Лекции - Проектирование водоотводящих сетей
Подождите немного. Документ загружается.
12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Уличная сеть разбивается на участки, границами которых, как правило, являются
перекрестки улиц. Затем бассейн, обслуживаемый рассчитываемым трубопроводом,
разбивается на площади стока, тяготеющие к участкам трубопровода. Непосредственным
измерением определяют величины площадей стока в га, дающие расходы на расчетные
участки.
Время протекания воды к началу первого участка 1-2 определяется как сумма:
t t
con can
, к началу второго участка 2-3, как
t t t
con can
1 2
, где
t
1 2
-
уточненное время протекания воды по участку 1-2. Время протекания к началу третьего
участка 3-4 - как сумма времени протекания к началу второго участка 2-3 и времени
протекания по участку 2-3 и т.д. После определения величин Р (таблица 5 СНиП2.04.03.85),
n, m
r
и
(таблица 4 СНиП2.04.03.85),
(таблица 11 СНиП2.04.03.85), вычисляют по
формуле расчетный расход по одной из вышеописанных методик. По расчетному расходу
определяют диаметр трубопровода, скорость движения сточных вод при наполнении
близком к максимальному, принимая уклон, равный уклону земли. Если скорость
получается меньше самоочищающей, уклон увеличивают до тех пор, пока скорость не
станет равной самоочищающей. При расчете отметок лотков и глубин заложения
трубопроводов учитывают, что соединение труб на стыках расчетных участков выполняется
по шелыгам. Но при уменьшении диаметра на последующем участке соединение приходится
выполнять по лоткам.
Начальную глубину заложения определяют по формуле:
Н = 0,7 + 0,02
.
В/2 + d , где
В - ширина дороги (проезжей части улицы);
d - диаметр трубопровода на первом участке, м.
Выполнение продольного профиля дождевого трубопровода (коллектора) производится с
теми же требованиями, что и выполнение профиля хозяйственно-фекального трубопровода.
Расчет дождевой сети с помощью коэффициента уменьшения интенсивности.
Выше описан расчет дождевой сети по методу “предельных интенсивностей”. В
инженерной практике применяется расчет дождевой сети с использованием коэффициента
уменьшения интенсивности, который представляет собой отношение интенсивности дождя
при критической продолжительности к интенсивности дождя при его продолжительности,
равной времени поверхностной концентрации стока и времени протекания по уличному
лотку, т.е.
q q
к oр
/
.
Принимая во внимание, что
q
к
A
t
con
t
can
t
p
n
р
и
q
o
A
t
con
t
can
n
, коэффициент
интенсивности будет равен:
t t
t t t
con can
n
con can p
n
.
41
При непосредственном расчете дождевой сети для конкретных условий вычисляют t
P
и
. Так как для всех участков рассчитываемого трубопровода величина t
con
+ t
can
и
показатель степени n одинаковы, то
зависит только от t
р
. Тогда формула расчетного
расхода примет вид:
Q
o
F
q k
.
Известны и другие методики, упрощающие технику расчета дождевой сети.
Особые случаи расчета дождевой сети.
СЛУЧАИ НЕРАВНОМЕРНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОЩАДИ СТОКА
ПО ДЛИНЕ ТРУБОПРОВОДА.
Графически случай представлен на рис.19. Определим расходы сточных вод в
трубопроводе, проходящем через площади F
A
и F
Б
в сечениях в точке 2 и в точке 3.
Рис.19. Неравномерное распределение площади стока по длине трубопровода.
Величина расхода в сечении трубопровода в точке 2 равна:
Q
A
t
F
mid
n
A
z k
2
1 2
2
1 2 0 1
,
, ,
,
в сечении в точке 3:
Q
A
t t
F F
mid
A Б
z k
3
1 2
2 2 3
,
( )
, где
t
2
- продолжительность протекания воды к точке 2;
t
2-3
- продолжительность протекания воды по участку трубопровода 2-3.
Может оказаться, что расход в сечении трубопровода в точке 2 будет больше, чем в точке
3.
Это происходит потому, что на участке 2-3 вклад приращения площади стока в расчетный
расход будет меньше, чем вклад приращения продолжительности протекания воды, в таких
случаях расход на участке 2-3 принимают равным расходу предыдущего участка.
СУММАРНЫЙ СТОК С ДВУХ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ БАССЕЙНОВ СТОКА.
Пусть дождевой трубопровод проходит по двум бассейнам стока, отстоящим друг от
друга на некотором расстоянии (рис.20). Определим расчетный расход сточных вод в
сечении трубопровода в точке 4. С этой целью построим гидрографы стока в точке 4
отдельно от площади стока F
A
и от площади стока F
Б
(рис.21). Сначала в сечении
трубопровода в точке 4 появляется расход с площади F
Б
через промежуток времени, равный
42
F
A
F
Б
3
2
1
продолжительности протекания воды от точки 2 до точки 4 - t
2-4
, появляется расход с
площади F
А
.
Рис.20. Прохождение дождевого трубопровода через два самостоятельных бассейна стока.
Ï ðî äî ëæèòåëüí î ñòü äî æäÿ, ì èí
Ðàñõîä äîæäåâûõ âîä, ë/ñ
Q
Q
t
t
t
À
Á
À
2-4 Á
Q
Q
A
Á
'
'
'
Рис.21. Определение расхода от двух самостоятельных бассейнов стока.
Продолжительность протекания воды от самой удаленной точки площади F
А
до точки 2
обозначена через t
А
, продолжительность протекания воды с площади F
Б
до точки 4
обозначена через t
Б
. Как следует из рис.21, максимальный расход от двух самостоятельных
бассейнов стока можно получить сложением гидрографов стока. Практически поступают
следующим образом. Определяют две суммы: - первая Q
Б
+ Q
А
1
, вторая Q
А
+ Q
Б
1
и из двух
сумм выбирают большую, которую принимают за расчетный расход. Значения расходов,
входящих в суммы, будут равны:
Q
А
t
F
mid
Б
Б
Б
Б
n
z k
1 2
1 2 0 1
,
, ,
;
Q
A
t t
F
mid
A
A
Б
A
n
z k
1
1 2
2 4
1 2 0 1
1
,
, ,
( )
;
Q
A
t
F
mid
A
A
A
A
n
z k
1 2
1 2 0 1
,
, ,
;
Q
А
t t
F
mid
Б
Б
A
Б
n
z k
1
1 2
2 4
1 2 0 1
,
, ,
( )
.
Напорный режим работы сети.
43
F
A
F
1
2
3
4
Превышение расчетной интенсивности дождя не всегда приводит к переполнению сети и
затоплению улиц. Если на участке сети расход дождевых вод превысит расчетный, то
произойдет подтопление вышележащего колодца. По мере повышения расхода уровень воды
в колодце будет увеличиваться до верхнего предела - верха горловины. Лишь при
дальнейшем повышении расхода может происходить излив воды из колодца и начнется
подтопление улиц. Определим пропускную способность трубопровода в момент, когда
трубопровод начинает работать полным сечением и в момент, когда в вышележащем
колодце уровень дождевых вод поднялся до верхнего предела, а в нижнем колодце
трубопровод еще работает в самотечном режиме. В первом случае режим движения тоже
можно считать самотечным, так как гидравлический уклон и уклон трубопровода одинаков.
Второй случай характеризует возникновение напорного режима работы трубопровода.
Итак, при самотечном режиме пропускная способность будет равна:
Q C R J
C C
,
при напорном режиме:
Q C R J
H H
, где
- площадь поперечного сечения трубопровода;
С - коэффициент Шези;
R - гидравлический радиус;
J
C
, J
H
- гидравлический уклон соответственно при самотечном и напорном режиме
работы сети.
При самотечном режиме: J
C
= h/l , при напорном: J
H
= (H+h)/l (рис.22).
H
h
l
Рис.22. Напорный режим работы дождевой сети.
Соотношение расходов:
Q
Q
C R J
C R J
H h l
l h
H
h
H
C
H
C
1
.
Таким образом, пропускная способность трубопровода при напорном режиме больше,
чем при самотечном, так как H/h всегда больше нуля. В ряде случаев при проектировании
дождевой сети следует учитывать возникновение напорного режима. Имеется несколько
методов расчета дождевой сети с учетом напорного режима. Наиболее прост из них метод,
предложенный профессором Н.Н. Беловым. Он заключается в том, что при напорном
режиме расчет выполняется из условия безнапорного режима, но на расход меньший
расчетного, который определяется по основной формуле с введением в неё коэффициента
напорности k
Н
,
44
k a
H
n
1
0 5 0 5, ,
, где а = H/h.
Напорный режим работы дождевой сети целесообразно учитывать при больших
заглублениях и короткой длине трубопровода при плоском рельефе местности.
Определение расхода талых вод.
Обычно расход талых вод значительно меньше расхода дождевых вод. Расход талых вод
оказывается соизмерим лишь для часто повторяющихся дождей.
Расход талых вод можно определять различными способами. Можно воспользоваться
следующей формулой:
Q
т в
а F
в
k
.
,
2 8
, где
а - интенсивность снеготаяния, мм/час;
F - площадь стока, га;
- коэффициент неравномерности снеготаяния;
- коэффициент стока;
k
В
- коэффициент вывоза снега.
Коэффициент вывоза снега равен:
k
в
F F
F
В
,
F
В
- площадь стока, с которой снег вывезен.
Регулирование дождевого стока.
На любом расчетном участке трубопровода после начала выпадения дождя расход обычно
быстро нарастает и достигает максимума, а затем снижается до полного прекращения стока.
Продолжительность протекания максимального расхода сравнительно мала, поэтому целесо-
образно осуществлять сброс пиковых расходов в специальные емкости - регулирующие
резер-вуары. Это обеспечит снижение расходов за регулирующими резервуарами, а,
следовательно, уменьшение диаметров трубопроводов, мощностей насосных агрегатов и т.д.
Особенно важно регулирование стока при необходимости его очистки, так как на очистные
сооружения целесообразно подавать воду с мало изменяющимися расходами, а также
длинными отводными трубопроводами и насосными станциями.
Регулирующие резервуары выполняются открытыми и закрытыми. Открытые
регулирующие резервуары выполняются в виде прудов за пределами жилой застройки. Они
должны иметь некоторый постоянный уровень, обеспечивающий глубину 1,0м и,
следовательно, в засушливый период подпитываться водой. Пруды следует очищать от
осадка, для чего предусматриваются съезды для техники.
Подземные закрытые резервуары можно устраивать в пределах застройки. Конструкции
закрытых резервуаров приведены на рис.23.
45
2-2
Рис.23. Конструкции закрытых регулирующих резервуаров.
Регулирующий резервуар, изображенный на рис.23а, имеет лоток на дне резервуара.
Удаление из него осадка затруднено, для чего предусматривается смыв осадка, а не
извлечение его на поверхность. Для уменьшения количества выпадающего осадка
предусматривается пропуск малых расходов мимо регулирующего резервуара (рис.23б).
Вода в регулирующий резервуар в этом случае направляется с помощью водосливного
устройства, а удаление воды из него предусматривается по трубопроводу малого диаметра.
Q
Q
t
ðàñ÷
ðåã
ðàñ÷
Рис. 24. Гидрограф дождевого стока.
Объем регулирующего резервуара определяют, исходя из гидрографа стока (рис.24).
Максимальный расход Q
расч
в трубопроводе перед регулирующим резервуаром будет
возникать в момент времени t
расч
, соответствующий продолжительности протекания воды
от наиболее удаленной точке площади стока до регулирующего резервуара. Если после
регулирующего резервуара расход воды равен Q
рег
, то рабочая емкость резервуара равна
верхней части гидрографа, отсекаемой линией, параллельной оси абсцисс на уровне Q
расч
.
Если гидрограф стока ориентировочно принят за равнобедренный треугольник с основанием
2t
расч
и высотой Q
расч
, то объем регулирующего резервуара будет равен:
46
а)
б)
2
2
Объем
регулирующего
резервуара
1-1
водосли
1
1
W
рег
= Q
расч
.
t
расч
.
(1-
)
2
, где
- коэффициент регулирования, равный :
Q
рег
/Q
расч
.
Необходимость устройства регулирующих резервуаров определяется технико-
экономическим расчетом.
Особенности расчета общесплавной водоотводящей сети.
В общесплавной системе водоотведения устраивается одна водоотводящая сеть, по
которой отводятся сточные воды всех видов, производственные, хозяйственно-фекальные и
дождевые. В период интенсивных дождей, которые повторяются сравнительно редко, расход
дождевых вод значительно превосходит расход хозяйственно-фекальных и
производственных. Степень загрязнения смеси сточных вод уменьшается за счет
разбавления, поэтому оказывается возможным сбрасывать часть этой смеси в водоем без
очистки. Сброс воды в водоём во время сильных дождей производится через специальные
сооружения - ливнеспуски, устанавливаемые на коллекторах (рис.25).
1
2
2
3
4
5
5
Рис.25. Общесплавная система водоотведения.
1.Трубопроводы уличной сети; 2.Ливнеспуски; 3.Насосная станция; 4.Очистные
сооружения; 5.Ливнеотводы.
От ливнеспусков сброс воды производится по трубопроводам, которые называются
ливнеотводами. Одним из основных параметров работы ливнеспусков является
коэффициент разбавления. Коэффициент разбавления - это отношение расхода дождевых
сточных вод, не сбрасываемых в водоем, к расходу сточных вод в сухую погоду, т.е. к
суммарному расходу хозяйственно-фекальных сточных вод:
n
несб
дожд
cit
O
q
q
р
.
Определение расчетных расходов на участках общесплавной сети до ливнеспуска
сводится к суммированию расчетных расходов хозяйственно-фекальных, производственных
и дождевых вод.
47
Расчетный расход сточных вод на участках сети после ливнеспуска определяется по
формуле:
q q
cit
q
несб
q
r
1
р
, где
q
r
- расчетный расход дождевых вод, поступающих в коллектор за ливнеспуском до
расчетного участка включительно;
q
cit
1
- расход в сухую погоду, поступающий в коллектор, как до ливнеспуска, так и после
ливнеспуска до расчетного участка включительно.
Если установлено несколько ливнеспусков по длине коллектора, то расчетный расход на
участках сети после этих ливнеспусков находится по формуле:
q q
cit
q
несб
q
r
1
р
, где
q
несбр
- сумма не сбрасываемых расходов дождевых вод через все ливнеспуски.
Коэффициент разбавления ливнеспусков рекомендуется определять расчетом в
зависимости от гидрологической характеристики и самоочищающей способности водоема и
др. условий. Ориентировочно значение коэффициента разбавления можно принимать:
1-2 - при сбросе смеси сточных вод в пределах населенного пункта в водные протоки с
расходом более 10м
3
/с;
3-5 - тоже с расходом от 5 до 10м
3
/с со скоростью течения не менее 0,2м/с;
0,5-2 - для ливнеспусков у насосных станций;
0,5-1 - для ливнеспусков у очистных сооружений.
По расчетному расходу выполняют гидравлический расчет сети при условии полного
заполнения трубопроводов и соблюдения самоочищающих скоростей движения сточных
вод. После определения диаметров и уклонов трубопроводов производится проверка на
расход в сухую погоду. Проверка заключается в определении скоростей движения сточных
вод при суммарном расходе хозяйственно-фекальных и производственных сточных вод по
уже рассчитанным диаметрам и уклонам трубопровода. Такая проверка выполняется, если
этот расход превышает 10л/с, скорости должны быть не менее величин, указанных в таблице
3.6, в противном случае увеличивают уклон трубопровода.
Таблица 3.6.
Минимальные скорости движения сточных вод при проверке общесплавных
коллекторов на расход в сухую погоду.
Глубина слоя воды в трубопроводах общесплавной
сети при расчетных расходах в сухую погоду, см
Наименьшая скорость движения сточных
вод, л/с
31-40
41-60
61-100
101-150
>150
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
Особенности расчета трубопроводов полураздельной системы водоотведения.
В полураздельной системе водоотведения устраиваются две водоотводящих сети - одна
для отведения хозяйственно-фекальных и производственных сточных вод, другая для
отведения дождевых. Главный коллектор прокладывается один- общесплавной, по которому
все хозяйственно-фекальные и производственные сточные воды, а также наиболее
загрязненная часть дождевых вод подаются на очистные сооружения (рис.5). Дождевая сеть
присоединяется к общесплавному коллектору с помощью разделительных камер, которые
при интенсивных дождях, превышающих по интенсивности принятый предельный дождь,
48
сбрасывают часть дождевого стока в водоем. Обе сети до разделительных камер
проектируются также, как трубопроводы полной раздельной системы водоотведения.
Предельный дождь - это дождь наибольшей интенсивности, весь сток от которого
необходимо очищать. Расходы, соответствующие количеству воды от дождей этих
интенсивностей, называются предельными расходами. При определении предельного
расхода дождевых вод период однократного превышения расчетной интенсивности дождя
рекомендуется принимать, равным 0,2-0,05года. При этом на очистку будет поступать не
менее 70% годового объема дождевого стока и весь талый и поливочно-моечный сток.
При проектировании полураздельной системы водоотведения предельные расходы
вычисляют после гидравлического расчета дождевой сети в сечениях коллекторов перед
разделительными камерами. Таким образом, к моменту определения предельных расходов
уже известны диаметры и уклоны трубопроводов дождевой сети.
Расчетный расход смеси сточных вод q
mix
в общесплавных коллекторах полураздельной
системы водоотведения определяется по формуле:
q q q
mix cit
lim
, л/с , где
q
cit
- максимальный расчетный расход производственных и бытовых сточных вод с
учетом коэффициента неравномерности;
q
lim
- максимальный, подлежащий очистке расход дождевого стока, равный сумме
предельных расходов дождевых вод q
lim
, подаваемых в общесплавной коллектор от каждой
разделительной камеры, расположенной до рассчитываемого участка.
Расчетный расход дождевых вод, поступающих в общесплавной коллектор, можно
определить двумя способами:
1. Пересчетом дождевой сети на случай выпадения дождя с интенсивностью,
соответствующей интенсивности предельного дождя.
2. С помощью коэффициента разделения k
div
, показывающего, какая часть расчетного
расхода дождевых вод q
r
поступает в главный общесплавной коллектор.
Пересчет дождевой сети на случай выпадения дождя с интенсивностью, соответствующей
интенсивности предельного дождя, производится также, как и расчет дождевой сети, но с
учетом известных диаметров и уклонов трубопроводов при
=1. При определении
расчетной продолжительности предельного дождя время поверхностной концентрации
t
con,lim
принимается, равным 10-15минут. Этот способ определения расчетного расхода
является наиболее точным, но трудоёмким, так как требует определения предельного
расхода на всех расчетных участках дождевой сети.
Определение предельного расхода с помощью коэффициента разделения производится по
формуле:
q k q
div rlim
, л/с , где
q
r
- расход дождевых вод перед разделительной камерой, определяемый при
=1.
Значение коэффициента разделения рекомендуется определять по таблице 3.7 в
зависимости от отношения интенсивности предельного и расчетного дождя 20минутной
продолжительности, т.е.
k
div
m P
m P
r
r
1
lg( )
lg( )
lim
.
Таблица 3.7.
Значение коэффициента разделения
k
d iv
.
49
Показатель
степени,
n
lim
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
0,75 0,02 0,04 0,07 0,1 0,15 0,19 0,24 0,3 0,36 0,42
0,5 0,025 0,05 0,08 0,12 0,16 0,21 0,26 0,31 0,37 0,43
0,3 0,03 0,06 0,09 0,13 0,18 0,22 0,27 0,32 0,38 0,43
Полученные значения k
div
справедливы при продолжительности дождя 20минут, а также
при разности показателей степеней n - n
lim
, равной нулю при любом времени протока. В
противном случае к значениям k
div
следует вводить поправочный коэффициент,
определяемый по таблице 3.8 в зависимости от продолжительности дождя и разности
показателей степени n.
Гидравлический расчет трубопроводов общесплавного коллектора производится на
полное заполнение и проверяется на расход в сухую погоду.
Таблица 3.8.
Значения поправочного коэффициента к коэффициенту k
div
.
Разность
показателей
степеней, n-n
lim
10 30 60 90 120
0,03 и менее 1,0 1,0 1,0 1,1 1,1
0,07 0,9 1,0 1,1 1,2 1,2
0,15 0,9 1,1 1,2 1,3 1,3
0,2 0,8 1,1 1,4 1,6 1,7
0,3 0,8 1,2 1,6 1,9 2,1
УСТРОЙСТВО ВОДООТВОДЯЩИХ СЕТЕЙ.
СООРУЖЕНИЯ НА СЕТИ.
ТРУБЫ И СПОСОБЫ ИХ СОЕДИНЕНИЯ.
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К МАТЕРИАЛУ ТРУБ И КОЛЛЕКТОРОВ.
Выбор материала труб и коллекторов производится с учетом строительных,
технологических и экономических требований. Строительные требования заключаются в
обеспечении прочности и долговечности конструкций и возможности индустриализации
строительства.
Прочность материала труб диктуется воздействием на них внешних нагрузок, которые
могут быть постоянными и временными. Постоянные нагрузки обусловлены весом грунта,
расположенного над трубопроводами и зависят от вида грунта и глубины заложения.
Временные нагрузки возникают от транспорта, движущегося по поверхности земли, и
зависят от вида транспорта, свойств грунта и глубины заложения трубопровода.
Так как трубы и коллекторы находятся под постоянным воздействием внешних, а также
внутренних нагрузок, возникающих при засорениях, действием грунтовых и сточных вод
срок службы труб может сокращаться. Кроме того, на долговечности труб сказывается и
старение материала. Поэтому материал труб должен выбираться с учетом некоторой
оптимальной долговечности сооружений.
50
Значения коэффициента k
div
при продолжительности дождя
20мин, (n-n
lim
) =0 и значениях k
div
1
, равных
Значение поправочного коэффициента при
продолжительности дождя, мин