Kanały jajowe (oznaczenie - J) o wymiarach (b x h) ≡ (szer. x wys.):

J 0.6 x ; 0.7 x ; 0.8 x ; 1.0 x ; 1.2 x

3/ Kanały jajowe podwyższone (oznaczenie - JP) o wymiarach b x h:

JP 0.6 x ; 0.7 x ; 0.8 x ; 1.0 x ; 1.2 x

4/ Kanały gruszkowe (oznaczenie - GR) o wymiarach b x h:

GR 1.4 x ; 1.6 x 2.0; 1.8 x 2.25; 2.0 x i większe o wielokrotności

5/ Kanały dzwonowe (oznaczenie - DZ) o wymiarach b x h:

DZ 1.4 x ; 1.6 x 1.36; 1.8 x 1..53; 2.0 x i większe o wielokrotności (b)

Kanały dzwonowe, ze względu na h < b, znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie nie ma wystarczającej wysokości bądź przykrycia terenem.

32. NIETYPOWE PRZEKROJE KANAŁÓW GRAWITACYJNYCH

Odstępstwa geometrii kanału od normy PN-71/B-02710 *19+ wymagają zgody PKN (na produkcję). Przy modernizacji kanalizacji w uzasadnionych przypadkach, np. przy występujących kolizjach z istniejącym uzbrojeniem (na krótkich odcinkach), są dopuszczalne inne, w tym nietypowe, kształty kanałów. Są to m.in. o przekroju prostokątnym, eliptycznym, pięciokątnym.

Duże wahania przepływów, pogoda bezdeszczowa trwające przez większy czas w roku.

33. ZASADY SYTUACYJNEGO TRASOWANIA KANAŁÓW – NA PLANACH

Zasady ogólne

Rozplanowanie sytuacyjne przewodów kanalizacyjnych (podobnie jak i wodociągowych, ciepłowniczych, gazowych itp.) powinno być równoległe do:

– osi ulic (krawężników, chodników),

– linii rozgraniczających zabudowy,

– istniejącego zbrojenia podziemnego.

W szerokich ciągach komunikacyjnych („pieszo-jezdnych”) – o szerokości przekraczającej 30m, i obustronnej zabudowie, należy projektować dwa równoległe kanały ogólnospławne bądź bytowo-gospodarcze. Liczba i układ kanałów deszczowych zależy od warunków miejscowych. Gdy odwadniana jest tylko ulica należy zastosować jeden kanał, gdy odwadniane są też dachy domów i podwórza, wówczas należy przewidzieć 2 przewody, lub nawet 3.

Wymagane odległości projektowanych kanałów grawitacyjnych od istniejącego uzbrojenia podziemnego i nadziemnego terenu regulowane są odpowiednimi przepisami miejscowymi, np. wojewódzkimi - ZUDP Wrocław. Przykładowo, minimalna odległość zewnętrznego obrysu kanału od:

• krawężnika – wynosi – [wg COBRI INSTAL [23] z 2003r. – 1.2 m]

• budynku mieszkalnego [4.0 m]

• torów kolejowych [od skrajnej szyny torowiska]

• autostrad

• rowów otwartych [0.8 m]

• drzew, krzewów [2.0 m]

• pomników przyrody

• drenażu podziemnego

• przewodu ciepłowniczego [1.2 ÷ w zależności od ]

• przewodu wodociągowego [1.2 ÷ w zależności od ]

• przewodu gazowego:

• kabli energetycznych i telekomunikacyjnych .

Zasady pokonywania łuków

1. Kanały nieprzełazowe - o wysokości przekroju h=D < - należy układać odcinkami prostymi pomiędzy studzienkami inspekcyjnymi („rewizyjnymi”). Każda zmiana kierunku trasy musi odbywać się więc w studzience (rys. 68):

Trasowanie kanałów o wysokościach h=D < w łukach dróg

B) Kanały przełazowe - o wysokości przekroju h=D (- dawniej o h ≥ a dla h<1.0;1.4 m> tzw. półprzełazowe) można budować w łukach - o łagodnych krzywiznach – o promieniach (R), przy czym:

R _min 5b, gdzie b=D – szerokość kanału w tzw. pachach [m], oraz R _min .

Trasowanie kanałów o wysokościach przekroju h=D 1.0 m w łukach dróg

Na początku i końcu łuku najlepiej lokalizować studzienki rewizyjne, aby umożliwić wejście i przeczyszczenie takiego odcinka (- niewidoczny przelot kanału).

Zasady łączenia kanałów:

Łączenie tras kanałów powinno odbywać się w studzienkach - tzw. połączeniowych, pod kątem do kierunku przepływu ścieków (rys. 70):

Sposób łączenia kanałów dla tras pod kątem

Gdy z układu tras łączonych kanałów wychodzi kąt ostry: należy zastosować dodatkową studzienkę rewizyjną (rys 71):

Sposób łączenia kanałów dla tras pod kątem

Kanały nieprzełazowe (h < ) łączymy w studzienkach połączeniowych (o przekroju kołowym), a kanały przełazowe (h ) – w komorach połączeniowych (nie kołowych):

34. ZASADY WYSOKOŚCIOWEGO TRASOWANIA KANAŁÓW – NA PROFILACH

Zasadą generalną jest tutaj prowadzenie – układanie kanałów możliwie jak najpłycej względem powierzchni terenu (tanie wykopy). Jednak zagłębienie kanału jest determinowane przez:

• wymagane minimalne zagłębienie (Z_min), umożliwiające grawitacyjny dopływ ścieków tzw. przykanalikami, z budynków, wpustów, itp. (o spadkach minimalnych 15‰ dla d = oraz 10‰ dla d = !),

• strefę przemarzania gruntu (Hz) – minimalne przykrycie ziemią (H_min ≥ Hz),

• spadki i ukształtowanie terenu po trasie kanału,

• inne czynniki, jak np. kolizje z istniejącym uzbrojeniem podziemnym (rys. 73).

35. Sposoby połączeń kanałów w studzienkach przy zmianie średnic

Mamy do dyspozycji 4 sposoby połączeń kanałów przy wzroście wymiarów (średnic bądź wysokości przekroju) kanałów, mianowicie poprzez:

a) wyrównanie den - najtańsze w budowie, najgorsze hydraulicznie;

b) wyrównanie sklepień - najdroższe w budowie (zagłębienia), poprawne hydr.;

c) wyrównanie osi kanałów - poprawne hydraulicznie;

d) wyrównanie zwierciadeł ścieków - hydraulicznie najwłaściwsze.

36. ZASADY PROJEKTOWANIA OBIEKTÓW (STUDZIENEK, KOMÓR, KASKAD,…)

Studzienki i komory kaskadowe służą do pokonywania znacznych różnic wysokości, przy zmianach zagłębień kanałów.

Studzienki kaskadowe stosowane są zazwyczaj dla małych średnic kanałów (- mała energia kinetyczna strumienia ścieków). Przykładowo, dla kanałów bytowo-gospodarczych o średnicy d 0.4 m należy stosować studzienki kaskadowe z dodatkowym (pionowym bądź ukośnym) przewodem spadowym (o mniejszej średnicy) na zewnątrz studzienki. W kanalizacji ogólnospławnej, dla kanałów o średnicy d0.6 m, pionowym przewodem spadowym spływają ścieki pogody bezdeszczowej. Różnica poziomów den kanałów (H_max) przy takiej konstrukcji studzienek kaskadowych nie powinna przekraczać .

W kanalizacji deszczowej dla małych spadów (H_max ≤0.6 m) i małych średnic kanałów (d ≤0.6 m) stosowane są pionowe studzienki kaskadowe, ewentualnie z obniżeniem dna - tworzącym tzw. poduszkę wodną - do tłumienia energii spadającego swobodnie strumienia ścieków).

37. SPOSOBY PŁUKANIA KANAŁÓW PŁUCZKAMI KANAŁOWYMI I KANAŁAMI PŁUCZĄCYMI

Płuczki kanałowe, tj. zbiorniki do płukania kanałów, lokalizuje się najczęściej w najwyższych - początkowych punktach sieci. Objętość wody (czasami używa się ścieków), niezbędną do przepłukania danego odcinka kanału, oblicza się ze wzoru Hansena:

Zbiorniki retencyjne-udoskonalone:

Obliczanie objętości retencyjnej zbiorników przelewowych V_zb = V₍₁₎ sprowadza się w praktyce do scałkowania powierzchni pola trapezu E – F – G – D . Podstawą określenia objętości komory retencyjnej zbiornika przelewowego jest więc modelowy hydrogram dopływu ścieków deszczowych (Q_d), będący efektem opadu o określonym prawdopodobieństwie wystąpienia, oraz założony (uproszczony) hydrogram odpływu ścieków (Q_o) dla β = idem, przedstawiony na rys. 68a.

Modelowy hydrogram dopływu i odpływu ścieków dla zbiornika przelewowego

Przelew burzowy-klasyczny:

Dotychczas, w systemach kanalizacji ogólnospławnej, stosowano tzw. konwencjonalne przelewy boczne, tj. o niskich krawędziach przelewowych, umieszczonych na wysokości wypełnienia normalnego (H_n) w kanale dopływowym przed przelewem przy granicznym strumieniu (Q_gr) dopływu ścieków, i bez urządzeń do dławienia odpływu (Q_o) ścieków (w kierunku oczyszczalni). Sprawność hydrauliczna takich obiektów jest bardzo mała (współczynnik przepływu µ rzędu 0,4) a przez to długość krawędzi przelewowych bywa znaczna, z uwagi na dużą bezwładność (prędkość) płynących ścieków w komorze przelewowej.

Działanie konwencjonalnego bocznego przelewu burzowego – bez dławienia odpływu Q_o - w warunkach ruchu spokojnego (zwierciadło wznosi się na długości komory przelewowej)

Przelew burzowy-udoskonalony:

Alternatywą dla tradycyjnych (konwencjonalnych) przelewów bocznych są obecnie konstrukcje niekonwencjonalne – o wysokich krawędziach przelewowych, zaopatrzone w urządzenia dławiące, takie jak np. rury dławiące, układy dławiące z łuków (bądź kolan), zastawki czy regulatory hydrodynamiczne, umożliwiające spiętrzenie ścieków w komorze przelewowej i w kanale powyżej przelewu - już przy strumieniu Q_gr. Wg PN-EN 752 celowe jest wówczas instalowanie krat, bezpośrednio przed przelewem, aby zapobiec zatykania się urządzeń dławiących. Przelewy takie uzyskały przewagę nad konstrukcjami tradycyjnymi z uwagi właśnie na:

• zmniejszenie prędkości przepływu w obrębie komory przelewowej i wzrost sprawności hydraulicznej przelewu (μ∈<0.5; 0.6>), a przez to znaczne skrócenie długości krawędzi przelewowych (zwykle do kilku metrów),

• wysoki stopień pewności ochrony oczyszczalni ścieków przed przeciążeniem, tj. stabilizacji granicznego strumienia objętości (Q_gr) odpływu ścieków na oczyszczalnię - do wartości Q_o =1,2Q_gr - przy maksymalnym dopływie ścieków (Q_d) do obiektu,

• wykorzystanie retencji kanałowej sieci do ograniczenia czasu i częstości działania przelewu w ciągu roku (- spłaszczenie hydrogramów dopływu ścieków do obiektu).

39. ZASADY PROJEKTOWANIA SYFONÓW KANALIZACYJNYCH

Syfony kanalizacyjne służą do pokonywania przeszkód terenowych, takich jak np. rzeki czy obiekty podziemne - pod tymi przeszkodami. Przepływ w syfonie, złożonym z jednego lub więcej przewodów, odbywa się pod ciśnieniem, ze stratą energii – na pokonanie oporów liniowych i miejscowych.

Prędkość przepływu ścieków w przewodach syfonowych, nawet przy minimalnych przepływach, powinna być większa niż prędkość samooczyszczania. Na ogół przyjmuje się jako minimum:

• 0.9 m/s w kanalizacji rozdzielczej (przy przepływach nocnych - ścieków pogody bezdeszczowej – nie mniej niż 0.7 m/s),

• 1.2 m/s w kanalizacji ogólnospławnej.

Z drugiej strony prędkość przepływu nie powinna być zbyt duża, gdyż prowadzi do dużych wartości strat hydraulicznych (Δh_s) i w konsekwencji do dużych niezbędnych różnic den kanałów na wlocie i wylocie z syfonu .

W kanalizacji deszczowej bądź ogólnospławnej stosuje się najczęściej kilka przewodów syfonowych, o różnych średnicach i o wlotach na różnych poziomach, włączających się do pracy kolejno, w miarę zwiększania się strumienia dopływających ścieków pogody deszczowej

Ze względu na możliwość wytrącania się osadów należy przewidzieć możliwość płukania i czyszczenia przewodów syfonowych, zwłaszcza odcinków wznoszących się. Minimalna średnica syfonu to K . Stosuje się tutaj rury żeliwne, stalowe czy żelbetowe, obecnie coraz częściej też tworzywa sztuczne - wzmocnione.

Obliczenia hydrauliczne syfonów sprowadzają się do:

• doboru średnic przewodów syfonowych (d_s) ze względu na prędkość υ_s ,

• określenie strat hydraulicznych w syfonie (), tj. różnicy zwierciadeł ścieków w studzienkach 1 i 2 lub różnicy rzędnych den kanałów (rys. 94).

40. NIEKONWENCJONALNE SYSTEMY KANALIZACYJNE – WARUNKI STOSOWANIA I ZASADY DZIAŁANIA.

Kanalizacja niekonwencjonalna stosowana jest zwłaszcza gdy:

• spadek terenu jest bliski zeru,

• wysoki poziom wód podziemnych,

• trudne warunki fundamentowe (np. podłoże skaliste),

• zabudowa pasmowa o małej gęstości zaludnienia.

Kanalizacja niekonwencjonalna ma następujące zalety:

• lepiej spełnia warunki sanitarne i zasady ochrony środowiska, bowiem ze względu na wymaganą szczelność przewodów kanalizacyjnych wykluczona jest zarówno eksfiltracja ścieków do gruntu jak i infiltracja wód podziemnych do kanałów, co prowadzi do zmniejszenia wymiarów oczyszczalni ścieków (mniej jest ścieków);

• możliwe jest układanie rurociągów ściekowych „równolegle" do powierzchni terenu, na głębokościach nawet nieco mniejszych od układu przewodów wodociągowych, co przyczynia się do znacznego skrócenia czasu realizacji inwestycji poprzez zmniejszanie objętości robót ziemnych, często też eliminuje odwodnienia i szalowania wykopów (tańsza budowa);

• uzyskuje się dość istotne zmniejszenie średnic kanałów (rurociągów ściekowych) wskutek większych prędkości przepływu (pełnym przekrojem) co przyczynia się do zmniejszenia kosztów budowy sieci;

• łatwe jest rozwiązywanie kolizji z innymi instalacjami uzbrojenia podziemnego terenu - podobnie jak w przypadku sieci wodociągowej.

Okazuje się często, że ilość ścieków w stosunku do kanalizacji grawitacyjnej zmniejsza się nawet do 50%, wskutek m.in. braku infiltracji wód podziemnych oraz wód deszczowych z „dzikich” podłączeń oraz dopływających przez otwory wentylacyjne we włazach), jednak stężenie zanieczyszczeń okazuje się wysokie i wynosi średnio od 330 (USA) do 600 (Niemcy) mg/dm³ BZT_5.