Politechnika Wrocławska Wrocław, dnia10.05.2012 r.
Instytut Inżynierii
Ochrony Środowiska
Zespół Dydaktyczny
Zaopatrzenia w Wodę
i Usuwania Ścieków
Ćwiczenie projektowe
z
Kanalizacji
Prowadzący: Wykonał:
Fajna studentka ;-)
Przedmiotem niniejszego ćwiczenia projektowego jest projekt koncepcyjny kanalizacji rozdzielczej dla obszaru przedstawionego na otrzymanej mapie.
Zakres opracowania obejmuje:
1. Obliczenia ilości ścieków deszczowych
2. Obliczenia hydrauliczne sieci kanalizacji deszczowej
3. Obliczenia ilości ścieków bytowo – gospodarczych
4. Obliczenia hydrauliczne sieci kanalizacji ściekowej
5. Opis techniczny
6. Część rysunkową:
- Wykresy krzywych deszczu wg wzoru Błaszczyka
- Plan spadków i zagłębień kanalizacji deszczowej. Skala 1:5000
- Plan spadków i zagłębień kanalizacji ściekowej. Skala 1:5000
- Profil podłużny kolektora kanalizacji deszczowej. Skala 1:100/5000
- Profil podłużny kolektora kanalizacji ściekowej. Skala 1:100/5000
- Plan sytuacyjny sieci kanalizacyjnych. Skala 1:5000
- Projekt koncepcyjny wybranej studzienki rewizyjnej. Skala 1:50
Podstawą niniejszego opracowania jest temat ćwiczenia projektowego nr 13 wydany przez prowadzącego zajęcia oraz mapa obszaru w skali 1:5000, nr 63.
W czasie wykonywania niniejszego opracowania wykorzystano następujące materiały:
[1] Błaszczyk Wacław, Roman Marek, Stamatello Henryk „Kanalizacja – tom 1” Arkady, Warszawa 1974
[2] Ćwiczenie projektowe z wodociągów (semestr 4)
Jednostka osadnicza nr 63 położona jest na terenie o rzędnych od 222,10 do 228,50 m.n.p.m. Teren układa się ze spadkiem w kierunku południowym. Południowy kraniec miasta ograniczony jest rzeką. Powierzchnia zlewni wód deszczowych, objęta planem wynosi 105ha. Parametry zlewni: średni opad roczny H = 610 mm, współczynnik spływu ψ = 032.
1. Współczynnik spływu ψ = 0,32
2. Średni opad roczny H = 610mm
3. Powierzchnia zlewni wód opadowych F = 105ha
Dane do obliczeń:
Powtarzalność deszczu C
C = 2 lata dla kolektora
C = 1 rok dla kanałów bocznych
Koncentracja terenowa
tk = 5 min dla kolektora
tk = 10 min dla kanałów bocznych
tm = tp + tr + tk
gdzie: tm – czas trwania deszczu, min
tp – czas przepływu, min
tr – czas retencji kanałowej, min
tk – czas koncentracji, min
tr= 0,2 ∙ tpstąd:
tm = 1,2 tp + tk
Korzystamy z wzoru Błaszczyka na natężenie deszczu miarodajnego:
gdzie: H – średni opad roczny z wielolecia; mm
C – powtarzalność deszczu miarodajnego, lata
tm – czas trwania deszczu miarodajnego, min
tmmin = 10min
Przykład obliczeń dla kolektora: Przykład obliczeń dla kanału bocznego:
tm = 1, tm = 1,
10 = 1,2 ∙ tp + 5 10 = 1,2 ∙ tp + 10
tp min = $\frac{10 - 5}{1,2} = 4,17\ min$ tp min = 0 min
$q_{m} = \frac{6,631 \bullet \sqrt[3]{610^{2} \bullet 2}}{10^{0,67}} = 128,44$ $q_{m} = \frac{6,631 \bullet \sqrt[3]{610^{2} \bullet 1}}{10^{0,67}} = 77,70$
Tabela 1.Obliczenia współrzędnych krzywych deszczu wg wzoru Błaszczyka dla kolektora
tabela 1. | dla kolektora |
---|---|
tp, min | 0 |
tm, min | 10 |
qm, dm3.m | 128,44 |
Tabela 2.Obliczenia współrzędnych krzywych deszczu wg wzoru Błaszczyka dla kanałów
Bocznych
tabela 2. | dla kanałów bocznych |
---|---|
tp, min | 0 |
tm, min | 10 |
qm, dm3.m | 101,97 |
Całkowita powierzchnia zlewni wód opadowych wynosi F = 105ha. Współczynnik spływu dla zlewni jest równy ψ = 0,32.
Każdy odcinek obliczeniowy stanowi pewną część powierzchni całkowitej zlewni. Na podstawie składu procentowego zlewni ustalono powierzchnie całkowite oraz zredukowane odcinków obliczeniowych wg. przykładu:
Powierzchnia odcinka 14-15 stanowi 6% powierzchni całej zlewni, stąd jego powierzchnia całkowita wynosi:
F 1-2 = 105ha ∙ 0,06= 6,3 ha
Powierzchnia zredukowana jest iloczynem powierzchni całkowitej oraz współczynnikiem spływu ψ, stąd powierzchnia zredukowana odcinka 14-15 jest równa:
F zr1-2= 6,0 ha ∙ 0,32≈ 2,016 ha
Wyniki obliczeń przedstawiono w tabeli 3.
Tabela 3.Zestawienie powierzchni zlewni wód deszczowych przyporządkowanych do
poszczególnych odcinków obliczeniowych sieci kanalizacyjnej
Odcinek | Długość | Powierzchnia zlewni wód opadowych | Rzędne terenu |
---|---|---|---|
od - do | odcinka | odcinka | od początku |
m | % | ha | |
1 | 2 | 3 | 4 |
14-15 | 352 | 6 | 6 |
15-8 | 360 | 11 | 17 |
8-6 | 370 | 10 | 27 |
7-6 | 305 | 7 | 7 |
6-5 | 395 | 3 | 37 |
5-3 | 300 | 4 | 41 |
4-3 | 660 | 8 | 8 |
3-2 | 325 | 5 | 54 |
13-12 | 245 | 9 | 9 |
12-11 | 365 | 7 | 16 |
16-11 | 316 | 9 | 9 |
11-9 | 444 | 8 | 33 |
10-9 | 370 | 4 | 4 |
9-2 | 322 | 3 | 40 |
2-1 | 171 | 6 | 100 |
Razem | 100 |
Wszystkie dane potrzebne do obliczeń zostały dostarczone, wraz z tematem projektu, przez prowadzącego ćwiczenia.
Współczynnik spływu ψ = 0,32
Średni opad roczny H = 610mm
Powierzchnia zlewni wód opadowych F = 105ha
W celu obliczenia miarodajnego przepływu ścieków do wymiarowania kanałów należy wyznaczyć następujące parametry wszystkich odcinków:
a) powtarzalność deszczu C; lata
b)suma zredukowanychpowierzchni zlewni deszczowej od początku; ha
c) czas trwania deszczu miarodajnego; min
d) natężenie deszczu miarodajnego, dm3/s·ha
a) Powtarzalność deszczu dla kolektora przyjęto równą C=2 lata
dla kanałów bocznych C=1 rok
Odcinki pierwsze kolektora potraktowano jak odcinki boczne.
b) Sumę zredukowanychpowierzchni zlewni deszczowej od początku obliczono sumując powierzchnie zredukowane kanałów, które dopływają do danego przekroju obliczeniowego wraz z obliczanym odcinkiem.
c) Czas trwania deszczu miarodajnego obliczono wykorzystując zależność:
tm = 1,
gdzie:
tm – czas trwania deszczu, min
tp – czas przepływu deszczu w kanale, min
tk – czas koncentracji, min
Czas koncentracji tkdla kolektora przyjęto równy tk= 5 min,
Dla kanałów bocznych tk= 10 min
Odcinki pierwsze kolektora potraktowano jak odcinki boczne.
Czas przepływu deszczu w kanale tp obliczono na podstawie długości kanału, a także założonej prędkości ścieków na danym odcinku.
d) Natężenie deszczu miarodajnego obliczono wykorzystując wzór Błaszczyka:
gdzie: H – średni opad roczny z wielolecia; mm
C – powtarzalność deszczu miarodajnego, lata
tm – czas trwania deszczu miarodajnego, min
Przepływ maksymalny ścieków deszczowych można wyrazić wzorem:
gdzie: qm – natężenie deszczu miarodajnego,
– suma powierzchnizredukowanych zlewni od początku; ha
Dla pierwszych odcinków sieci deszczowej spadki kanałów dobrano jako większe z dwóch wartości: it oraz imin obliczone z zależności:
Dla następnych odcinków sieci, dla przypadku it<imin spadki dobrano analogicznie.
W przypadku gdy it>imin spadki dobrano tak, by wypłycić kanał.
.
Początkowo założono łączenie kanałów dnami. Po ich doborze sprawdzono możliwość powstania tzw. „cofki” przy odczytanym wypełnieniu każdego kanału. W przypadku gdy zaistniała taka możliwość kanały zostały równane zwierciadłami.
Obliczeń parametrów kanalizacji wykonano dokonano na podstawie punktów 3.1.1 – 3.1.3. Na podstawie wyznaczonego przepływu miarodajnego ścieków i wybranego spadku dna kanału wyznaczono średnicę kanału i z programu odczytano jego napełnienie i rzeczywistą prędkość przepływu ścieków w kanale, zakładając że gdy prędkość rzeczywista nie różni się od założonej o więcej niż 0,1 m/s obliczenia są prawidłowe.
Wyniki obliczeń przedstawiono w tabeli 4.
Po obliczeniu parametrów kanalizacji w końcach odcinków, dokonano sprawdzenia tych parametrów dla warunków przepływu w górnych węzłach odpowiednich odcinków. Jeśli przepływ obliczeniowy okazał się mniejszy niż na końcu odcinka, oznaczało to, że średnica dobrana jest prawidłowo i kanał pomieści cały przepływ.
Jeśli przepływ miarodajny okazał się większy na początku odcinka, sprawdzono wypełnienie kanału przy danym przepływie.
Dane potrzebne do obliczenia odpływu ścieków z kanalizacji ściekowej zostały przyjęte na podstawie zapotrzebowania na wodę, które zostało opracowane na ćwiczeniu projektowym z wodociągów w IV semestrze.
Cele zapotrzebowania na wodę | Qśrd | Qmaxd |
---|---|---|
1 | Mieszkalnictwo | wielorodzinne |
jednorodzinne | ||
2 | Instytucje, zakłady i urządzenia usługowe | |
3 | Mycie pojazdów komunikacji zbiorowej i indywidualnej | |
4 | Utrzymanie czystości ulic i placów | |
5 | Polewanie zieleni miejskiej | |
6 | Przemysł, składy i zaplecze budownictwa | |
7 | Razem | 4861,7 |
8 | Straty wody w sieci wodociągowej | |
9 | Woda do sieci wodociągowej | |
10 | Cele technologiczne ZUW | |
11 | Wydajność ujęcia wody |
Średni oraz maksymalny odpływ ścieków bytowo – gospodarczych obliczonozakładając odpowiedni procent odpływu – jest to część wody wykorzystywanej na dane cele, która trafia do kanalizacji sanitarnej.
Tabela 5. Zestawienie średniego i maksymalnego dobowego odpływu ścieków bytowo – gospodarczych
Lp. | Elementy zagospodarowania przestrzennego | Zapotrzebowanie wody, m3/d | Procent odpływu | Odpływ ścieków, m3/d |
---|---|---|---|---|
Qśrd | Qmaxd | % | ||
1. | Mieszkalnictwo | wielorodzinne | 1151,8 | 1612,5 |
jednorodzinne | 1491 | 2832,9 | ||
2. | Instytucje, zakłady i urządzenia usługowe | 374 | 486,2 | 95 |
3. | Mycie pojazdów komunikacji zbiorowej i indywidualnej | 99,7 | 119,6 | 100 |
4. | Przemysł, składy i zaplecze budownictwa | 1246,6 | 1433,6 | 85 |
Razem | 4363,1 | 6484,8 | - |
Lp. | Elementy zagospodarowania przestrzennego | Zapotrzebowanie na wodę, m3/d | Procent odpływu ścieków | Odpływ ścieków, m3/d |
---|---|---|---|---|
Qśrd | Qmaxd | % | ||
1 | Mieszkalnictwo | wielorodzinne | 1636,4 | 2454,6 |
jednorodzinne | 1685,6 | 3371,2 | ||
2 | Urzędy i instytucje usługowe | 461,4 | 599,8 | 95 |
3 | Utrzymywanie w czystości komunikacji zbiorowej | 123 | 147,6 | 100 |
4 | Tereny przemysłowe- składowe | 1230,4 | 14 15 |
85 |
5 | Razem | 5136,8 | 7988,2 | - |
Na podstawie danych o nierównomierności dobowej zapotrzebowania na wodę z sieci wodociągowej, przeprowadzono procentowy rozkład maksymalnego dobowego odpływu ścieków bytowo – gospodarczych, co pozwoliło na obliczenie maksymalnego godzinowego odpływu ścieków Qmaxh. Założono natychmiastowy odpływ zużytej wody do kanalizacji sanitarnej.
Tabela 6. Rozkład godzinowy maksymalnego dobowego odpływu ścieków bytowo - gospodarczych
Godz. od-do | Rozkład godzinowy maksymalnego dobowego zapotrzebowania na wodę | |
---|---|---|
Mieszkalnictwo | Usługi | |
Wielorodzinne | Jednorodzinne | |
% | m3/h | |
00.00-01.00 | 1,25 | 19,2 |
01.00-02.00 | 0,85 | 13,0 |
02.00-03.00 | 0,85 | 13,0 |
03.00-04.00 | 0,85 | 13,0 |
04.00-05.00 | 2,1 | 32,2 |
05.00-06.00 | 2,5 | 38,3 |
06.00-07.00 | 5,45 | 83,5 |
07.00-08.00 | 6,25 | 95,7 |
08.00-09.00 | 4,95 | 75,8 |
09.00-10.00 | 4,4 | 67,4 |
10.00-11.10 | 4,2 | 64,3 |
11.00-12.00 | 4,05 | 62,0 |
12.00-13.00 | 3,9 | 59,7 |
13.00-14.00 | 4,3 | 65,9 |
14.00-15.00 | 4,4 | 67,4 |
15.00-16.00 | 4,75 | 72,8 |
16.00-17.00 | 5,65 | 86,6 |
17.00-18.00 | 5,3 | 81,2 |
18.00-19.00 | 5,65 | 86,6 |
19.00-20.00 | 6,3 | 96,5 |
20.00-21.00 | 6,6 | 101,1 |
21.00-22.00 | 6,8 | 104,2 |
22.00-23.00 | 5,45 | 83,5 |
23.00-0 0.00 |
3,2 | 49,0 |
Σ | 100,00 | 1531,9 |
Tabela 7. Zestawienie ilości ścieków bytowo-gospodarczych przyporządkowanych do
poszczególnych odcinków obliczeniowych sieci kanalizacyjnej
Odcinek | Długość | Powierzchnia w procentach | Odpływ ścieków |
---|---|---|---|
od - do | |||
m | % | dm3/s | |
2 | 3 | 4 | |
14-15 | 352 | 6 | 6,6 |
15-8 | 360 | 11 | 12,11 |
8-6 | 370 | 10 | 11,01 |
7-6 | 305 | 7 | 7,71 |
6-5 | 395 | 3 | 3,3 |
5-3 | 300 | 4 | 4,4 |
4-3 | 660 | 8 | 8,81 |
3-2 | 325 | 5 | 5,51 |
13-12 | 245 | 9 | 9,91 |
12-11 | 365 | 7 | 7,71 |
16-11 | 316 | 9 | 9,91 |
11-9 | 444 | 8 | 8,81 |
10-9 | 370 | 4 | 4,4 |
9-2 | 322 | 3 | 3,3 |
2-1 | 171 | 6 | 6,61 |
100 | 110,1 |
Założono położenie kanalizacji sanitarnej ponad kanalizacją deszczową. Pozostałe założenia:
Odległość sklepienia kanału sanitarnego musi być większa lub równa 0,5 m od dna kanału deszczowego,
Odległość sklepienia kanału sanitarnego musi być większa lub równa 0,15 m od dna kanału deszczowego na skrzyżowaniach,
Najmniejsza stosowana średnica to d = 0,2 m
Zarówno w kanalizacji deszczowej jak i w kanalizacji sanitarnej, przewidziano rozmieszczenie na każdym odcinku studzienek rewizyjnych. Studzienki te będą służyć do okresowej modernizacji, napraw i płukania kanałów. Rozmieszczenie studzienek zaprojektowano w zależności od średnicy kanału na danym odcinku.
Dla kanałów o średnicy do1,0 m, przewidziano rozmieszczenie studzienek w maksymalnej odległości do 60 metrów. Dla kanałów o średnicy od 1,0-1,4 m, przewidziano rozmieszczenie studzienek co 60 – 80 metrów. Dla kanałów o średnicach większych niż 1,4 m odległość ta wynosiłaby 80-120m.
Założenia:
Kanalizacja wymiarowana była na przepływ maksymalny godzinowy
Kanały zaprojektowano na przepływ w dolnej części odcinka
Przepływ na końcu odcinka to suma przepływów w tym odcinku oraz w odcinkach dopływających do niego
Spadek kanału wyznaczono z zależności:
$$i_{\text{kmin}} = \frac{1}{d},\ \ \ \ \ \ \ \% 0$$
Jeżeli ten warunek był nie do spełnienia, posłużono się znanymi spadkami odpowiednich kanałów kanalizacji deszczowej. Starano się zachować maksymalne możliwe wypłycenie. Dla pierwszych odcinków spadki dobrano jako większy z dwóch:
Spadku kanału deszczowego
Spadku minimalnego
Następne odcinki wymiarowano na zasadzie takiej, że jeżeli spadek minimalny okazał się większy niż spadek dna kanału deszczowego, przyjmowano go jako spadek dna, jeżeli mniejszy – kanał wypłycano, wyznaczając nowy spadek.
Zaprojektowano łączenie kanałów w studzienkach połączeniowych(dla kanałów nieprzełazowych), lub w komorach połączeniowych gdy łączą się ze sobą dwa kanały przełazowe (o średnicach większych równych 1,0m).
Obliczenia parametrów kanalizacji sanitarnej wykonano kierując się wytycznymi z punktów 5.1.1 – 5.1.3. Na podstawie wyznaczonego przepływu ścieków i założonego spadku dna kanału wyznaczono średnicę kanału i z nomogramu odczytano jego napełnienie i rzeczywistą prędkość przepływu ścieków w kanale. Obliczenia zamieszczono w tabeli 8.
Do kolizji między kanalizacją deszczową a sanitarną może dojść wówczas, gdy rzut osi kanalizacji deszczowej przecina się z rzutem osi kanalizacji sanitarnej. Założono, że sytuacja taka odbywa się w węzłach obliczeniowych.Za kolizje uważamy sytuację, gdy odległość między sklepieniem jednego a dnem drugiego kanału jest mniejsza niż 0,15m. Sprawdzenia, czy zachodzą kolizje, dokonano porównując rzędną dna kanału deszczowego z rzędną sklepienia kanału sanitarnego, we wszystkich zagrożonych węzłach. Obliczenia zestawiono w tabeli 9.
Tabela 9. Obliczenia sprawdzające skrzyżowania między kanalizacją deszczową i
ściekową.
Lp. | Kanalizacja ściekowa | Kanalizacja deszczowa | Odległość między dnami kanalizacji deszczowej i ściekowej | Średnica kanału ściekowego | Odległość między dnem kanalizacji deszczowej i sklepieniem kanalizacji ściekowej | Wymagane obniżenie kanału |
---|---|---|---|---|---|---|
Odcinek od - do | Węzeł, w którym krzyżuje się kan. | Rzędna kanału deszczowego w węźle | Odcinek od - do | Węzeł, w którym krzyżuje się kanalizacja | Rzędna kanału ściekowego w węźle | |
m. npm., | m. npm., | |||||
1 | 7-6 | 6 | 221,90 | 6-5 | 6 | 221,48 |
2 | 4-3 | 3 | 220,20 | 3-2 | 3 | 220,59 |
3 | 16-11 | 11 | 222,40 | 11-9 | 11 | 223,04 |
4 | 10-9 | 9 | 221,60 | 9-2 | 9 | 222,19 |
5 | 9-2 | 2 | 219,00 | 2-1 | 2 | 219,82 |
Uwagi: na odcinku 7-6 w wężle 6, Odległość między dnem kanalizacji deszczowej i sklepieniem kanalizacji ściekowej wynosiła -0,62, aby nie nastąpiła kolizja obniżono rzędną odcinka 7-6 w węźle 6 o 77 cm i zwiększono spadek odcinka.
Przedmiotem ćwiczenia jest projekt sieci kanalizacyjnej dla jednostki osadniczej wg. schematu nr 63. Zaprojektowano sieć kanalizacyjną rozdzielczą – sieć kanałów deszczowych oraz ściekowych. Układ sieci składa się z 15 odcinków. Kolektor został wyznaczony jako najdłuższa trasa przepływu ścieków i składa się z 7 odcinków.
Obliczenia kanalizacji deszczowej wykonano dla przepływu maksymalnego ścieków. Podstawowe założenia do projektowania to:
Powtarzalność deszczu „C”, wyrażone w latach, dla kolektora przyjęto C = 2 lata, natomiast dla kanałów bocznych C = 1 rok, przy czym początkowy odcinek kolektora potraktowany został jako kanał boczny.
Czas koncentracji terenowej tk – wyrażony w minutach. Przyjmuje następujące wartości:
Kolektor tk = 5 minut
Kanał boczny tk = 10 minut
Natężenie deszczu miarodajnego obliczono wg. wzoru Błaszczyka
Długość najdłuższego odcinka wynosi 660 metrów
W kanalizacji deszczowej zaprojektowano 102 studzienki.
Minimalne zagłębienie kanału Hmin = 2,1 m, minimalne przykrycie kanału Zmin = 1,4 m
Obliczenia kanalizacji ściekowej wykonano dla przepływu maksymalnego godzinowego ścieków, a ich ilość została określona na podstawie zapotrzebowania na wodę dla tego regionu. Wypełnienie kanalizacji ściekowej w odróżnieniu od deszczowej wynosi maksymalnie 60%.
Dla ułatwienia obliczeń założono, że długość odcinków kanalizacji sanitarnej i deszczowej są sobie równe.
W kanalizacji sanitarnej zaprojektowano 107 studzienek.
Sieć kanalizacyjna sanitarna zostanie ułożona pod kanalizacją deszczową tak, aby zachowana była minimalna odległość między sklepieniem kanału ściekowego a dnem kanału deszczowego równa 0,5m.
Usunięto występujące kolizje pomiędzy kanałami tak, aby na skrzyżowaniach odległość między sklepieniem kanału ściekowego a dnem kanału deszczowego zachowana była odległość 0,15 m.
1. Obliczenia współrzędnych krzywych deszczu wg wzoru Błaszczyka dla kolektora
2. Obliczenia współrzędnych krzywych deszczu wg wzoru Błaszczyka dla kanałów
bocznych
3. Zestawienie powierzchni zlewni wód deszczowych przyporządkowanych do
poszczególnych odcinków obliczeniowych sieci kanalizacyjnej
4. Obliczenia hydrauliczne sieci kanalizacyjnej deszczowej
5. Zestawienie średniego i maksymalnego dobowego odpływu ścieków bytowo - gospodarczych
6. Rozkład godzinowy maksymalnego dobowego odpływu ścieków bytowo - gospodarczych
7. Zestawienie ilości ścieków bytowo-gospodarczych przyporządkowanych do
poszczególnych odcinków obliczeniowych sieci kanalizacyjnej
8. Obliczenia hydrauliczne sieci kanalizacyjnej ściekowej
9. Obliczenia sprawdzające skrzyżowania między kanalizacją deszczową i
ściekową.
1. Wykresy krzywych deszczu wg wzoru Błaszczyka
2. Plan spadków i zagłębień kanalizacji deszczowej. Skala 1:5000
3. Plan spadków i zagłębień kanalizacji ściekowej. Skala 1:5000
4. Profil podłużny kolektora kanalizacji deszczowej. Skala 1:100/5000
5. Profil podłużny kolektora kanalizacji ściekowej. Skala 1:100/5000
6. Plan sytuacyjny sieci kanalizacyjnych. Skala 1:5000
7. Projekt koncepcyjny wybranej studzienki rewizyjnej. Skala 1:50