Wodociągi i Kanalizacja

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 q_j, dm³/mk∙d	Współczynnik nierównomierności dobowej N_d (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 q_max< 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 q_max<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 q_max<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 II^o, 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 V_uż oraz pojemności zapasowej V_z (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:	Wady:
1. Krótka sieć kanałów;	1. Małe prędkości przepływu ścieków przy suchej pogodzie (stąd np. większe koszty eksploatacyjne);
2. Prostszy układ sieci – mniejsza możliwość kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym;	2. Nierównomierna praca miejskiej oczyszczalni ścieków i większe koszty eksploatacji (pompowanie);
3. Sieć zajmuje mniej miejsca (np. pod jezdnią);	3. Duże zagłębienie kanałów i duże średnice kanałów (kolizje z innym uzbroj);
4. Mniejsze koszty przyłączy posesji - jeden przykanalik;	4. Konieczność budowy przelewów burzowych, zbiorników retencyjnych, podczyszczalni ścieków mieszanych;
5. Mniejsze koszty budowy i eksploatacji;	5. Gorsze dla środowiska skutki z przepełnienia kanałów – wylań;
6. Brak tzw. dzikich przyłączy (jedna sieć).	6. „Silne” zapachy ze studzien i wpustów.

System kanalizacji rozdzielczej

Zalety:	Wady:
1. Osobny proces oczyszczania ścieków deszczowych oraz byt.-gosp. i przem. – efektywniejszy;	1. Praktycznie podwójna sieć;
2. Bardziej równomierna praca oczyszczalni ścieków byt.-gosp. i przemysł.;	2. Skomplikowany układ sieci (kolizje kanałów);
3. Mniejsze średnice kanałów sanit. i deszcz. – większe prędkości przepływu	3. Podwójny pas terenu zabudowy sieci;
4. Mniejsze skutki środowiskowe wylań z kanałów deszczowych;	4. Większe koszty przyłączy;
5. Możliwość etapowania budowy kan. (np: najpierw kan. sanitarne, później deszczowe);	5. Występowanie dzikich podłączeń (np. kanałów sanitarnych do kanałów deszcz. lub kan. deszcz. do kan. sanit.;
6. Możliwość przebudowy na kanalizację półrozdzielną – dobudowy separatorów;	6. Najczęściej większe koszty budowy i eksploatacji.

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:

Q_{d śr} = 0,001 _j · Mk, m³/d

gdzie: q_j – 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:

Q_{d max}= Σ (Q_d.śr · N_d · η), m³/d

lub:

Q_{d max} =0,001 Σ (q_j · Mk · N_d · η), m³/d

gdzie:

N_d – współczynnik nierównomierności dobowej (tab. 1),

η – współczynnik zmniejszający - określający odpływ ścieków, ułamek.

Przyjmując za podstawę obliczony wyżej odpływ ścieków Q_{d 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 Q_{h 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 q_b-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:

Q_b.-g. = q_b.-g. · Z · F _b.-g./1000, dm³/s

gdzie:

Z – gęstość zaludnienia, Mk/ha; F_b.-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

F_p – powierzchnia terenów przemysłowych, ha.

Wartość Q_p 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, t_p, …),

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 (Q_spl.) z danej powierzchni zlewni (F) do wielkości opadu Q_op:

, (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:

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).

Zatem w MGN, poza czasem przepływu tp, uwzgędnia się czasy opóźnienia-retencji tk i tr

tdm = t_k + t_p+ t_r => 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:

Q_m = Q_b-g + Q_przem. + Q_inf. + Q_d.,

- 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:

Q_m = Q_max _{h sc} + Q_dm ,

- tj. maksymalny godzinowy odpływ ścieków bytowo-gospodarczych i przemysłowych i

miarodajny odpływ wód deszczowych Q_dm

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 – h_n(Q));
Kanały wymiarujemy odcinkami (w węzłach (i)) - dla przepływów końcowych Q_i - na danym odcinku; Przyjmując spadek dna i_{k (i)} dobieramy przekrój kanału np. kołowy o średnicy D_i przy wypełnieniu normalnym h_n/D_i < 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 m^1/3/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 (v_{c min})

- przy całkowitym ich wypełnieniu:

w kanalizacji systemu rozdzielczego (byt.-gospod. i przemysłowa oraz deszczowa)

v_{c min} = 0.80 m/s,

w kanalizacji ogólnospławnej

v_{c 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.