WODOCIĄGI
PODZIAŁ SYSTEMÓW WODOCIĄGOWYCH.
System ogólnego przeznaczenia - zaopatrzenie w wodę ludności i przemysłu ze wspólnych ujęć za pomocą wspólnej sieci przewodów przemysłowych i rozprowadzających
System częściowo rozdzielczy( półrozdzielczy) - składa się z dwóch niezależnych układów urządzeń, pokrywających oddzielnie potrzeby konsumentów komunalnych i oddzielnie przemysłu
System rozdzielczy - uwzględnia dodatkowo w stosunku do poprzedniego podział potrzeb komunalnych na konsumpcyjne (woda do picia) i gospodarcze (woda do utrzymania higieny i czystości)
Pod względem zasięgu terytorialnego:
System lokalny – zaop. w wodę jednej miejscowości lub jednego zakładu przemysłowego
System centralny - zaop. w wodę aglomeracji miejsko-przem. oraz miejscowości satelitarnych
System grupowy - zaopatrzenie w wodę kilku miast lub osiedli i zakładów przemysłowych
System okręgowy ( Reginowy, regionalny) - obejmujący zaopatrzenie w wodę dużych obszarów kraju z wieloma aglomeracjami miejsko - przemysłowymi, miastami, zakładami przemysłowymi
Pod względem współpracy poszczególnych części składowych i struktury hydraulicznej systemu można wyróżnić
system zaopatrzenia w wodę grawitacyjny,
pompowy lub mieszany,
system o jednym lub wielu źródłach zasilania,
system jedno ( cały obszar zasilania mieści się w strefie wymaganego i wywołanego ciśnienia, które jest wystarczająco wysokie, aby zaopatrzyć w wodę wszystkich użytkowników) lub wielostrefowy
CHARAKTERYSTYKI HYDRAULICZNE PRZEWODÓW WODOCIĄGOWYCH.
RUROCIĄGI POŁĄCZONE SZEREGOWO - występuje, gdy przewód zmienia wzdłuż swojej długości średnicę bądź wykonany jest z odcinków rurociągów o różnej chropowatości ścianek (różne materiały rur lub różny okres ich eksploatacji). Natężenie przepływu we wszystkich odcinkach przewodu jest jednakowe, jakkolwiek w każdym powstaje inna strata ciśnienia. Całkowita strata h w układzie jest sumą algebraiczną strat w poszczególnych odcinkach.
RUROCIĄGI POŁĄCZONE RÓWNOLEGLE - charakteryzują się tym, że w każdym z połączonych w układ może występować inne natężenie, z tym że suma tych natężeń musi być równa natężeniu wody dopływającej i odpływającej z układu. Natomiast straty hydrauliczne we wszystkich przewodach są jednakowe i równe różnicy wysokości ciśnień na początku i na końcu układu.
ZAPOTRZEBOWANIE NA WODĘ DO CELÓW WODOCIĄGOWYCH.
Zapotrzebowania na wodę oblicza się na podstawie wskaźników zużycia wody oraz współczynników nierównomierności dobowej – czyli ile potrzeba wody w danej godzinie.
Wielkość zapotrzebowania na wodę obejmuje zaspokojenie potrzeb bytowo - gospodarczych ludności w obrębie mieszkania oraz niektóre potrzeby mieszkańców realizowane poza mieszkaniem. Zapotrzebowanie na wodę na terenach przemysłowych zależy od rodzaju technologii produkcji.
Obecnie obowiązują wg Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dn. 14.01.2002 roku przeciętne normy zużycia wody w gospodarstwach domowych, w następującej wysokości (tab. 1):
wskaźniki jednostkowego zapotrzebowania na wodę na różne cele a w szczególności:
Tabela 1 Wskaźniki zużycia wody na jednostkę oraz współczynniki nierównomierności dobowej
Lp | Elementy zagospodarowania przestrzennego | Jednostka | Wskaźnik zużycia wody na jednostkę qj, dm3/mk∙d | Współczynnik nierównomierności dobowej Nd (dla Qmax d) |
---|---|---|---|---|
1 | Mieszkalnictwo: | |||
wielorodzinne | I mieszkaniec | 160,00 | 1,30 | |
II mieszkaniec | 100,00 | 1,30 | ||
jednorodzinne | III mieszkaniec | 100,00 | 1,50 | |
IV mieszkaniec | 80,00 | 1,50 | ||
2 | Zakłady i instytucje użyteczności publicznej: | |||
Usługi ogólnomiejskie | mieszkaniec | 15,00 | 1,30 | |
3 | Komunikacja zbiorowa | mieszkaniec | 4,00 | 1,20 |
4 | Mycie ulic i placów | mieszkaniec | 10,00 | 2,40 |
5 | Polewanie zieleni miejskiej | mieszkaniec | 10,00 | 6,00 |
6 | Tereny przemysłowo składowe | mieszkaniec | 50,00 | 1,15 |
Wskaźniki uwzględniają przeciętne standardy zaspokojenia potrzeb bytowo - komunalnych ludności miejskiej.
UJĘCIA WÓD POWIERZCHNIOWYCH:
- powinno mieć konstrukcję dostosowaną do rodzaju i wielkości cieku oraz do przeznaczenia wody: na cele komunalne, przemysłowe i inne.
- powinno być usytuowane w sposób zapewniający pobór wody możliwie czystej.
- powinno być usytuowane powyżej miast, zasadniczo na brzegu wklęsłym, gdzie głębokość nurtu i prędkość przepływu wody gwarantuje utrzymanie koryta rzeki w czystości.
(Na brzegu wypukłym tworzą się odkłady, następuje zamulanie dna i wlotu ujęcia wody.
Brzeg wklęsły narażony jest natomiast na podmycie w czasie przepływu wielkich wód, wymaga więc umocnienia na odpowiedniej długości i powyżej i poniżej ujęcia. )
- Wlot ujęcia powinien być zabezpieczony przed śryżem ,oraz lodem zarówno powierzchniowym jak i dennym.
- Wlot ujęcia powinien być usytuowany równolegle do strug płynącej wody lub skierowany ku dolnej wodzie, nigdy ku górnej aby nie łapał wszelkich nieczystości niesionych z prądem wody.
- Wloty zabezpiecza się kratami rzadkimi i kratami gęstymi często sitami.
Ujęcia wody powierzchniowej mogą być: brzegowe, zatokowe, nurtowe, jazowe, progowe, denne
Ujęcie brzegowe
Budowla usytuowana przy brzegu, która bez dodatkowych obiektów pozwala pobierać ze źródła wymaganą ilość wody i doprowadzić ją dalej do miejsca użycia
Wykonywane za pomocą: przewodu odpowiednio obudowanego, komory wlotowej
Brzegowe ujęcia przewodowe - najczęściej stosowane urządzenia do poboru wody, są niedrogie, mogą być stosowane prawie wszędzie nie wymagają większych nakładów pracy na utrzymanie ich w należytym stanie technicznym,
Brzegowe ujęcia komorowe - różni się od przewodowego tym, że woda ze źródła przed doprowadzeniem do zakładu zostaje najpierw wprowadzona do komory, która spełniać może role osadnika i w której są
umieszczone kraty, zamknięcia, sita i pompy do usuwania nagromadzonego osadu
UJĘCIA WÓD PODZIEMNYCH I INFILTRACYJNYCH.
Ujmowanie wód podziemnych może sie odbywac przy pomocy różnych obiektów i urządzen w zależnosci od rodzaju wody podziemnej, głebokosci jej zalegania, wielkosci zasobów wodnych i wielkosci zapotrzebowania wody, rodzaju warstw wodonosnych
Wyróżniamy:
Ciągi drenowe ułożone w wykopie i obsypane materiałem filtracyjnym z grawitacyjnym doprowadzeniem wody do studni zbiorczej - przy płytkich wodach podziemnych, dla wodociągów małych qmax< 25 dm3/s
Galerie podobne do stosowania w ujęciach wód źródlanych, z grawitacyjnym doprowadzeniem wody do studni zbiorczej lub zbiornika - przy płytkich wodach podziemnych, dla wodociągów średnich qmax<200dm3/s
Studnie kopane z odprowadzeniem wody ze studni za pomocą pomp lub lewarów - przy wodach podziemnych płytkich o głębokości zalegania 10-20 m, dla wodociągów małych qmax<25 dm3/s
Studnie wiercone z odprowadzeniem wody za pomocą pomp lub lewarów - przy różnych poziomach wód podziemnych i dla dowolnych wielkości wodociągów
Jako urządzenia pomocnicze stosujemy:
Studnie infiltracyjne - studnie infiltracyjne chłonne stosuje się gdy wodę infiltracyjną należy wprowadzić na większą głębokość z powodu dużej grubości warstwy przykrywkowej uniemożliwiającej wykonanie otwartych ciągów nawadniających ( rowów). Studnie chłonne konstrukcyjnie przypominają normalne studnie wiercone ujmujące wodę, zadanie jednak mają odwrotne: zamiast czerpać wodę podziemną, zasilają warstwę wodonośną wodą powierzchniową doprowadzoną do nich specjalnym przewodem. Studnie chłonne powinny być zaopatrzone w podwójny filtr siatkowy, z których wewnętrzny może być wyjmowany i czyszczony.
Dreny infiltracyjne - zastępują rowy otwarte. Są to ciągi drenowe zakładane w płytkich warstwach wodonośnych w otwartym wykopie i później zasypane.
ZASADY PROJEKTOWANIA SIECI WODOCIĄGOWYCH:
Obliczenie zapotrzebowania na wodę na poszczególne cele
Ustalenie rodzaju i lokalizacji źródła zasilania (pompownia II0 i zbiorników sieciowych)
Trasowanie sieci wodociągowej
Ustalenie reżimu pracy pomp, niezbędnej pojemności oraz wahań poziomów wody w zbiornikach sieciowych i dolnych
Założenie przepływów na poszczególnych odcinkach obliczeniowych podczas rozbiorów miarodajnych do wymiarowania sieci
Dobór średnic rurociągów
Obliczenia strat wysokości ciśnienia oraz wyznaczenie rzeczywistych przepływów w poszczególnych odcinkach sieci wodociągowych
Ustalenie rzędnych linii ciśnień i wysokości zbiorników sieciowych i sprawdzenie czy zapewnione są wszędzie wymagane ciśnienia gospodarcze i jednocześnie nie przekroczone ciśnienia maksymalne
Sprawdzenie prędkości przepływu na odcinkach sieci wodociągowej, ewentualna korekta średnic przewodów wodociągowych i ponowne przeliczanie strat wysokości ciśnienia wraz z wyrównaniem przepływów. Ponowne obliczenie rzędnych linii ciśnień i wysokości podnoszenia pomp
Dobór pomp w pompowni IIo, ewentualne ponowne przeliczenie strat wysokości ciśnienia z wyrównaniem przepływów i ustalenie charakterystycznych rozbiorów wody w celu znalezienia punktów pracy systemu wodociągowego.
UKŁADY WODOCIĄGOWE.
Klasyfikacja geometryczna układów sieci wodociągowych:
Otwarte – tańsza budowa i eksploatacja; przewody magistralne o dużych średnicach; znaczne straty wysokości ciśnienia w wzajemnie niepołączonych rurociągach magistralnych; powstawanie wysokich spadków ciśnień co powoduje duże różnice ciśnień w punktach miasta; niebezpieczeństwo powstawania wysokich ciśnień statycznych, w czasie awarii magistrali duży obszar może być pozbawiony wody; siec zakładana tam gdzie układ terenu nie pozwala na wzajemne polaczenie rurociągów, np. w głębokich dolinach
Rozgałęziony
Promienisty
Zamknięte – bardziej niezawodne w działaniu (wzajemne powiązanie przewodów magistralnych i rozdzielczych stwarza dobre warunki przepływu wody i wyrównania ciśnień); gwarancja większej stabilności ciśnienia, ciągłość dostaw do punktów poboru wody, oszczędne i ekonomiczne średnice rurociągów, do stosowania tam gdzie to możliwe szczególnie na terenach mało zróżnicowanych terenach
Obwodowe
Pierścieniowe
Mieszane
Obwodowo – końcówkowy
Pierścieniowo – promienisty
KLASYFIKACJA UKŁADÓW GEOMETRYCZNYCH SIECI WODOCIĄGOWYCH.
Rozróżnia się następujące systemy wodociągowe:
Jednostrefowe – cały obszar zasilania mieści się w jednej strefie wymaganego
i wywołanego ciśnienia, które jest wystarczająco wysokie by zaopatrzyć w wodę wszystkich użytkowników
Wielostrefowe – obszar zasilania odznacza się dużym zróżnicowaniem wysokościowym, a więc gdy nie można ciśnień roboczych utrzymać w wymaganej wysokości w granicach jednej strefy ciśnień.
Wówczas w celu zaopatrzenia w wodę całego obszaru należy otworzyć dwie lub więcej stref ciśnień.
Grupowe – umożliwiają zaopatrzenie w wodę miejscowości, które z powodu małego zapotrzebowania na wodę lub zbytniego oddalenia od źródeł wody nadającej się do ujęcia nie mogłyby być wyposażone w urządzenia wodociągowe z powodu dużych kosztów jednostkowych
Wszystkie te systemy mogą być:
grawitacyjne – jeśli ujęcie wody znajduje się powyżej obszaru zasilania na takiej wysokości ze woda grawitacyjnie może przejść przez urządzenia uzdatniające i dopłynąć do sieci rozdzielczej przy zapewnieniu wymaganego ciśnienia gospodarczego
ze zbiornikiem górnym przy ujęciu – gdy ujecie położone jest na wysokości nie większej niż 60 m nad terenem zaopatrywanym w wodę, a jednocześnie na tyle wysoko że ciśnienie w sieci rozdzielczej jest wystarczające
ze zbiornikiem przepływowym pośrednim – gdy ujecie położone jest bardzo wysoko na wysokości większej niż 60m nad terenem zaopatrywanym w wodę, maks. ciśnienie statyczne byłoby większe niż 60m
strefowy - w przypadku zasilania kilku miejscowości położonych na różnych wysokościach, może się okazać konieczny podział wodociągu na strefy ciśnieniowe
pompowe - jeśli ujęcie wody jest tak nisko położone że woda z ujęcia podnoszona jest za pomocą pomp I0 do stacji uzdatniania a następnie za pomocą pomp II0 tłoczona do sieci rozdzielczej. Możliwe jest w niektórych przypadkach przy zastosowaniu urządzeń ciśnieniowych za pomocą pomp I0 przetoczyć wodę z ujęcia wprost do sieci rozdzielczej.
Ze zbiornikiem początkowym przepływowym – woda tłoczona jest przez pompownię ze zbiornika wody czystej (dolnego) do zbiornika przepływowego skąd rurociągiem grawitacyjnym (ale pod ciśnieniem) spływa do sieci rozdzielczej; wylewka rurociągu doprowadzającego wodę do zbiornika znajduje się na wysokości górnego zwierciadła wody w zbiorniku; zbiornik przepływowy gromadzi wodę w czasie małych rozbiorów a oddaje gdy rozbiór wody przekracza jej dostawę.
Ze zbiornikiem końcowym – zbiornik sieciowy znajduje się na końcu obszaru zasilania lub poza obszarem zasilania, ale naprzeciw pompowni; w czasie rozbioru minimalnego odbiorcy wody są zasilani z pompowni a zbiornik jest napełniany, a w czasie rozbiorów dużych część odbiorców jest zasilana z pompowni a część ze zbiornika; wahania wysokości podnoszenia pomp są większe niż w układzie ze zbiornikiem początkowym
Ze zbiornikiem centralnym – gdy brak naturalnej wyniosłości terenu w pobliżu obszaru zaopatrywanego w wodę, na której możliwe jest posadowienie zbiornika początkowego albo końcowego
Ze zbiornikiem ciśnieniowym (hydroforem) lub sterowany falownikami – zespół pomp ze zbiornikami hydroforowymi lub za pomocą pomp (z małym zbiornikiem ciśnieniowym), którego wydajność sterowana jest zmiana ilości pracujących pomp i falownikami przez co utrzymuje się stałe ciśnienia w zadanym punkcie sieci rozdzielczej
Strefowy – gdy różnice wysokości terenu są bardzo duże, lub zaopatrywany przez system wodociągowy rejon jest bardzo rozległy i przy zastosowaniu jednej pompowni ciśnienie w sieci przekracza 60 m słupa wody to należy strefować taki wodociąg tzn podzielić go na kilka zasilanych z kilku pompowni
WODOCIĄGOWE ZBIORNIKI ZAPASOWO - WYRÓWNAWCZE.
Pełnią funkcje :
gromadzenia wody czerpanej lub dostarczanej z ujęć,
zapewniają odpowiednie ciśnienia w obszarze zasilania,
wyrównanie nierównomierności miedzy dostawą i poborem,
przetrzymywania zapasu wody do celów specjalnych, np. na wypadek awarii urządzeń dostarczających wodę lub na wypadek pożarów,
zapewniają odpowiednie ciśnienie w sieci rozdzielczej, itp.
Rodzaje zbiorników – rodzaje w zależności od roli, jaka maja spełniać, usytuowania w systemie, wysokości posadowienia, kształtu , konstrukcji.
z/w na położenie wobec terenu
terenowe – mało kosztowne, najkorzystniejsze
wieżowe – gdy brak możliwości budowy zbiornika terenowego
z/w na cele budowy zbiornika
dolne – ich zadaniem jest wyrównywanie zmiennych rozbiorów, np. studnie zbiorcze na ujęciach
górne – wyrównują rozbiory oraz ciśnienia w sieci wodociągowej, muszą być położone wysoko nad obszarem zasilania
z/w na położenie wobec ujęcia i obszaru zasilania:
początkowe (przepływowe lub początkowe) – na początku układu wodociągowego przed obszarem zasilania (siecią rozdzielczą); stosowane w układach wodociągowych grawitacyjnych i w pompowych, w których założenie zbiornika początkowego może okazać się korzystne
końcowe – na końcu układu sieci, po przeciwnej stronie sieci rozdzielczej niż ujecie
centralne – wewnątrz obszaru zaopatrywania, blisko głównych centrów rozbioru wody, co zapewnia najlepszy i najbardziej równomierny rozkład ciśnień w sieci rozdzielczej i najbardziej ekonomiczne wymiary (krótka droga dostawy)
Obliczanie zbiorników wodociągowych
Obliczanie całkowitej pojemności zbiornika polega na obliczaniu pojemności użytkowej Vuż oraz pojemności zapasowej Vz (np. przeciwpożarowej, awaryjnej) zbiornika.
PRZEWODY ORAZ UZBROJENIE SIECI WODOCIĄGOWYCH.
Najważniejsze elementy sieci wodociągowej zewnętrznej:
Rury proste
Kształtki stosowane
Złącza rur i kształtek
Uzbrojenie sieci wodociągowej
Obiekty specjalne, np. studzienki, galerie, komory zasuw
- Tablice orientacyjne do oznaczania uzbrojeń na przewodach wodociągowych – sieci miejskie, osiedlowe, miejskie, przemysłowe
RURY WODOCIĄGOWE - materiały
Żeliwne – trwałe, odporne na korozję, kruche, mało odporne na zginanie i uderzenia, grube ścianki i Duzy ciężar ograniczają ich długość i możliwości transportowe, montażowe, wiele złączy - nieszczelności
Tworzywa sztuczne – duża gładkość powierzchni, Mały ciężar, tłumienie drgań, łatwość kształtowania i obróbki mechaniczne, odporne na czynniki biologiczne, starzenie się materiały z upływem czasu eksploatacji, niska odporność na działanie temp, niska wytrzymałość na rozciąganie, duzy współczynnik rozszerzalności liniowej
Stalowe – wytrzymalsze od żeliwnych, łatwiejszy montaż, wygodniejszy transport, mała odporność na korozję wewn. I zewn., konieczna obustronna izolacja
Ponadto można spotkać : rury Azbestowo – cementowe, miedziane, mosiężne, aluminiowe, szklane
ELEMENTY UZBROJENIA:
ZASUWY - zamykają przepływ wody w rurociągu. Ich konstrukcja nie zezwala na nagłe zamknięcie przepływu wody które mogłoby wywołać uderzenie wodne zasuwy podziemne muszą mieć obudowę ze skrzynką uliczną. Zasuwy o średnicach >500mm umieszcza się w studzienkach.
KLAPY ZWROTNE - regulują przepływ wody w jednym ustalonym kierunku. Klapy otwierają się przy przepływie prawidłowym, zamykają samoczynnie przy przepływie odwrotnym. Z reguły umieszczane są na rurociągach tłocznych w pompowniach w celu zabezpieczenia pomp przed cofającą się po zatrzymaniu pompy wodą i w celu przeciwdziałania ucieczce wody z przewodu tłocznego w czasie postoju pompy.
PRZEPUSTNICE ZWROTNE - działają jak klapy zwrotne
HYDRANTY POŻAROWE służą do:
- czerpania wody z rurociągów w czasie trwania pożarów
- poboru wody do celów budowlanych
- poboru wody do spłukiwania ulic i placów - poboru wody do polewania zieleni
- odpowietrzania i odwadniania sieci wodociągowej
Mogą być hydranty podziemne lub nadziemne. Zainstalowane na sieci wodociągowej powinny mieć możliwość ich odłączenia zasuwami opasko nawiertkami od sieci.
ZDROJE ULICZNE - punkty czerpalne dostępne dla mieszkańców nie mających domowych instalacji wodociągowych. Ustawia się na targowiskach, w miejscach skupienia ludzi i zwierząt oraz obok rozjazdów tramwajowych, na podwórzach, itp.
ODPOWIETRZENIKI i NAPOWIETRZNIKI
Odpowietrzenie – w najwyższym punkcie sieci w celu odprowadzenia gromadzącego się w tych punktach powietrza i gazów wydzielających się z wody i w celu wprowadzenia powietrza w czasie spadku w nim ciśnienia poniżej atmosferycznego
Napowietrzenie – do szybkiego napowietrzenia rurociągu w czasie opróżniania go z wody, by chronić przewód przed powstaniem podciśnienia.
ZASUWY ODWADNIAJĄCE (SPUSTY) - opróżniają rurociąg z wody i pozwalają na przepłukanie go wypływającą przez spust wodą. Umieszcza się je w najniższych punktach przewodu czy sieci.
KOMPENSATORY - wbudowywane w przewody metalowe, zabezpieczają przed powstaniem nadmiernych niebezpiecznych dla trwałości przewodu naprężeń osiowych, które powstają zwykle wskutek zmian tempartury otoczenia i dotyczy przede wszystkim rurociągów odsłoniętych.
ZAWORY REDUKCYJNE - umieszcza się w punktach granicznych między strefą wysokiego i niskiego ciśnienia w celu utrzymania ciśnienia w dopuszczalnych granicach.
ZAWORY BEZPIECZEŃSTWA - Zabezpieczają tranzytowe, magistrale i sieciowe przed powstaniem w nich nadmiernych niebezpiecznych dla przewodów ciśnień.
STUDZIENKI WODOMIERZOWE - Powinny pomieścić wodomierz wraz z kształtkami, zasuwą i armaturą przy przestrzeganiu koniecznych długości prostek przejściowych, wymaganych przepisami.
11. PODZIAŁ SYSTEMÓW KANALIZACYJNYCH.
Na terenach wiejskich (o bardzo luźnej zabudowie) stosowane są zbiorniki (szamba) bezodpływowe, bądź z drenażem rozsączającym w gruncie. Współcześnie, ciecz nadosadową z szamb proponuje się odprowadzać tzw. ”odciążoną” – małośrednicową kanalizacją grawitacyjną bądź kanalizacją niekonwencjonalną (nadciśnieniową = tłoczoną lub podciśnieniową) do lokalnych oczyszczalni ścieków. Układy takie wymagają jednak częstego płukania kanałów, w tym wodą z hydrantów pożarowych.
System kanalizacji ogólnospławnej
Zalety: |
|
---|---|
1. Krótka sieć kanałów; |
|
2. Prostszy układ sieci – mniejsza możliwość kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym; |
|
3. Sieć zajmuje mniej miejsca (np. pod jezdnią); |
|
4. Mniejsze koszty przyłączy posesji - jeden przykanalik; |
|
5. Mniejsze koszty budowy i eksploatacji; |
|
6. Brak tzw. dzikich przyłączy (jedna sieć). |
|
System kanalizacji rozdzielczej
Zalety: |
|
---|---|
1. Osobny proces oczyszczania ścieków deszczowych oraz byt.-gosp. i przem. – efektywniejszy; |
|
2. Bardziej równomierna praca oczyszczalni ścieków byt.-gosp. i przemysł.; |
|
3. Mniejsze średnice kanałów sanit. i deszcz. – większe prędkości przepływu |
|
4. Mniejsze skutki środowiskowe wylań z kanałów deszczowych; |
|
5. Możliwość etapowania budowy kan. (np: najpierw kan. sanitarne, później deszczowe); |
|
6. Możliwość przebudowy na kanalizację półrozdzielną – dobudowy separatorów; |
|
Bilansowanie odpływu ścieków bytowo-gospodarczych i przemysłowych.
Bilans odpływu ścieków bytowo-gospodarczych i przemysłowych opracowuje się analogicznie – wg tej samej metodologii [29] – 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 (tab.1), posługując się liczbą mieszkańców (Mk) miasta/osiedla:
Qd śr = 0,001 j · Mk, m3/d
gdzie: qj – przeciętne zużycie wody przypadające na jednostkę odniesienia – na mieszkańca dm3/Mk – tab.1; Mk – liczba mieszkańców jednostki bilansowej,
a następnie oblicza się maksymalny dobowy odpływ ścieków:
Qd max= Σ (Qd.śr · Nd · η), m3/d
lub:
Qd max =0,001 Σ (qj · Mk · Nd · η), m3/d
gdzie:
Nd – współczynnik nierównomierności dobowej (tab. 1),
η – współczynnik zmniejszający - określający odpływ ścieków, ułamek.
Przyjmując za podstawę obliczony wyżej odpływ ścieków Qd max = 100%, dla poszczególnych elementów zagospodarowania przestrzennego, sporządza się rozbiory % w poszczególnych godzinach doby.
Sumowanie odpływów 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 być podstawą projektowania przekrojów kanałów ściekowych.
Uwaga: Wyjątkiem będzie Odpływ ścieków z terenów przemysłowo-składowych - może być większy niż pobór wody wodociągowej. Zakłady posiadają często własne ujęcia wody. Ilość i nierównomierność odpływu ścieków przemysłowych ustalamy na podstawie ankiet.
Bilanse sporządza się na perspektywę minimum 20 lat (optymalnie 50 lat). Należy przewidzieć wzrost liczby mieszkańców, rozwój przemysłu, usług itp. w danych jednostkowych osadniczych.
Decydujący o wielkości odpływu ścieków jest udział mieszkalnictwa – 50 ÷ 70% .
Z braku wiarygodnych danych (z badań) w literaturze polskiej można posługiwać się wytycznymi niemieckimi (ATV) z 1999r, które na perspektywę (2050 rok) przewidują wskaźnik jednostkowy qb-g.= 5 dm3/s na 1000 Mk – jako maksymalny godzinowy odpływ ścieków bytowo-gospodarczych od 1000 Mk (bez przemysłu) do wymiarowania kanałów ściekowych b.-g. (oraz 4 dm3/s od 1000 Mk - do wymiarowania oczyszczalni ścieków).
Na tej podstawie:
Qb.-g. = qb.-g. · Z · F b.-g./1000, dm3/s
gdzie:
Z – gęstość zaludnienia, Mk/ha; Fb.-g. – powierzchnia zlewni kanału, ha.
Odnośnie terenów przeznaczonych w przyszłości na przemysł można tutaj też posługiwać się wskaźnikami niemieckimi (ATV A-118 z 1999r.), do wzoru:
, dm3/s
gdzie:
wskaźnik jednostkowy
Fp – powierzchnia terenów przemysłowych, ha.
Wartość Qp należy traktować zawsze jako wstępną. Wymaga uszczegółowienia w zależności od branży, technologii produkcji, liczby pracowników itp.
Charakterystyka opadów deszczowych.
Opady deszczowe charakteryzują się zmiennością czasową i przestrzenną oraz znacznym zróżnicowaniem sum wysokości.
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”.
Deszcze mało intensywne występują częściej, trwają dłużej i obejmują większy obszar.
Przykład: opady jesienne - „kapuśniaczek”.
Pomiar opadów odbywa się punktowo w określonej sieci stacji pomiarowych – deszczomierzy/pluwimetrów.
Dzięki pomiarom tych urządzeń na przestrzeni lat możemy określić średni roczny opad H, który jest niezbędny do wyznaczenia „natężenia opadu deszczu”
W kanalizacji posługujemy się pojęciem natężenia opadu deszczu – q, w dm3/(s·ha),
Ogólnie, zjawisko opadów deszczowych charakteryzują 4 parametry:
natężenie q,
czas trwania deszczu t,
powierzchnia zlewni F
średni roczny opad H
Powierzchnię zlewni F określamy na podstawie planu zlewni deszczowej danej sieci kanalizacyjnej
Nie cały opad na obszarze skanalizowanym spływa do kanalizacji – część opadu paruje, część wsiąka w grunt, bądź odpływa poza zlewnię zgodnie z spadkiem teremu,
dlatego wprowadzono średni współczynnik spływu y (PSI)
DLATEGO Średni spływ wylicza się :
Obecnie w Polsce, najczęściej stosowanym do projektowania kanalizacji jest model opadów Błaszczyka:
Gdzie: q – jednostkowe natężenie deszczu, dm3/s ha
t – czas trwania deszczu, min
H – wysokość opadu normalnego, mm
C – częstość występowania deszczu, lata
Metody bilansowania odpływów ścieków deszczowych.
Metoda czasu przepływu
, dm3/s
gdzie: Qm – miarodajny strumień odpływu wód deszczowych
q – natężenie deszczu [dm3/(s ha)]: q = f(C, tp, …),
F – powierzchnia zlewni [ha],
Ψ – współczynnik spływu [–],
φ – współczynnik redukcji natężenia deszczu = współczynnik opóźnienia odpływu [-].
związany z czasem spływu wód deszczowych od najdalszego punktu zlewni do przekroju bliczeniowego.
Współczynnik spływu (Ψ) wyraża stosunek „efektywnego” spływu wód deszczowych (Qspl.) z danej powierzchni zlewni (F) do wielkości opadu Qop:
, (najczęściej: Ψ)
Metoda granicznych natężeń
W tej metodzie przyjmuje się, że miarodajny strumień objętości ścieków deszczowych (Qm) w rozpatrywanym przekroju kanału występuje z pewnym opóźnieniem w stusunku momentu rozpoczęcia opadu o czas niezbędny na:
tk – koncentrację terenową – zwilżenie powierzchni, wypełnienie nierówności teren i sam dopływ po powierzchni do kanału (tj. np. do wpustu deszczowego),
tp – przepływ w kanale - od początku kanału do punktu obliczeniowego,
tr – retencję kanałową – czas wypełnienia się kanału od wysokości 0 do wysokości wypełnienia normalnego hn przy Qdm (dla danej średnicy i spadku dna kanału).
Zatem w MGN, poza czasem przepływu tp, uwzgędnia się czasy opóźnienia-retencji tk i tr
tdm = tk + tp+ tr => q(tdm) => Qm (tdm) < Qm(tp) gdzie: Qm(tdm) = q(tdm) · Ψ · F
Metoda stałych natężeń
Metoda uproszczona w stosunku do MGN i ograniczona do projektów wstępnych i do zlewni F ≤ 50 ha.
Nie wyznacza się tutaj czasu trwania deszczu miarodajnego, a natężenie deszczy redukuje sie najczęściej funkcją uwzględniającą przyrost powierzchni zlewni F
Metoda współczynnika opóźnienia
W tej metodzie przy założeniu, że zlewnia jest zasilana deszczem o stałym natężeniu i równomiernym rozdziałem powierzchniowym spływu, uzyskuje się największy miarodajny do wymiarowania kanalizacji odpływ wód opadowych – przy czasie trwania deszczu td = tp czasowi przepływu.
Pomija się czasy retencji kanałowej i terenowej. Wyznaczone zatem tą metodą Qm będą większe niż w metodzie MGN.
Zasady wymiarowania kanałów grawitacyjnych.
Założenia wyjściowe co do ilości ścieków:
Podstawą doboru wymiarów kanałów ścieków bytowo-gospodarczych jest sumaryczny miarodajny przepływ:
Qm = Qb-g + Qprzem. + Qinf. + Qd. ,
- tj. maksymalny godzinowy ścieków bytowo-gospodarczych i przemysłowych, oraz wód przypadkowych, w tym infiltracyjnych (nieszczelności) oraz deszczowych (przez włazy studzienek) i ewentualnie drenażowych (– w Polsce, przyjmowany najczęściej w uproszczeniu w wysokości 100% ścieków bytowo-gospodarczych i przemysłowych);
Podstawą doboru wymiarów kanałów deszczowych jest przepływ deszczu miarodajnego:
obliczany np. m. granicznych Natężeń: Qm(tdm) = q(tdm) · Ψ · F
Podstawą doboru wymiarów kanałów ogólnospławnych jest przepływ miarodajny:
Qm = Qmax h sc + Qdm ,
- tj. maksymalny godzinowy odpływ ścieków bytowo-gospodarczych i przemysłowych i
miarodajny odpływ wód deszczowych Qdm
Założenia wyjściowe do obliczeń hydraulicznych (- z hydrauliki i praktyki inżynierskiej):
W kanale występuje ruch równomierny (ustalony), tj. zwierciadło ścieków układa się równolegle do dna kanału (na całym odcinku – hn(Q));
Kanały wymiarujemy odcinkami (w węzłach (i)) - dla przepływów końcowych Qi - na danym odcinku; Przyjmując spadek dna ik (i) dobieramy przekrój kanału np. kołowy o średnicy Di przy wypełnieniu normalnym hn/Di < 1.
W Polsce, do wymiarowania przekrojów kanałów, jest powszechnie stosowany wzór Manninga :
Q = F • v = F • 1/n • Rh 2/3 • i 1/2
w którym:
Q - natężenie przepływu ścieków [m3/s];
F - powierzchnia przekroju przewodu [m2];
v - prędkość przepływu ścieków [m/s];
Rh - promień hydrauliczny [m], wyrażony przez stosunek powierzchni przekroju
przewodu do obwodu zwilżonego;
i - spadek zwierciadła ścieków (spadek dna kanału).
n - współczynnik szorstkości kanału ma wartość m1/3/s
W celu łatwego doboru przekrojów kanałów sporządzone zostały nomogramy, wykresy i programy komputerowe, przedstawiające graficznie zależności pomiędzy parametrami:
konstrukcyjnymi, takimi jak: średnica (przekrój) kanału, spadek dna
hydraulicznymi, takimi jak: napełnienie, prędkość i natężenie przepływu.
Retencjonowanie ścieków.
Retencjonowanie ścieków w zbiornikach retencyjnych to ważny element sieci kanalizacyjnych.
Zbiorniki takie pełnią funkcję regulacyjno – redukcyjną w sieci.
Ścieki retencjonuje się aby:
- zmniejszyć wielkości budowli kanalizacyjnych lokalizowanych za zbiornikiem retencyjnym (ograniczenie kosztów budowy i eksploatacji sieci)
- zabezpieczenie sieci kanalizacyjnych przed przeciążeniem hydraulicznym (zwłaszcza w czasie opadów nawalnych)
- ochrony wód odbiorników ścieków przed nadmiernym zanieczyszczeniem – głównie ze zrzutów burzowych
Zbiorniki retencyjne stosuje się przede wszystkim, gdy mamy do czynienia z dużą nierównomiernością przepływu ścieków. ( szczególnie w przypadku kanalizacji ogólnospławnej i deszczowej)
Głównym parametrem eksploatacyjnym każdego zbiornika retencyjnego jest współczynnik redukcji strumieni β
β = Qo / Qd Qo – strumień objętości ścieków
Qd – miarodajny strumień objętości ścieków dopływający do zbiornika, m3/s
Głównym celem budowy zbiornika jest ograniczenie kosztów budowy i ekspolatacji systemu, dlatego wartość współczynnika β powinna być dobrana w ten sposów aby koszta były jak najmniejsze.
Obiekty do odciążania hydraulicznego kanałów.
- w celu zmniejszenia przekrojów kanałów i gabarytów oczyszczalni ścieków
przelewy burzowe:
zbiorniki retencyjne:
boczne
na kolektorze
(przepływowe)
odpływ awaryjny
Klasyfikacja układów geometrycznych sieci kanalizacyjnych.
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.
W konkretnych warunkach terenowych układ sieci kanalizacyjnej może być zrealizowany w oparciu o poniższe schematy.
Rys. 6. Układ poprzeczny sieci kanalizacyjnej
Rys. 7. Układ poprzeczny z kolektorem
Rys. 8. Układ równoległy
Rys. 9. Układ równoległy z kanałami odciążającymi
Rys. 10. Układ promienisty – w dolinie, kotlinie
Rys. 11. Układ pierścieniowy – na wzgórzu
Rys. 12. Układy strefowe
a) – globalny b) - lokalny
Prędkości samooczyszczania i płukanie kanałów.
W Polsce obowiązuje zasada zachowania minimalnej prędkości samooczyszczania się kanałów (vc min)
- przy całkowitym ich wypełnieniu:
w kanalizacji systemu rozdzielczego (byt.-gospod. i przemysłowa oraz deszczowa)
vc min = 0.80 m/s,
w kanalizacji ogólnospławnej
vc min = 1.0 m/s.
Przewody transportujące ścieki, tj. mieszaniny cieczy i ciał stałych (i gazów) – powinny być ułożone z odpowiednim spadkiem zapewniającym, przy obliczeniowym strumieniu przepływu ścieków, transport osadów dennych (wleczonych przy dnie), jak i rozmywanie już odłożonych „złogów” osadów (– przy mniejszych strumieniach)
Z punktu widzenia hydromechaniki transport osadów można zapewnić, jeżeli opór tarcia wyrażony stycznymi naprężeniami ścinającymi (), pomiędzy ścianką rury a ściekami, będzie większy niż:
(2,25 N/m2) - dla kanałów bytowo-gospodarczych,
Oraz
(1,50 N/m2) - dla kanałów deszczowych,
gdzie: – ciężar właściwy ścieków Kg/m3 (N/m3)
Rh – promień hydrauliczny
stąd
Przekroje kanałów oraz uzbrojenie sieci kanalizacyjnych.
Wybór kształtu przekroju poprzecznego kanałów zależy od:
- warunków hydraulicznych, tj. ilości, a właściwie nierównomierności przepływu ścieków (w dobie) i wymaganych prędkości samooczyszczania,
- warunków statycznych pracy kanału:
zagłębienia dna,
przykrycia wierzchu rury (sklepienia),
- rodzaju materiału i sposobu wykorzystania kanału, w tym pokonania przeszkód terenowych , uniknięcia kolizji itp.
Najczęściej stosowane są przekroje kołowe –
szczególnie właściwe dla stosunkowo niewielkich nierównomierności przepływów, np.: w kanalizacji byt.-gosp. i przemysłowej, częściowo też deszczowej.
Pod względem statycznym przekrój ten jest właściwy zarówno dla małych, jak i znacznych zagłębień kanału. Łatwy w prefabrykacji, w montażu, w budowie (pełna symetria przekroju!).
Przy dużych wahaniach przepływów – np. w kanalizacji ogólnospławnej – kanały wymiaruje się na przepływ ekstremalny (deszcz + ścieki), warunki przepływu (v) są więc mocno zmienne. Przy pogodzie bezdeszczowej, trwającej przez większość czasu w roku, warunki przepływu ścieków bytowo-gospodarczych i przemysłowych oraz przypadkowych - infiltracyjnych są trudne dlatego stosujemy też inne przekroje kanałów w tym i zkinetami – celem zwiększenia prędkości przepływu w okresach bezdeszczowych i aby zapobiec powstawaniu osadów na dnach kanałów.
Rys. 57. Geometria kanałów kołowych (K)
/ 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
Rys. 58. Geometria kanałów jajowych (J)
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
Rys. 59. Geometria kanałów jajowych podwyższonych (JP)
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
Rys. 60. Geometria kanałów gruszkowych (GR)
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)
Rys. 61. Geometria kanałów dzwonowych (DZ)
Kanały dzwonowe, ze względu na h < b, znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie nie ma wystarczającej wysokości bądź przykrycia terenem.
Nietypowe przekroje kanałów:
Przekrój eliptyczny, Przekrój złożony (kołowo-trójkątny), przekrój prostokątny, przekrój pięciokątny
przekrój kołowy z kinetą itp.
Do uzbrojenia sieci kanalizacyjnych poza samymi kanałami należą również:
-> studzienki połączeniowe (dla wyskokości kanałów do 1m)
-> komory połączeniowe (dla wysokości kanałów powyżej 1 m)
-> studzienki przelotowe/rewizyjne rozmieszczone:
- dla kanałów o średnicy d < 1,0 m => l < 60,0 m
- dla kanałów o średnicy d < 1,0 m < 1,40 => l = 60,0 – 80,0 m
- dla kanałów o średnicy d > 1,4 m => l = 80,0 – 120,0 m
-> przelewy burzowe ograniczające ilości dopływających ścieków do oczyszczalni w czasie ulewnych deszczy.
-> zbiorniki retencyjne regulujące przepływ ścieków
-> zastawki kanałowe – odziejające poszczególne węzły od siebie