1. Scharakteryzuj podstawowe parametry charakteryzujące opady deszczowe

Ogólnie, zjawisko opadów deszczowych charakteryzują 3 parametry:

- natężenie q (bądź intensywność I), dm³/(s·ha), mm/min – ile „deszczu” spadło na zlewnie w czasie,

- czas trwania deszczu t – czas od początku opadów do ich końca, min, s

- zasięg terytorialny F – powierzchnia zlewni, na która spadł opad, km^2.

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

Deszcz mało intensywne występują częściej, trwają dłużej i obejmują większy obszar. Przykład: opady jesienne - „kapuśniaczek”.

Zasięg deszczu opisuje w przybliżeniu wzór Rosłońskiego (dla I < 5 mm/min):

F = 5(5 – I)^3, km^2

1. Zinterpretuj prawdopodobieństwo i częstość występowania deszczu miarodajnego

Zależność pomiędzy natężeniem deszczu q (lub jego intensywnością I) a czasem trwania (t_d) deszczu - o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się (p) w % lub częstości (C) = powtarzalności występowania: 1 raz na x = C lat - przedstawiono poniżej.

, [%]

gdzie: p – prawdopodobieństwo pojawienia się deszczu (wyrażane w %) określa ile razy w przeciągu 100-lecia zostanie osiągnięte lub przekroczone dane natężenia deszczu q (w dm³/s ha),

C – częstość pojawiania się deszczu (wyrażana w latach) oznacza, że w danym x = C letnim cyklu zdarzy się przynajmniej raz deszcz o natężeniu równym lub większym od q ;

, [lata] - interpretacja fizyczna: 1 raz na x lat

1. Jaki jest wpływ wzrostu wartości częstości deszczu na wzrost średnicy kanału

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

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.

Lepiej jest zapewniać wyższą ochronę przed ewentualnymi wylaniami z kanalizacji obniżając w pewnym zakresie prawdopodobieństwo (p) pojawiania się deszczu miarodajnego.

1. Omów wzór Błaszczyka na natężenie deszczu

, [dm³/(s ha)]

H – mm – średnia roczna wysokość opadu

C – lata – częstość występowania opadu

t – min – czas trwania opadu

t = t_d – czas trwania deszczu o natężeniu q

1. Scharakteryzuj składniki czasowe deszczu miarodajnego i ich wielkości

Czas koncentracji terenowej - tk - na zwilżenie powierzchni, wypełnienie nierówności terenu i dopływ do wpustu i kanału).Wg WTP, czas tk zależy od częstości występowania deszczu (C) oraz rodzaju kanalizacji i jest przyjmowany od 10 minut (kanały boczne w płaskim terenie) do 2 min (kanały przy spadkach terenu > 4% bądź w innych szczególnie trudnych warunkach – głębokie piwnice, podziemne ciągi komunikacyjne itp.)

.

Czas koncentracji terenowej zależy głównie od spadku powierzchni terenu it, rodzaju i stopnia uszczelnienia terenu, gęstości zabudowy, rozmieszczenia wpustów deszczowych na trasie kanału, itp.

Czas retencji kanałowej – tr :

W okresie braku opadów kanały deszczowe są prawie puste.

Płyną jedynie wody przypadkowe - najczęściej infiltracyjne.

Czas wypełniania się kanałów od „zera” do h - obliczeniowego (h= hn – normalnego w ruchu równomiernym) szacowany jest literaturowo na 4 do 8 minut – w zależności od wielkości kanałów, spadków dna, itp.

Retencja kanałowa szacowana jest też na 3÷6 mm wysokości opadów (hr): , min

tr - zależy więc też od intensywności opadów (I).

Czas przepływu w kanale – tp:

(od początku sieci do punktu obliczeniowego)

1. Podaj i omów wzory do bilansowania odpływu ścieków deszczowych

Wzór wyjściowy na miarodajny dla wymiarowania kanałów odpływowych wód deszczowych:

, dm³/s

gdzie: q – natężenie deszczu [dm³/(s ha)]: q = f(C, t_d, …),

F – powierzchnia zlewni [ha],

Ψ – współczynnik spływu [–],

φ – współczynnik redukcji natężenia deszczu = współczynnik opóźnienia odpływu [-].

Współczynnik spływu (Ψ) wyraża stosunek „efektywnego” spływu wód deszczowych (Q_spl.) z danej powierzchni zlewni (F) do wielkości opadu Q_op:

, (najczęściej: Ψ)

Część opadu deszczowego wsiąka w grunt, paruje, wypełnia nierówności terenu, bądź odpływa poza zlewnię zgodnie ze spadkiem terenu. Spływ efektywny = opad efektywny związany jest ze zlewnią zredukowaną F Ψ = F_zr.

Współczynnik redukcji natężenia deszczu (φ) – zwany też współczynnikiem opóźnienia odpływu, gdyż miarodajne natężenie przepływu ścieków deszczowych (Q_dm) w rozpatrywanym przekroju kanału występuje z pewnym opóźnieniem w stosunku do momentu opadu – o czas potrzebny na:

t_k – koncentrację terenową – zwilżenie powierzchni, wypełnienie nierówności teren i sam dopływ po powierzchni do kanału (tj. np. do wpustu deszczowego),

t_p – przepływ w kanale - od początku kanału do punktu obliczeniowego,

t_r – retencję kanałową – czas wypełnienia się kanału od wysokości 0 do wysokości wypełnienia normalnego h_n przy Q_dm (dla danej średnicy i spadku dna kanału).

φ = f (t_k, t_p, t_r) = f(t_dm)

1. Co to jest krzywa zredukowana deszczu i jak się ją tworzy (przykład)

Krzywa zredukowana deszczu jest to graficzna interpretacja zredukowanego wzoru Błaszczyka na natężenie deszczu w zależności od czasu przepływu tp, która pozwala nie obliczać za każdym razem tdm i q(tdm) ze wzoru Błaszczyka dla danego tp.

• kanalizacja deszczowa: dla np. C = 2 lata; t_k = 5 min

tp, min	4.17	10	15	20	…..	60
tdm = 1,2 tp + tk , min	10	17	23	29	…..	77
q(tdm) = ,	130,4 max	91.5	74.8	64.1	…..	33.4

Krzywa zredukowana deszczu q(t_p) dla C = 2 lata; t_k = 5 min (H = )

1. Interpretacja fizyczna współczynnika redukcji natężenia deszczu w MGN

(φ - zwany jest także współczynnikiem opóźnienia odpływu deszczu).

• Definicja I : – do MGN z uwzgl. t_r i t_k:

;

Uwzględniając że ,

wówczas

Interpretacja fizyczna – postać zależności(t_p)

Zastosowanie: do sporządzania krzywych natężenia deszczu – zredukowanych do MGN.

• Definicja II : – do tzw. metody stałych natężeń (MSN) wymiarowania kanalizacji

≤ 1,

uwzględniając , otrzymamy analogicznie:

Interpretacja fizyczna – postać zależności(t_p)

Zastosowanie : do wymiarowania kanalizacji deszczowej metodą uproszczoną, tzw. metodą stałych natężeń (MSN) - dla zlewni o F 50 ha

1. Podaj uproszczone wzory na współczynnik redukcji natężenia deszczu do MSN

• w zależności od wielkości powierzchni (F) zlewni:

,

gdzie: F - powierzchnia zlewni = odwadniania terenu: F 50 ha,

n = 8 - dla zlewni zwartych, przy dużych spadkach terenu,

n = 5 ÷ 6 - dla przeciętnych warunków (kształtu i spadku),

n = 4 - dla zlewni wydłużonych i małych spadków terenu

• w zależności od długości (l) kanału:

,

gdzie: l – długość kanału, [m]

m = 3.5 - duże spadki (powyżej 4%),

m = 3.0 - warunki przeciętne,

m = 2.5 - małe spadki (do 2%)

1. Scharakteryzuj 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 F_zr. - do ogólnego wzoru: Q_m = q F_zr.

Wartość współczynnika zależy od wielu czynników, jak:

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

• pochyłości = spadku terenu (i_t),

• wodoprzepuszczalności gruntów (k_f),

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

• wilgotności gruntu, temperatury powietrza, itp.

1. Podaj zasadę wymiarowania kanałów deszczowych wg MGN dla zlewni regularnej

Przykład zlewni regularnej

Natężenie przepływu ścieków deszczowych w przekroju B:

1/ zakładamy prędkość przepływu υ_AB(1) (np.: 1 m/s) i obliczamy: t_pAB = l₁/60υ_AB(1), [min],

2/ obliczamy t_dmB= 1,2t_p + t_k , [min],

3/ obliczamy q_dmB - ze wzoru Błaszczyka (*) - dla t_dmB, [dm³/(s ha)] (– lub odczytujemy z krzywej zredukowanej deszczu – wprost z zależności od t_p),

4/ obliczamy , dm³/s,

5/ dla Q_mB i przyjętego spadku i₁ dna kanału na odcinku AB, dobieramy przekrój kanału D₁ dla przyjętego wypełnienia kanału h/D ≤ 1 oraz określamy rzeczywistą prędkość przepływu υ_rzAB. Jeżeli założona prędkość υ_AB(1) różni się od rzeczywistej o więcej niż 0,1 m/s, obliczenia iterujemy od p. 1., przyjmując teraz za wyjściową υ_AB(2) = υ_rzAB (np.: 1.3 m/s).

Natężenia przepływu ścieków w przekroju C - postępujemy analogicznie, tj:

1/ zakładamy υ_BC(1) stąd t_pBC = l₂/60υ_BC(1) ,

2/ obliczamy ,

3/ obliczamy q_dmC - ze wzoru Błaszczyka (*) - dla t_dmC (– lub odczytujemy z krzywej zredukowanej deszczu – wprost z zależności od t_p),

4/ obliczamy

czyli

5/ dla Q_mC i przyjętego spadku dna i₂ na odcinku B-C oraz wypełnienia h/D ≤1 dobieramy przekrój kanału D₂ i określamy rzeczywistą prędkość przepływu υ_rzBC. W przypadku niezgodności prędkości założonej υ_BC(1) i υ_rzBC postępujemy analogicznie jw.

Interpretacja graficzna obliczeń

Dla zlewni regularnych, zawsze: QmC > QmB
Zawsze w kanalizacji:

1. Zasady projektowania separatorów ścieków deszczowych

Przy projektowaniu separatorów należy uwzględniać ilościowe bądź jakościowe kryteria ochrony wód odbiornika przed zanieczyszczeniem wyrażone bądź to dopuszczalną częstością zrzutów burzowych w ciągu roku bądź też dopuszczalnym stężeniem zanieczyszczeń w ściekach deszczowych odprowadzanych do odbiornika. W Polsce, odnośnie wód/ścieków opadowych i roztopowych pochodzących z zanieczyszczonych powierzchni szczelnych terenów przemysłowych, składowych, baz transportowych, portów, lotnisk, budowli kolejowych, miast, dróg (krajowych, wojewódzkich i powiatowych), a także parkingów (o powierzchni powyżej ), obowiązuje wymóg ich oczyszczania przed wprowadzeniem do odbiornika dla strumienia odpływu, który powstaje z deszczu o natężeniu co najmniej q=15 dm³/(s ha), natomiast z zanieczyszczonych powierzchni szczelnych obiektów magazynowania i dystrybucji paliw - dla strumienia odpływu, który powstaje z natężenia deszczu q_1,15, tj. o częstości występowania jeden raz w roku i czasie trwania 15 minut, lecz nie mniejszym niż q= 77 dm³/(s ha). Wymagane w Polsce, dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń w ściekach deszczowych (z zanieczyszczonych powierzchni szczelnych) odprowadzanych do odbiornika wynosi - do 100 mg/dm³ zawiesiny ogólnej oraz do 15 mg/dm³ substancji ropopochodnych (wg RMŚ z 2006r., ). Wymogi te mają wpływ na wartość granicznego strumienia deszczu (Q_gr), dzielącego ścieki opadowe na: zanieczyszczone - wymagające oczyszczenia oraz mniej zanieczyszczone - które mogą być odprowadzane do odbiornika bez oczyszczenia.

Takie podejście zalecane jest do projektowania nowych sieci bądź modernizacji już istniejących systemów. Odnośnie odprowadzania wód opadowych z już istniejących przelewów - separatorów na kanalizacji deszczowej (do jezior i ich dopływów bądź do innych zbiorników wodnych o ciągłym dopływie lub odpływie) dopuszczalna średnia roczna liczba zadziałań przelewów nie może przekryć liczby 5 (wg RMŚ z 2006r., ).

Powyższe kryteria determinują wybór wartości granicznego strumienia przepływu Q_gr, warunkującego rozpoczęcie separacji strumienia dopływowego do obiektu:

Q_gr = Q_{d gr} + Σ Q_o , (1)

gdzie: Q_{d gr} – graniczny strumień dopływu ścieków deszczowych ze zlewni bezpośredniej,

Σ Q_o – suma strumieni dopływowych z wyżej położonych separatorów (dm³/s).

Graniczny strumień dopływu ścieków deszczowych (Q_{d gr}) wyznaczyć można metodą deszczu płuczącego:

Q_{d gr} = q_sp ψ F , (2)

gdzie:  q_sp – strumień spłukujący zanieczyszczenia ze zlewni: q_{sp min} = 15 (dm³/(s ha)),

ψ - współczynnik spływu ścieków deszczowych,

F - pole powierzchni odwadnianej zlewni bezpośredniej (ha).

Hydroseparatory działają z chwilą, gdy wypełnienie w kanale dopływowym przekroczy wysokość wzniesienia krawędzi przelewowej, projektowanej dla strumienia Q_gr. Przy strumieniu obliczeniowym - maksymalnym Q_d = Q_{d (C)}, gdzie: Q_d (C) - strumień dopływu ścieków deszczowych (o częstości występowania C), zadaniem separatora jest podział strumienia Q_d na dwie części: na część Q - przepływającą przez krawędź przelewową i trafiającą pośrednio (zbiornik retencyjny) bądź bezpośrednio do odbiornika, oraz na część Q_o – pozostająca w kanale deszczowym i odpływającą do podczyszczalni ścieków deszczowych (kanalizacja rozdzielcza) bądź odpływającą do kanału bytowo-gospodarczego (kanalizacja półrozdzielcza) i do oczyszczalni ścieków.