Сообщение

Водоотводящие системы и сооружения

Содержание материала

Экономическое и экологическое значение систем водоотведения

Сточные воды образуются при использовании природной или водопроводной воды для бытовых целей и технологических процессов промышленных предприятий. К сточным водам относятся также атмосферные осадки – дождевые и талые воды, выпадающие на территориях городов, населенных мест и промышленных предприятий. Сточными водами также являются подземные воды, извлекаемые из шахт при добыче полезных ископаемых. Такие воды являются источником различных заболеваний и распространения эпидемий.

Системы водоотведения устраняют негативные последствия воздействия сточных вод на окружающую природную среду. После очистки сточные воды обычно сбрасываются в водоемы. Наиболее совершенными системами являются замкнутые системы водоотведения, обеспечивающие очистку сточной воды до качества, при котором возможно повторное использование воды в промышленности или сельском хозяйстве.

Системы водоотведения тесно связаны с системами водоснабжения. Без водоотведения невозможно строить здания высотой более 2-3 этажей. Потребление и отвод воды от каждого санитарного прибора, квартиры и здания без ограничения обеспечивают высокие санитарно-эпидемиологические и комфортные условия жизни людей. Только современные сплавные системы водоотведения позволили людям оборудовать свои квартиры не только раковинами для мойки посуды и умывальниками, но и ваннами с использованием горячей воды.

Кроме этого, постоянный рост и развитие промышленности привел к возрастанию объемов производственных сточных вод и степени их загрязненности. Правильно запроектированные и построенные системы отведения стоков при нормальной эксплуатации позволяют своевременно отводить огромные количества сточных вод, не допуская аварийных ситуаций со сбросом стока в водоемы. Это, в свою очередь, позволяет значительно снизить затраты на охрану окружающей среды и избежать ее катастрофического загрязнения.


История, перспективы и пути развития систем водоотведения

Еще древнейшие поселения, например, в Индии, имели сооружения для отвода сточных вод. При раскопках в Междуречье были обнаружены канализационные каналы, выложенные из обожженного кирпича, обмазанного битумом. Аналогичные сооружения были обнаружены также у ассирийцев.

Для греческих городов был характерен высокий уровень благоустройства и комфорта. Санитарное состояние городских площадей, улиц и дворов обеспечивалось хорошо организованной системой водостоков, обложенных камнем и перекрытых плитами. В Афинах был проложен канализационный канал, проложенный через весь город, причем первоначально это была небольшая речка, которая была преобразована в канал шириной до 4,2 м. В городах назначались специальные должностные лица - астиномы, которые следили за санитарным состоянием города.

Еще большим умением строить инженерные сооружения отличались древние римляне. Большое потребление воды в Древнем Риме приводило к образованию большого объема сточных вод. Для отведения этих вод в реку Тибр использовались ручьи, переделанные в канализационные каналы. Так возникла, например, известная "клоака максима" - большой сточный канал, сооруженный в IV веке и просуществовавший до 1900 года.

В период средневековья в большинстве европейских городов канализация почти начисто отсутствовала. Улицы были не мощеными, в ухабах, постоянно покрытыми грязью и нечистотами. Отвод бытовых сточных вод не был обеспечен, они выливались прямо из окон.

Интенсивное строительство канализации началось в Европе лишь в XIX веке. Это связано прежде всего с развитием водопровода и ростом городского населения, что поставило необходимость: во-первых, централизованного отвода большого количества образующихся сточных вод, во-вторых, очистки этих стоков перед их сбросом в водоемы, т.к. без очистки стоки сильно загрязняли водоисточники, из которых забиралась вода для водоснабжения.

Наибольший объем строительство канализации получило в самой передовой стране того времени - Англии. К 1883 г. в Англии мало совершенные канализационные системы имелись в 50 городах. Значительно позже началось строительство канализации в Германии (Гамбург - с 1843 г., Берлин - с 1873 г.), к 1870 г. в ней насчитывалось более 50 крупных городов, имеющих канализацию. Медленно развивалось канализование городов Франции, хотя канализование самого Парижа было начато еще во второй половине XIV столетия. Далее быстрым темпом шло строительство канализации городов США - к 1902 г. было канализовано около 1000 городов.

В России первые известные подземные каналы для отвода сточных вод были строены еще в XIV веке (Новгород, Московский Кремль). В XVII столетии в Кремле появился первый напорный водопровод и тут же строится система открытых и закрытых водоотводящих каналов для отведения хозяйственных, промышленных и атмосферных стоков.

В середине XVIII века в Петербурге началось широкое применение каналов, в том числе крупных для отвода атмосферных вод. В эти каналы поступали и бытовые стоки. В 1832 г. протяженность водостоков Петербурга составляла уже 95 км. и превышала протяженность сетей Парижа.

В конце XVIII в. в Москве была устроена система водосточных каналов с отстаиванием осадка, который использовался для удобрения. Самотечный и Неглинный каналы после 1812 г. были перекрыты сводами, над Неглинным (длина 3 км) был устроен Цветной бульвар.

Строительство канализации в других городах России развивается в связи с резким возрастанием водопотребления, удорожанием вывоза нечистот, катастрофическим загрязнением крупных населенных центров и огромным развитием эпидемий.

Первая техническая литература в России, посвященная дренажным трубам, выгребам и водостокам выходит в свет в 1857-1860 гг. В Петербурге в это время ведется большая работа по сравнению различных систем канализации. Практически во всех городах строится общесплавная система канализации, когда в одну систему трубопроводов сбрасываются бытовые, производственные и атмосферные стоки.

Канализация появляется в Ялте, Феодосии (1840 г.), Одессе и Тифлисе (1874 г.), Царском Селе (1880 г), Ростове-на-Дону и Киеве (1893 г.), Москве (1898 г.), Саратове и Севастополе (1910 г.), Харькове (1914 г.), Нижнем Новгороде(1916 г.).

Большое значение в становлении канализации в России имели Русские водопроводные съезды. Уже на втором съезде в 1895 г. были сделаны три доклада по канализации. А в том году канализационные системы имелись только в четырех городах Российской империи - Киеве, Варшаве, Одессе и Ялте. Четвертый съезд в 1897 г. принял постановление, которое обращает внимание городов на необходимость с устройством водопроводов всегда иметь в виду и устройство канализации.

К 1922 г. в России канализация была устроена только в 22-х городах. В 1932 г. были разработаны проекты канализации для таких городов, как Казань, Калуга, Краснодар, Ленинград, Орел, Тула, Тверь, Чебоксары.

На сегодняшний день охват населения городов и поселков централизованным водоснабжением составляет 98 %, а канализацией - около 75 %. Еще не имеют водопровода несколько малых городов и около 30 поселков, а канализация отсутствует в 900 населенных пунктах.

В последние годы в России приняты новые законы: “Об охране окружающей природной среды” (19.12.91 г.) и “Об основах градостроительства в Российской Федерации” (14.07.92 г.), в которых сформулирован ряд требований, касающихся также и создания систем водоотведения.

По мнению академика Яковлева С.В., уровень отечественных и зарубежных разработок примерно одинаков. Однако внедрение разработанных сооружений в России идет чрезвычайно медленно.

Важнейшие проблемы систем водоотведения, которые предстоит решить в ближайшие годы:

· ликвидация имеющейся диспропорции в развитии городского водоснабжения и канализации;

· устройство канализации в малых населенных пунктах, которые не имеют, как правило, квалифицированных специалистов, материальной базы и достаточных денежных средств;

· повышение качества строительства новых водоотводящих сетей и реконструкция уже существующих;

· снижение материалоемкости и трудозатрат при строительстве систем водоотведения.


Сточные воды, их состав, классификация

Сточные воды от населенных мест и промышленных предприятий могут быть классифицированы по трем признакам:

· по месту образования;

· по виду содержащихся в стоках веществ;

· по фазово-дисперсному состоянию загрязнений.

По месту образования сточные воды могут быть:

Бытовые – от раковин, унитазов, ванн и др. источников стоков, установленных в жилых, общественных, коммунальных и промышленных зданиях.

Производственные – стоки, образующиеся при использовании воды для различных технологических процессов производства.

Атмосферные – образуются на поверхности проездов, площадей и крыш зданий при выпадении осадков. К этой категории относятся дождевые и талые стоки, а также воды от поливки улиц (поливомоечные).

Все категории сточных вод в той или иной степени содержат загрязнения, вид и состав которых позволяет делить стоки по виду содержащихся в них веществ. Различают три следующие основные группы загрязнений:

Минеральные загрязнения. К ним относятся: песок, глинистые частицы, частицы руды, шлака, растворимые неорганические соли, кислоты и щелочи.

Органические загрязнения. Могут быть разделены на загрязнения растительного происхождения, в которых преобладает химический элемент углерод (остатки овощей, плодов и т.д.) и животного происхождения, в которых преобладает азот (физиологические выделения, остатки живых тканей и т.д.). В бытовых стоках содержится примерно 60% загрязнений органического происхож-дения и 40% минерального. Органические загрязнения являются благоприятной средой для развития микроорганизмов, поэтому в стоках содержится еще один, третий вид загрязнений:

Биологические загрязнения. К этой категории относятся бактерии, дрожжевые и плесневелые грибки, яйца гельминтов и вирусы.

По фазово-дисперсному состоянию все загрязнения делятся по степени дисперсности (т.е. измельченности) на:

Растворенные вещества, состоящие из молекулярно-дисперсных частиц, размером не более 0,01 мкм (10-8 м).

Коллоидные вещества – частицы размером от 0,01 до 0,1 мкм.

Нерастворенные примеси, размер частиц которых составляет более 0,1 мкм. В свою очередь эти примеси делятся на всплывающие, оседающие и взвешенные вещества.

Производственные сточные воды делятся на условно-чистые, которые использовались преимущественно на охлаждение и почти не загрязнены, и загрязненные. Последняя категория может быть разделена на три группы стоков, содержащих:

· преимущественно минеральные вещества;

· преимущественно органические вещества;

· органические, ядовитые вещества.

В зависимости от концентрированности производственные сточные воды могут быть высококонцентрированными и слабоконцентрированными, по значению показателя pH стоки делятся на малоагрессивные (в том числе слабокислые и слабощелочные) и высокоагрессивные (сильнокислые и сильнощелочные).


Обобщенные показатели загрязненности сточных вод

Для характеристики загрязненности сточных вод используют т.н. суммарные или групповые показатели. Эти показатели характеризуют определенные свойства воды без идентификации отдельных веществ. Вот некоторые важнейшие показатели загрязненности:

Взвешенные вещества – количество примесей, которое задерживается на бумажном фильтре при фильтровании пробы

Оседающие вещества – часть взвешенных веществ, оседающих на дно отстойного цилиндра за 2 часа отстаивания. В среднем в бытовые стоки поступает 65 гр. взвешенных и 30…35 гр. оседающих веществ на человека в сутки.

Сухой остаток – количество загрязнений, остающееся после выпаривания пробы при 105оС.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК) – количество кислорода, потребляемое аэробными микроорганизмами в процессе жизнедеятельности для окисления органических веществ, содержащихся в сточной воде. Этот показатель характеризует содержание органики, которая может быть удалена методом биологической очистки, например, с помощью активного ила в аэротенках.

Химическая потребность в кислороде (ХПК) – количество кислорода, необходимое для окисления углерода органических соединений водорода, азота и серы, содержащихся в сточной воде.

Концентрация ионов водорода – выражается величиной pH (отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации ионов водорода). Среда считается кислой при pH 7. Городские стоки обычно имеют слобощелочную реакцию среды pH = 7,2…7,8.

Коли-титр – наименьшее количество воды, в котором содержится 1 кишечная палочка рода Escherichia Coli. Этот показатель косвенно характеризует зараженность воды патогенными микроорганизмами.


Системы водоотведения городов

Система водоотведения города – комплекс сооружений, предназначенный для приема и отведения сточных вод всех категорий. Удаление сточных вод за пределы населенных пунктов и промышленных предприятий осуществляется, как правило, самотеком по трубам и каналам, поэтому их прокладывают с уклоном. В современных городах устраивают централизованную систему водоотведения, состоящую из внутренних и наружных водоотводящих сетей, насосных станций и очистных сооружений.

Выделяют три основные системы водоотведения:

1. Общесплавная система имеет одну водоотводящую сеть, предназначенную для отвода сточных всех видов: бытовых, производственных и дождевых.

clip_image001

Во время сильных дождей часть смеси производственно-бытового и дождевого стока сбрасывается в водный поток через ливнеспуски.

2. Раздельная система водоотведения бывает полной и неполной. Полная раздельная система водоотведения имеет две закрытые водоотводящие сети, одна – для отведения бытовых и производственных стоков, вторая – для отвода дождевых сточных вод. Неполная раздельная система отличается от полной тем, что дождевые стоки отводятся открытой сетью, то есть уличными лотками, кюветами и канавами.

clip_image002

Дождевые сточные воды могут отводиться в водоем как без очистки, так и с очисткой

3. Полураздельная система водоотведения имеет две водоотводящие сети – производственно-бытовую и дождевую. В местах пересечения этих сетей устраивают разделительные камеры, назначение которых состоит в том, чтобы сбрасывать в водоем во время сильных дождей избыточную часть стока. Таким образом, в производственно-бытовую сеть через разделительные камеры поступает только наиболее загрязненная часть ливневых сточных вод.

clip_image003

Кроме этих основных систем, в некоторых городах может быть еще одна.

Комбинированная система водоотведения – это такая система, при которой населенный пункт в одной части оборудован общесплавной системой, а в другой – полной раздельной. Такие системы складываются исторически в развивающихся городах.

Сравнительная технико-экономическая и экологическая оценка систем водоотведения

Общесплавная система

Достоинства:

· Меньшая протяженность трубопроводов по сравнению с остальными системами

· Сброс неочищенных стоков может быть отрегулирован с учетом самоочищающей способности водоема

· Уменьшение количества сооружений на сети

· Значительно меньше стоимость эксплуатации по сравнению с полной раздельной системой

Недостатки:

· Больше диаметры труб, и, как следствие, увеличение капитальных вложений на строительство сети

· Высокая стоимость насосных станций и очистных сооружений

· Сброс в водоемы во время ливней смеси бытовых, дождевых и производственных стоков

Основные условия применимости:

· при расходах в водном потоке не менее 5 м3/с

· при малом количестве районных насосных станций

· при высокой плотности населения

· при дождях малой интенсивности

Полная раздельная система

Достоинства:

· Меньшие капитальные вложения по сравнению с общесплавной системой

· Меньшая стоимость насосных станций и очистных сооружений по сравнению с общесплавной системой

· Невозможность поступления производственно-бытовых стоков в водоем

Недостатки:

· Большая протяженность сети

· Повышенные эксплуатационные затраты

· Сброс всех дождевых стоков в водоем

Основные условия применимости:

· при допустимости сброса всех дождевых стоков в водоем

· при большом количестве районных насосных станций

· при дождях высокой интенсивности

Полураздельная система

Достоинства:

· Отсутствие сброса производственно-бытовых и сильно загрязненных дождевых сточных вод в водоем

· Очистка наиболее загрязненной части дождевого стока

Недостатки:

· Самая высокая стоимость строительства

Основные условия применимости:

· при малых или непроточных водоемах

· для районов акваторий, использующихся для отдыха населения

· при повышенных требованиях к защите водоемов


Общая схема водоотведения и ее элементы

Схемой водоотведения называется технически и экономически обоснованное проектное решение принятой системы водоотведения с учетом местных условий и перспектив развития объекта водоотведения.

Схема водоотведения обслуживаемого объекта (города или промышленного предприятия) включает разнообразные сооружения, которые по своему назначению делятся на две основные группы.

К первой группе относят оборудование и сооружения, предназначенные для приема и транспортирования сточных вод:

· Внутренние водоотводящие устройства (внутренняя сеть),

· Наружная водоотводящая сеть,

· Насосные станции и напорные водоводы

Ко второй группе относят:

· Очистные станции и сооружения,

· Выпуски сточных вод в водоем

Внутреннюю водоотводящую сеть в зависимости от категории отводимой жидкости подразделяют на:

· Бытовую – для отведения из зданий бытовых и фекальных сточных вод,

· Производственную – для отведения из цехов производственных сточных вод,

· Дождевую – для отведения дождевых и талых вод с поверхности крыш зданий

Бытовая внутренняя водоотводящая сеть включает в себя приемники сточных вод (унитазы, умывальники, раковины и т.д.), отводные линии к стояку, сами стояки и выпуски из зданий. Более подробно бытовую внутреннюю канализацию и водопровод рассматривают в курсе “Санитарно-техническое оборудование зданий”.

clip_image004

Схемы внутреннего производственного водоотведения характеризуются большим разнообразием в зависимости от производства, установленного оборудования и т.п. условий.

Наконец, внутренние водостоки состоят из приемных воронок, отводных труб, стояков и внутренних коллекторов. Наружная водоотводящая сеть состоит из подземной сети труб и каналов, прокладываемых с уклоном. Эти сети разделяются на дворовые, внутриквартальные и уличные.

1. Дворовая водоотводящая сеть располагается в пределах одного двора и обслуживает одно или несколько зданий, она включает в себя выпуски из зданий, приемные и смотровые колодцы, а также систему подземных труб небольшого (150…200 мм) диаметра.

Последний колодец перед присоединением дворовой сети к уличной сети называется контрольным колодцем.

clip_image005

2. Внутриквартальная сеть располагается уже в пределах квартала или микрорайона, состоит из тех же элементов, что и дворовая.

3. Уличная водоотводящая сеть служит для транспортирования сточных вод, поступающих от отдельных кварталов населенного пункта в один трубопровод, называемый коллектором. Различают следующие виды коллекторов:

· коллектор бассейна водоотведения – собирает сточные воды из сети одного бассейна водоотведения,

· главный коллектор – собирает сточные воды от коллекторов бассейна водоотведения,

· загородный коллектор – отводит транзитом стоки за пределы населенного пункта к насосной станции или очистным сооружениям

При необходимости перекачки сточных вод из отдельных районов устраивают насосные станции и напорные трубопроводы сточных вод. Насосные станции могут быть трех видов:

· местные – принимают и отводят стоки от группы или отдельных зданий,

· районные – осуществляют подъем сточных вод из глубоко лежащих коллекторов в более высоко расположенные,

· главные - насосные станции, подающие воду на очистные сооружения со всего населенного пункта

Напорные трубопроводы транспортируют сточную воду на более высокие отметки (например, на станцию очистки).

От главной насосной станции стоки поступают на очистные сооружения канализации, где происходит их очистка до необходимой степени.

Выпуски воды в водоем – специальные сооружения, конструкция которых обусловлена следующими требованиями: обеспечение быстрого и интенсивного смешения сточных вод с водой водоема и исключение разрушения самого выпуска потоками сбрасываемой сточной воды и воды водоема.


Схемы наружных водоотводящих сетей

Имеются 4 основные схемы начертания наружных водоотводящих сетей населенных пунктов:

· Перпендикулярная

· Пересеченная

· Зонная

· Радиальная

Выбор той или иной схемы зависит от принятой системы водоотведения и особенностей рельефа местности

1. Перпендикулярная схема применяется для дождевой канализации. По этой схеме коллекторы трассируются по рельефу местности к водному потоку по наикратчайшему расстоянию.

clip_image006

Эта схема применяется тогда, когда или нет необходимости в очистке сточных вод, либо такая возможность отсутствует.

2. Пересеченная схема предусматривает прокладку главного коллектора по пониженной части объекта обычно вдоль водного потока. Эта схема применима при раздельной и общесплавной системах водоотведения.

clip_image007

Пересеченная схема применяется тогда, когда необходима очистка сточных вод.

3. Зонная схема применяется на объектах со значительной разницей отметок поверхности земли по террасам. Встречается редко.

clip_image008

4. Радиальная схема предусматривает трассировку коллекторов от центра населенного пункта, при этом может быть устроено несколько очистных станций.

clip_image009

Эта схема применяется при условии возможности использования двух или более приемников сточных вод. Кроме четырех наиболее распространенных схем водоотведения, известны и другие, например:

· местная – сеть, которая обслуживает одно или группу зданий с самостоятельными очистными сооружениями,

· веерная – применяется при очень больших уклонах местности к водоему, поэтому коллекторы располагаются почти параллельно друг другу.

На территории промышленных предприятий обычно устраивают полную раздельную систему водоотведения, в которой имеются производственная, бытовая и дождевая сеть.

Если рассматривать соотношение числа очистных станций и населенных пунктов, все схемы водоотведения можно разделить на централизованные, децентрализованные и районные.

При централизованной схеме водоотведения сточные воды со всего города собираются и отводятся единой сетью на одну очистную станцию.

При децентрализованной схеме устраивают районную канализацию с самостоятельными очистными сооружениями.

Для нескольких близко расположенных населенных пунктов или предприятий применяют районную схему водоотведения, при этом устраивают одну очистную станцию большой мощности вместо нескольких маломощных станций очистки.


Бассейны водоотведения

Бассейн водоотведения – это часть объекта водоотведения, ограниченная водоразделом или водоемом, вертикальной планировкой города или границами застройки, водоотведение с которой осуществляется системой самотечных трубопроводов.

Границы бассейна водоотведения, как правило, соответствуют линиям водоразделов. При плоском рельефе местности границы бассейнов назначают, исходя из условия возможно большего охвата территории самотечной сетью.

Принципы проектирования водоотводящей сети

В практике проектирования решаются две задачи: проектирование вновь или расширение существующих систем водоотведения. Основным материалом для разработки проекта водоотводящей сети является проект районной планировки или проект планировки и застройки города. Для проектирования сети промышленного предприятия необходим генеральный план. Границы канализуемой территории в населенном пункте определяются обычно в пределах размещения застройки.

Проектирование начинается с разбивки территории города на бассейны водоотведения и выбора системы и схемы водоотведения. Затем определяется место расположения канализационных очистных сооружений и место выпуска очищенных стоков. Следующий этап – трассировка сети по бассейнам водоотведения. Для этого намечают трассу главного коллектора, трассы коллекторов бассейнов водоотведения, выявляют районы, для которых требуется перекачка стоков, выбирают площадки для размещения насосных станций и намечают принципиальную схему водоотведения.

Водоотводящие сети населенных мест и промышленных предприятий проектируются самотечными. Только при большом заглублении сети устраивают насосные станции, которые перекачивают сточные воды из глубоких коллекторов или на очистные сооружения или в коллекторы, имеющие более мелкое заложение.

Число насосных станций зависит от рельефа местности, гидрогеологических условий и других особенностей. В некоторых случаях при пересеченном рельефе местности оказывается целесообразным вместо устройства станций перекачки проложить тоннель небольшого протяжения, пересекающий местную возвышенность.

В крупных городах значительную сложность представляет собой реконструкция уже существующих систем водоотведения. По ряду технических, экологических и экономических причин в крупных городах часто бывает нерациональным проектировать самотечно-напорные схемы водоотведения с небольшим заглублением. Поэтому в этих случаях укладывают т.н. коллекторы глубокого заложения, которые находятся на глубине нескольких десятков метров в устойчивых и плотных грунтах. Такие коллекторы сооружают методом щитовой проходки, применяемой, например, для строительства метрополитена.


Трассировка водоотводящих сетей

Трассировкой называют начертание водоотводящей сети на генеральном плане канализуемого объекта. Это один из самых ответственных этапов при составлении схемы, так как от принятых принципов трассировки зависит стоимость всей системы водоотведения.

Трассировка начинается с проектирования главного и отводящего (загородного) коллекторов, которые обычно трассируют по тальвегам, по набережным рек и ручьев. При этом необходимо учитывать возможность присоединения коллекторов бассейна водоотведения без излишнего заглубления главного коллектора. Следует избегать прокладки длинных коллекторов с малым расходом стоков.

Коллекторы бассейна водоотведения трассируют на следующем этапе. При плоском рельефе местности эти коллекторы трассируют по возможности по середине бассейна.

В пределах застройки все коллекторы трассируют по городским проездам в зеленых или технических зонах. При этом необходимо максимально использовать естественный уклон местности и учитывать наиболее благоприятные геологические и гидрологические условия прокладки.

При проектировании обычно разрабатывают несколько возможных вариантов схем трассировки коллекторов и выбирают наиболее выгодный по технико-экономическим показателям при равноценности санитарно-технических показателей.

Уличную сеть трассируют по проездам и внутри кварталов по наикратчайшему направлению от водоразделов к тальвегам с уклоном, по возможности равным уклону поверхности. В этом случае глубина заложения сети существенно уменьшается.

Имеются три метода трассировки уличной водоотводящей сети:

1. По объемлющей схеме, при которой сеть трассируют по проездам, опоясывающим квартал со всех сторон:

clip_image010

Этот метод применяют при плоском рельефе местности (уклон земли – до 0,007) и больших размерах кварталов.

2. По пониженной грани, при этом сеть прокладывают только по наиболее низким граням кварталов.

clip_image011

Этот метод применяют при выраженном рельефе, с падением поверхности земли к одной или двум граням квартала (уклон более 0,008 – 0,01).

3. Через квартальная трассировка предполагает укладку труб по середине квартала.

clip_image012

Этот метод применяется, если имеется возможность прокладки водоотводящей сети внутри квартала. При этом получается более экономическое сочетание дворовой сети с уличной, длина ее сокращается на 30 – 40%, стоимость строительства снижается на 10 – 20%.

При трассировании водоотводящих сетей следует избегать пересечений с водными потоками, железнодорожными путями и другими подземными сооружениями, так как устройство этих пересечений сложно и вызывает затруднения в эксплуатации сети.

При небольших расходах и малых диаметрах сеть необходимо трассировать небольшими участками. Коллекторы большого сечения прокладывают с малыми уклонами и большой протяженности.

При полной раздельной системе водоотведения предусматривают прокладку по проездам двух сетей – дождевой и бытовой. Дождевую сеть трассируют так, чтобы расстояние от места выпуска сточных вод в ближайший водоем или тальвег было наименьшим. При общесплавной системе главный коллектор трассируют вдоль берега водоема или глубокого тальвега, в который может быть сброшена через ливнеспуски часть дождевого стока. При полураздельной системе трассировку бытовой сети необходимо предусматривать таким образом, чтобы коллекторы бассейна водоотведения и главный коллектор имели заглубление большее, чем дождевая сеть.


Размещение водоотводящих сетей на плане и в поперечном профиле улиц

Водоотводящие сети различных систем в крупных городах при развитом подземном хозяйстве должны трассироваться с учетом других подземных сооружений. Кроме этого, также необходимо учитывать возможности размещения механизмов при строительно-монтажных работах.

Согласно требованиям СНиП трассировку бытовой водоотводящей сети ведут параллельно “красным” линиям застройки, при этом сеть по возможности прокладывают в зеленых или технических зонах, т.е. вне территории проезжей части. На проездах шириной 30 метров и более допускается прокладывать 2 нитки трубопроводов по разным сторонам проезда. Дождевую сеть, наоборот, трассируют по середине проезда.

Расстояние в плане от напорных водоотводящих сетей до обрезов фундаментов зданий, туннелей и т.д. не должно быть менее 5 метров, а для безнапорных – не менее 3 м. Минимальное расстояние от различных подземных сетей необходимо принимать по следующей таблице:

Сети

Водопровод

Канализация

Дренажи и водостоки

Газопроводы с давлением, МПа

Кабели

Теплопроводы

< 0,05

< 0,3

0,3–0,6

0.6-1,2

силовые

связи

Самотечная канализация

---

0,7

0,7

1

1,5

2

5

0,5

1

1

Напорная канализация

---

1,5

1,5

0,5

1,5

Дренажи и водостоки

1,5

0,7

0,7

1

1

 

Для водопровода расстояние до водоотводящей сети (напорной и самотечной) принимается при диаметре водопровода до 200 мм – 1,5 м, при диаметре более 200 мм – не менее 3 м.

При очень развитом подземном хозяйстве под магистральными проездами все инженерные сети, кроме газопроводов, прокладывают в общих коллекторах–туннелях.

Кроме трассировки в плане, водоотводящие сети необходимо зонировать и по глубине заложения. При подземной прокладке подземные сети должны быть уложены на наименьшей технически оправданной глубине. В плане сети желательно укладывать от оси застройки к оси проезжей части по возрастающей глубине.

clip_image013

Для внутридворовой водоотводящей сети минимальная глубина заложения определяется по двум условиям:

1. hmin = hпром – a,

где hпром – нормативная глубина промерзания грунта,

a = 0,3 м – для труб диаметром не более 500 мм,

a = 0,5 м – для труб больших диаметров.

2. h’’min = d + 0,7,

где d – диаметр трубы, м.

Наибольшую из этих двух величин принимают за минимальную глубину заложения внутридворовой сети


Условия приема сточных вод в водоотводящую сеть

Для обеспечения нормальной эксплуатации водоотводящих сетей различного назначения, а также для предохранения их от воздействия различных разрушающих веществ, прием сточных вод clip_image014осуществляют с соблюдением ряда требований.

Поступление бытовых сточных вод в водоотводящую сеть допускается только через приемники, оборудованные гидрозатворами. В дождевую сеть вода должна поступать только через дождеприемники. Выпуск производственных сточных вод в общесплавную и бытовую водоотводящие сети допускается только в тех случаях, если это не нарушает работу сети и очистных сооружений канализации.

Производственные сточные воды не должны:

· содержать более 500 мг/л взвешенных примесей и плавающих веществ, загрязняющих трубы, и веществ, которые могут отлагаться на дне и стенках труб (например, окалина, гипс, песок, волокна, жиры, смолы и т.п. вещества),

· оказывать разрушающего действия на материал труб и элементы сооружений,

· содержать горючие примеси (бензин, масло, нефть), а также растворимые газообразные вещества, которые могут образовывать взрывоопасные смеси,

· иметь температуру свыше +40оС.

Не допускается сбрасывать в бытовую сеть следующие категории производственных сточных вод:

· с наличием в стоках только минеральных загрязнений,

· стоки различных видов, которые при смешивании образуют эмульсии или выделяют ядовитые или взрывоопасные газы (сероводород, синильная кислота и т.д.), или же образуют большое количество нерастворимых засоряющих трубы веществ (гипс, мел, известь),

· необеззараженные стоки, содержащие опасные бактериальные загрязнения,

· необеззараженные стоки от мясокомбинатов, птицефабрик и некоторых других объектов,

· сточные воды от мытья автотранспорта в гаражах (исключение составляет сеть общесплавной канализации).

Сточные воды, поступающие от предприятий в бытовую сеть, должны быть нейтрализованы и иметь pH от 6,5 до 8,5, кроме этого, не должны содержать вредные для биологической очистки вещества в концентрациях, нарушающих нормальную работу всех сооружений биологической очистки.

В дождевую водоотводящую сеть разрешено сбрасывать:

· стоки от мойки автомашин после местной очистки,

· условно-чистые производственные стоки после согласования с органами санитарного надзора,

· В дождевую сеть не допускается сбрасывать производственные и бытовые сточные воды.

Сточные воды, не удовлетворяющие указанным требованиям, должны быть предварительно подготовлены к спуску в городские водоотводящие сети. Для стоков промышленных предприятий в этих случаях могут устраиваться раздельные сети различных категорий сточных вод, регулирующие резервуары и местные очистные сооружения.


Сплав по водоотводящим сетям нечистот, снега и измельченного мусора

Сплав нечистот

Норма водоотведения бытовых сточных вод в неканализованных районах принимается равной 25 л/сут на человека за счет сброса стоков в канализацию сливными станциями и коммунально-бытовыми предприятиями (т.е. банями, прачечными, столовыми и др).

Для приема жидких отбросов устраивают сливные станции, которые состоят из приемного отделения, мест хранения и мойки баков, решеток и песколовок. Жидкие отбросы доставляют ассенизационным транспортом, сливаются через приемный люк, проходят очистку от крупных загрязнений на решетках. Затем жидкие отбросы проходят через песколовки, где задерживаются минеральные нерастворимые примеси и далее спускаются в водоотводящую сеть.

Сплав снега

Удаление снега с территории населенных мест и промышленных предприятий осуществляется или с помощью вывоза его автотранспортом или же ликвидацией снега передвижными или стационарными снеготаялками. Альтернативным методом является сбрасывание собранного снега в водоотводящую сеть.

Разрешается сплав чистого снега по дождевым сетям при наличии в них условно-чистых производственных стоков. По общесплавной и бытовой сетям сплав снега допустим в том случае, если он не оказывает существенного влияния на ход биологической очистки. Воды от стационарных снеготаялок допускается сбрасывать в любую водоотводящую сеть, но только после пропуска через песколовки.

Имеются ряд правил, которые необходимо соблюдать при сплаве снега, например, лучше всего снег сплавлять по трубам диаметром более 300 мм.

Снег сбрасывается в сеть через специальные снеговые шахты, а при их отсутствии – через смотровые колодцы. Наибольшее количество снега, сбрасываемого в сеть, вычисляется по формуле:

clip_image015,

где Q – расход сточных вод,
ρ - плотность стоков,
tн и tк – соответственно начальная температура и минимально возможная температура сточных вод,
tсн – температура снега,
ссн и св – теплоемкость снега и воды,
Kсн – скрытая теплота плавления снега.

При механической очистке допускается снижение температуры сточных вод до 3-4оС, при биологической – не менее 6оС.

Сплав измельченного домового мусора

Домовой мусор представляет собой механическую смесь пищевых отходов, квартирного сора и утиля. Пищевые отходы, как известно, могут собираться в специальную тару, перерабатываться и затем использоваться вновь.

Гидравлический способ удаления мусора из зданий с санитарной точки зрения является совершенным. В этом случае мусор измельчается дробилкой под кухонной раковиной и смывается в канализацию.

Однако без предварительной сортировки бытового мусора и отделения отходов, содержащих токсичные и ядовитые вещества, этот способ не является безопасным с природоохранной точки зрения. До сих пор в нашей стране гидравлический способ удаления мусора не нашел достаточного распространения.

При сплаве измельченного мусора по водоотводящим сетям при раздельном методе сбора его норму принимают 70 г/сут на человека, а при общем сборе мусора – до 100 г/сут на человека.


Основные исходные данные для проектирования водоотводящих сетей

Для разработки проекта водоотводящей сети населенного пункта основным и исходным материалом служит проект планировки, для промышленного предприятия – генплан.

Кроме этого, для проектирования необходимы данные топографических, геологических и гидрогеологических изысканий. Нормативные допущения для проектирования водоотводящих сетей находятся в СНиП 2.04.03-85 и различных инструкциях.

Предпроектные разработки включают:

1. Технико-экономическое обоснование строительства и проектирования объектов, т.е.: общие данные, основные решения и т.д.

2. Схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов.

3. Схемы и проекты районной планировки.

Кроме этого, должны быть собраны следующие исходные данные:

· сведения о существующих схемах водоснабжения и водоотведения объекта

· данные по объекту:

а. Число жителей

б. Плотность населения и системы благоустройства

в. Пропускная способность общественных зданий и коммунальных предприятий

г. Виды промышленных предприятий, характеристики производства, количественный и качественный состав стоков

д. Гидрологические, геологические и метеорологические данные

е. Гидрология по водоемам

ж. Топографические материалы по объекту

Стадии проектирования

Разработка проектно-сметной документации может выполняться в одну стадию – рабочий проект или в две стадии – проект и рабочая документация.

Стадийность проектирования определяется в технико-экономическом обосновании (ТЭО) или технико-экономических расчетах (ТЭР), исходя из того, что проектирование технически несложных объектов и объектов технического перевооружения выполняется в 1 стадию. Двухстадийное проектирование обычно применяется при строительстве крупных и сложных объектов.

Перед началом проектирования заказчиком проекта составляется задание на проектирование.В проектах (рабочих проектах) осуществляется необходимая доработка и детализация проектных решений, принятых в ТЭО (ТЭР) и уточняются основные технико-экономические показатели. Стоимость проектных работ определяется на основе “Сборника цен на проектные и изыскательские работы” с повышающим коэффициентом.


Системы водоотведения малонаселенных мест и отдельно расположенных объектов

К таким системам относятся сети и сооружения, предназначенные для отведения и очистки бытовых и близких к ним производственных сточных вод в количестве до 1400 м3/сутки. Малым населенным пунктом считается объект с населением до 5000 человек. К таким населенным пунктам относятся, например, дома отдыха, детские оздоровительные учреждения, индивидуальные коттеджи, фермерские хозяйства, дачи и т.п. объекты. Норма водоотведения бытовых стоков в малых населенных пунктах не превышает 200 л/сутки на одного жителя.

Проектирование систем водоотведения таких объектов производится по требованиям, изложенным в СНиП 2.04.03-85. Канализация малых населенных пунктов предусматривается, как правило, по неполной раздельной системе. Кроме этого, рекомендуется использовать централизованную схему водоотведения для одного или нескольких населенных пунктов, отдельных групп зданий и производственных зон.

Децентрализованные схемы допускается предусматривать:

· если нет опасности загрязнения водоносных горизонтов,

· если нет централизованной канализации в пунктах или объектах,

· при необходимости канализования групп или отдельных зданий.

С учетом изложенных требований для решения вопросов канализования малонаселенных мест применяют индивидуальные, локальные и групповые системы

Индивидуальные системы водоотведения проектируют, как правило, для объектов, не имеющих централизованного водоснабжения (фермерские хозяйства, коттеджи, мелкие населенные пункты и т.д) – см. рис. Количество сточных вод от таких объектов невелико, поскольку снабжение водой происходит от водозаборных скважин или колодцев с насосами.

clip_image016

Сеть состоит из коротких самотечных участков труб, заканчивающихся на индивидуальных очистных сооружениях – септиках, фильтрующих колодцах, биопрудах и т.д. Индивидуальные системы могут в каждом конкретном случае существовать в течение неограниченного срока или служить первым шагом к созданию локальных систем водоотведения.

Локальные системы предусматривают централизованное водоотведение всего населенного пункта или ряда расположенных близко друг к другу объектов. Переход к локальным системам в ранее сложившихся населенных местах чаще всего обусловлен строительством многоэтажных домов с централизованным водоснабжением. Иногда такая система может применяться и для вновь строящихся населенных пунктов, если это оправдано экономически или продиктовано гидрогеологическими условиями.

Следующим этапом является организация групповых систем водоотведения. Условием устройства таких систем является большая плотность населения. В этом случае одной водоотводящей сетью обслуживаются несколько расположенных близко друг к другу объектов, что позволяет осуществлять очистку стоков на единых очистных сооружениях (см. рис). Это значительно облегчает организацию контроля за качеством очистки и уменьшает затраты.

clip_image017

Основной сложностью при эксплуатации водоотводящих сетей малых населенных пунктов и объектов являются частые засоры сети, что обусловлено малыми расходами и отсутствием самоочищающих скоростей в коллекторах (менее 0,7 м/с). В связи с этим рекомендуется проектировать начальные участки сети с уклоном не менее 0,008 и предусматривать устройства для периодической промывки сети. Наименьший диаметр труб – 150 мм. Материал труб – такой же, как и в городских условиях.

При необходимости подкачки сточной воды используются насосные станции, оборудованные центробежными или шнековыми насосами. 


Общие принципы использования ЭВМ при проектировании систем водоотведения

ЭВМ (компьютер) – в общем случае, это устройство для обработки поступающей информации. Обработка информации (или вводимых данных) происходит по программам. В данном случае программа – это последовательность операций, которую должна проделать ЭВМ. Все промежуточные результаты обработки информации (например, вычислений) хранятся в т.н. оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ), причем ОЗУ сохраняет данные только при включенном компьютере. Для постоянного хранения и записи программ, данных к ним и результатов используются специальные устройства – например, накопители на магнитных дисках.

Сам процесс обработки информации происходит в микропроцессорах – миниатюрных электронных схемах, которые способны производить вычисления по введенным в ОЗУ программам. В персональных компьютерах (т.е. ЭВМ, предназначенных для одного пользователя), существует один центральный процессор, в больших компьютерах – от одного до нескольких десятков. Скорость современных процессоров достигает сотен миллионов операций в секунду.

Результаты обработки введенных данных визуально отображаются на мониторе (дисплее), и могут быть перенесены на бумагу при помощи принтеров и плоттеров (графопостроителей). Взаимодействие пользователя с ЭВМ происходит, как правило, в форме запросов компьютера о данных и т.п., которые выводятся на экран, и ответных действий пользователя, которые тот производит с помощью клавиатуры и ручного манипулятора мышь.

Поскольку сам компьютер является практически универсальным устройством, то определяющим фактором его применения является загруженная программа. Поэтому использование ЭВМ, в частности, для проектирования систем водоотведения, требует прежде всего наличия определенного набора программных средств. Рассмотрим более конкретно применение некоторых программ на основных этапах проектирования.

I этапразбивка на бассейны, выбор места для очистных сооружений и насосных станций, трассировка сети. На этой стадии возможно использование геоинформационных систем (ГИС) (например, MapInfo, ArcView, ГеоГраф и др.), которые обеспечивают сбор, хранение, обработку и отображение на дисплее географически привязанной информации. Однако, например, полномасштабную автоматизированную трассировку сети произвести пока еще невозможно. Это обусловлено отсутствием четкой последовательности выбора трассы сети, или, говорят, что эта задача плохо алгоритмизируется. Т.е. требует обязательного участия человека (прорисовка трассы вручную).

II этапразбивка на площади стока, определение удельного расхода, сосредоточенных и путевых расходов, наконец, расчетных расходов. На этой стадии можно воспользоваться неспециализированными программами – электронными таблицами. Такие программы предназначены для обработки больших таблиц чисел, в нашем случае, например, длин участков, площадей и расходов. Среди наиболее распространенных – Microsoft Excel, Quattro Pro, SuperCalc и др.

III этапгидравлический расчет, высотное проектирование сети, расчет сооружений на сети. На этом этапе требуется применение узкоспециализированных программ. Например, на кафедре водоснабжения и водоотведения ВоГТУ для гидравлического расчета бытовой сети разработана программа SEWERAGE. В некоторых случаях возможно, однако, использование и более универсальных программных средств общематематического назначения, например, пакетов MathCad или Mathematica.

IV этапконструирование сети, построение профилей, разработка строительной, конструкторской документации и смет. На этом этапе возможно использование т.н. систем автоматизированного проектирования (САПР). Они позволяют осуществить конструирование, черчение и подготовку документации для строительства. Среди этих систем лидером является AutoCAD.

Кроме того, на всех этапах проектирования возможно использовать ЭВМ для набора и правки текста в пояснительную часть проекта с помощью т.н. текстовых редакторов (например, Microsoft Word, PageMaker и др). Эти программы используются очень широко и применяются в самых различных областях, где требуется набор текстовых документов.

Итак, в настоящее время не существует единого комплекса программ, специально предназначенных для проектирования систем водоотведения. Чтобы попытаться найти необходимые программы или информацию, следует использовать ЭВМ как средство связи, то есть воспользоваться услугами глобальных компьютерных информационных сетей. Из них самой распространенной является Internet. В этой сети существуют мощные средства поиска необходимой информации (программ, данных, литературы и т.д.).

Если же рассматривать только те стороны проектирования, которые связаны с расчетной частью, то в этом случае, при необходимости, пользователь может и сам программировать.


Принципы расчета бытовой сети на ЭВМ (по программе SEWERAGE)

Эта программа предназначена для гидравлического расчета наружной водоотводящей самотечной сети. Для проведения расчета необходимо ввести данные об участках: отметки начала и конца, длина, расход, тип наполнения, уклон, вид труб, тип сопряжения, номер сопряженного участка и начальную глубину заложения. Имеется возможность автоматического ввода уклона, вида труб, типа сопряжения, номера сопряженного участка и начальной глубины.

В результатах расчета приводятся рассчитанные диаметры, наполнения, скорости и отметки. По полученным результатам строится продольный профиль коллектора.

Общие принципы расчета сети в целом

Прежде всего для каждого участка составляется список предыдущих примыкающих к его началу участков (т.е. участков, конечный номер которых совпадает с начальным номером текущего). Затем происходит расчет всех участков сети в определенной последовательности их номеров. Принцип расположения номеров участков для расчета следующий: все участки перебираются и рассчитываются только те из них, которые, во-первых, не имеют примыкающих участков, или, во-вторых, если все участки, входящие в список примыкающих, уже рассчитаны.

Общие принципы расчета отдельного участка (при автоматическом выборе основных параметров)

1. Расчет начальной глубины:

Рассчитывается минимальное значение глубины Hmin, которое выбирается как наибольшее из двух величин:

H1 = D + 0,7 и H2 = Hпром – а,

где D - диаметр трубопровода, м,
Hпром - нормативная глубина промерзания, м,
a – параметр (0,3 или 0,5 м).

Из всех участков, примыкающих к текущему, в качестве сопряженного выбирается тот участок, у которого будет наименьшая конечная отметка шелыги, воды или дна трубы (смотря по типу сопряжения). Если текущий участок – верховой, то начальная глубина принимается равной минимальной Hmin.

Если конечная глубина текущего участка после его расчета будет больше максимальной, то начальная глубина принимается равной минимальной и участок пересчитывается вновь. В этом случае в начале участка предусматривается насосная станция.

Тип сопряжения выбирается в зависимости от соотношения диаметров на сопряженном и текущем участках: при одинаковых диаметрах выбирается сопряжение "по уровням воды", при разных - "по шелыгам".

2. Расчет скорости и наполнения производится по уравнению Н.Н.Павловского (или Н.Ф.Федорова) с приближенным решением уравнения по методу секущих, точность расчета наполнения при этом составляет 0,001.

3. Выбор диаметра и уклона производится при соблюдении следующих правил: – диаметр должен быть не меньше минимального;
– скорость должна быть не меньше минимальной по СНиП 2.04.03-85;
– наполнение должно быть не больше расчетного по СНиП 2.04.03-85;
– заглубление в конце участка должно быть не меньше минимального, рассчитываемого с учетом глубины промерзания и диаметра трубы;
– при выбранном пользователем учете скоростей в боковых присоединениях уклон текущего участка подбирается таким, чтобы скорость на участке была не меньше наибольшей скорости во всех примыкающих;
– уклон при диаметре меньше 150 мм принимается не менее 0,008, а при 200 мм – не менее 0,007;
– если расход на участке меньше минимального заданного расхода, участок считается нерасчетным: наполнение и скорость не рассчитываются, а диаметр принимается равным минимальному.


Системы водоотведения промышленных предприятий

Системы водоотведения промышленных предприятий подразделяются на общесплавные и раздельные. Особенностью водоотведения для предприятий является то, что на отдельных из них могут образовываться до 5–10 различных видов стоков, отличающихся по расходу, составу и свойствам загрязнений.

При выборе системы водоотведения необходимо учитывать следующие возможности:

· совместной и раздельной очистки отдельных видов стоков;

· извлечения и повторного использования ценных веществ в стоках;

· повторного использования производственных сточных вод в системе оборотного водоснабжения;

· использования очищенных бытовых и дождевых сточных вод;

· использования производственных вод для орошения сельскохозяйственных культур.

Кроме того, необходимо учитывать мощность водоприемника, качество воды в нем, вид водопользования и его самоочищающую способность.

Общесплавная система водоотведения

Эту систему целесообразно применять для небольших промышленных предприятий, если производственные стоки близки по составу к бытовым сточным водам и возможно попадание в дождевые стоки промышленных загрязнений (см. рис). Все категории сточных вод отводятся на единые очистные сооружения.

clip_image018

Раздельные системы водоотведения

Эти системы могут быть различными в зависимости от вида стоков, образующихся на предприятии. Бытовые и дождевые стоки отводятся по самостоятельным сетям. Производственные стоки могут отводиться по нескольким различным системам трубопроводов, в зависимости от категории стоков. В отдельных случаях производственные сточные воды могут отводиться совместно с бытовыми стоками (производственно-бытовая сеть) или дождевыми водами (производственно-дождевая сеть). Бывают следующие возможные раздельные системы:

1. С локальными очистными сооружениями (см. рис).

Применяется тогда, когда в сточных водах отдельных цехов содержатся специфические загрязнения, для очистки от которых целесообразно устройство отдельных очистных установок

clip_image019

2. С частичным оборотом производственных сточных вод (см. рис). Целесообразно применять при возможности повторного использования некоторых производственных сточных вод с частичной очисткой или для водоснабжения других цехов.

clip_image020

3. С полным оборотом производственных и бытовых вод (см. рис). Применяют при нехватке воды для целей водоснабжения

clip_image021


Замкнутые системы водопользования промышленных предприятий

Раздельная система водоотведения с полным оборотом всех категорий сточных вод называется бессточной системой водопользования, или замкнутой системой водного хозяйства промышленного предприятия. В зависимости от конкретных условий на предприятиях возможно создание нескольких систем очистки с вариантами объединения различных видов сточных вод. В общем виде замкнутая система водопользования промышленного предприятия включает:

· локальные оборотные системы;

· централизованные замкнутые системы;

· охлаждающие локальные оборотные системы, а также системы последовательного использования воды в двух или нескольких технологических операциях.

При очистке и использовании дождевых вод необходимо их усреднять по расходу. Поверхностный сток и бытовые сточные воды в ближайшие годы могут удовлетворить более 50% потребности промышленности в воде.

При оценке систем водоотведения промышленных предприятий необходимо учитывать следующие коэффициенты использования воды:

· оборотной: Kоб = qоб/(qоб + qсв);

· свежей: Kсв = (qсв – qсб)/qсв,
где qоб и qсв – расход соответственно оборотной и свежей воды, забираемой из источника,
qоб + qсв – общее количество расходуемой воды,
qсб – расход сточных вод, сбрасываемых в водоем.

Коэффициент использования оборотной воды, например, на предприятиях черной и цветной металлургии составляет 0,8.

Схемы комплексного водоотведения жилой застройки и промышленных предприятий

При разработке систем комплексного водоотведения районов и промышленных комплексов одновременно рассматриваются системы водоотведения нескольких городов и промышленных предприятий, расположенных на сравнительно близком расстоянии друг от друга или связанных между собой географическими, административными или иными связями. Такие системы аналогичны системам промышленных предприятий и тоже бывают общесплавными и раздельными.

При разработке систем чаще всего рассматривают следующие варианты комплексного использования воды:

· сточных вод одного предприятия в качестве источников водоснабжения других предприятий;

· концентрированных сточных вод одних предприятий в качестве сырья для производства товарного продукта на других предприятиях;

· очищенных городских сточных вод на промышленных предприятиях в системах технического водоснабжения, для полива, обводнения водоемов и др. целей.

При проектировании систем водоотведения районов и промышленных комплексов появляются следующие возможности:

· повышения уровня комплексного решения водохозяйственных вопросов городов и промышленных объектов;

· комплексного использования природных водоемов, ограничения их числа для сброса сточных вод и уменьшения уровня их загрязнения;

· повышения пропускной способности очистных сооружений, на создание которых сокращаются удельные капитальные вложения;

· снижения удельных эксплуатационных затрат на очистку воды;

· повышения уровня эксплуатации очистных сооружений.

Выбор вариантов систем водоотведения должен производиться на основании технико-экономического сравнения вариантов, равноценных в санитарном отношении.


Технико-экономическое сравнение вариантов водоотводящих систем

Как правило, при проектировании систем водоотведения можно разработать сразу несколько проектных решений, которые в общем будут приблизительно одинаковы по техническим показателям. Для выбора самого экономичного проектного решения производится сравнение их технико-экономических показателей. Итоги сравнения приводятся в табличной форме (см. табл.).

Форма для сравнения различных вариантов проектных решений

Технико-экономические
показатели

Единицы

Варианты

I

II

III

IV

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Производительность:

суточная

годовая

Протяженность трассы коллекторов

Общая длина трубопроводов

Стоимость строительства

Годовые эксплуатационные расходы

Себестоимость 1 м3 воды

Численность персонала

Годовая потребность:

в электроэнергии

в тепловой энергии

Расход стальных труб

Продолжительность строительства

Приведенные затраты

Приведенные затраты на 1 м3
годовой производительности

тыс. м3

млн. м3

км

км

тыс. руб

тыс. руб

руб

чел.

тыс. кВт× ч

Гкал

тыс.т

год

тыс. руб

руб

 

Одним из основных экономических показателей являются годовые приведенные затраты. По каждому рассматриваемому варианту эти затраты определяются по формуле:

П = С + Ен∙К,

где С – годовые эксплуатационные затраты по данному варианту,
Ен – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений,
К – капитальные вложения.

Годовые эксплуатационные затраты слагаются из отдельных статей затрат:

С = Среаг + Сзп + Сэл + Ст + Сам + Св + Стр + Спр + Ск,

где Среаг – стоимость реагентов,
Сзп – заработная плата персонала,
Сэл – стоимость электроэнергии,
Ст – стоимость тепловой энергии,
Сам – амортизационные отчисления,
Св – стоимость воды на собственные нужды,
Стр – затраты на текущий ремонт,
Спр – прочие расходы,
Ск – затраты на капитальный ремонт.

Для систем водоснабжения и канализации нормативный коэффициент Ен принимается равным 0,16. Этот коэффициент представляет собой обратную величину срока окупаемости построенного объекта.

Наиболее предпочтительным является вариант, у которого приведенные затраты – наименьшие.


Экологические аспекты при проектировании водоотводящих систем

При выборе наилучшего проекта системы водоотведения населенного пункта, кроме учета технико-экономических показателей, необходимо принимать во внимание ущерб, который будет наноситься окружающей среде при эксплуатации сетей и сооружений. В данном случае речь идет о загрязнении водных объектов бытовыми, дождевыми и производственными стоками. Степень загрязненности зависит прежде всего от эффективности работы очистных сооружений, однако немалое значение имеет и техническое решение самой водоотводящей сети. Например, в случае полной раздельной системы весь поверхностный сток может сбрасываться в водоем без очистки, в общесплавной системе во время сильных дождей сбрасывается смесь дождевых и бытовых стоков, а в полураздельной системе в водоем попадают только наименее загрязненные дождевые воды.

Ущерб от загрязнения водных источников представляет собой часть теряемого обществом национального дохода, выступающего в стоимостной и натурально-вещественной форме, как в сфере материального производства, так и в сфере обслуживания. В сферах материального производства и обслуживания потери трудовых затрат, материальные и финансовые ресурсы, связанные с ликвидацией последствий загрязнения водных объектов, определяются следующими основными факторами:

  • увеличением расходов на подготовку воды для питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения;
  • снижением продуктивности рыбного хозяйства;
  • падением производительности сельского и лесного хозяйства;
  • увеличением расходом в связи с переносом или ликвидацией водозаборов;
  • недобором промышленной и сельскохозяйственной продукции в связи с увеличением заболеваемости трудящихся;
  • ростом расходов на восстановление природного состояния водоемов;
  • увеличением расходов на санитарное обслуживание населенных пунктов и мест массового отдыха;
  • увеличением расходов на медицинское обслуживание в связи с увеличением заболеваемости населения.

Для оценки экономического эффекта от природоохранных мероприятий следует руководствоваться Временной типовой методикой. Для этого необходимо сначала рассчитать экономический ущерб от сброса в водный объект загрязненных сточных вод:

У = 400σкМ,

где σк – географическая константа, принимаемая по таблице 1 из Методики,
М – приведенная масса годового сброса примесей источником загрязнения:

clip_image022

, где N – общее число примесей, сбрасываемых объектом,
Аi – показатель относительной опасности i-ого вещества, присутствующего в стоках,
mi – общая масса годового сброса i-ого вещества.

Для каждого загрязняющего вещества показатель относительной опасности сброса определяется по формуле:

Аi = 1/ПДКi,

где ПДКi – предельно допустимая концентрация i-ого вещества в воде водных объектов, используемых в рыбохозяйственных целях (т.е. предназначенных для разведения пород рыб или других водных организмов).

Общая масса годового сброса i-ой примеси определяют по формуле:

mi = KiW,

где Ki – концентрация i-ого загрязняющего компонента в сточных водах,
W – годовой объем сточных вод.

Если имеются несколько источников загрязнения, то ущерб от них складывается.

Следующий этап – рассчитывается предотвращаемый экономический ущерб, как разница между ущербами до и после проведения природоохранных мероприятий (У1 и У2):

Упр = У1У2.

Затем можно сосчитать предотвращаемый экономический эффект:

Эпр = Упр – П,

где П – годовые приведенные затраты на осуществление природоохранных мероприятий.

Общая (абсолютная) экономическая эффективность природоохранных затрат определяется по следующей формуле:

Эз = Эпр.

В некоторых случаях для оценки определяется общая (абсолютная) эффективность капитальных вложений:

Эа = (Эпр)/К,

где С – эксплуатационные расходы,
К – капитальные вложения.


Режим движения сточных вод в водоотводящих сетях

clip_image023Сточная жидкость является неоднородной системой с большим количеством плотных и жидких нерастворимых примесей.

При малых скоростях течения нерастворимые примеси могут выпадать в трубах, что приводит к уменьшению пропускной способности, а иногда и к полной закупорке труб. Поэтому в нормально работающей водоотводящей сети нерастворимые примеси должны транспортироваться потоком воды.

Все существующие коллекторы водоотводящих сетей можно разбить на три группы, в которых:

1. Обеспечивается необходимая скорость и никогда не выпадает осадок;

2. Наблюдается волнообразное движение песка, прочистка таких коллекторов также не требуется (см. рисунок);

3. Осадок не движется, так как транспортирующая способность потока недостаточна. Эксплуатация таких коллекторов возможна только при их регулярной прочистке.

Чтобы избежать полного засорения сети осадками, для контроля состояния трубопроводов необходимо знать три характеристики: а. Режим движения сточных вод, б. Критические скорости, т.е. скорости, при которых нерастворимые вещества не выпадают в осадок, в. Транспортирующую способность потока.

Характеристикой режима потока служит величина безразмерного критерия Рейнольдса, который показывает соотношение между силами вязкости и инерции при движении жидкости. Сточные воды являются более вязкими, чем чистая вода.

При полном заполнении круглых труб критерий Рейнольдса определяется по формуле:

Re = v∙d/ν,

где v – скорость течения, d – диаметр трубы, ν - кинематическая вязкость.

Для движения чистой воды установлено, что при Re < 2320 режим движения ламинарный, а при больших значениях – турбулентный.

Движение стоков по водоотводящим сетям почти всегда является турбулентным, а в пределах расчетных скоростей – турбулентным в области гладких труб или квадратичного сопротивления и в переходной области между ними.

Кроме этого, движение в сетях может быть равномерным и неравномерным, напорным и безнапорным, установившимся и неустановившимся.

Равномерное движение в водоотводящей сети наблюдается на прямых участках коллекторов без боковых присоединений, при движении со скоростью больше критической. Это движение характеризуется следующими условиями:

· постоянство расхода;

· постоянство живого сечения;

· постоянство гидравлического уклона, равного уклону дна русла (трубы) при безнапорном режиме;

· однотипность шероховатости труб и отсутствие местных сопротивлений.

Неравномерное установившееся движение имеет место тогда, когда расход воды постоянен, гидравлический уклон не равен уклону русла, и живое сечение потока изменяется по длине. Это движение встречается в коллекторах, когда истечение жидкости из них в водоем или резервуар заканчивается водопадом, или же под уровень воды.

Неустановившееся движение – движение, при котором гидравлические характеристики изменяются во времени. Оно характерно для дождевых потоков. Основными причинами неравномерности движения стоков являются местные сопротивления, перепады, изменение уклонов труб и т.д. Все водоотводящие сети являются безнапорными, что обусловлено такими причинами:

· При неполном наполнении всегда имеется запас для пропуска расходов, больших расчетных;

· Происходит вентиляция сети;

· Имеется возможность саморегулирования скорости движения при изменении расхода;

· Более низкие требования к качеству заделки стыков между трубами;

· Возможность устройства открытых лотков в пределах канализационных колодцев, что обеспечивает простоту в эксплуатации.


Формы поперечных сечений труб и коллекторов

Форма поперечного сечения труб и коллекторов водоотводящих сетей выбирается, исходя из гидравлических, технологических и строительных требований. Все формы с определенными допущениями можно подразделить на профили:

  • круглые,
  • вытянутые,
  • сжатые.

clip_image024clip_image025clip_image026

clip_image027clip_image028clip_image029

Наиболее экономичная форма – круглая форма поперечного сечения. Круглые трубы хорошо сопротивляются внешним нагрузкам, удобны в эксплуатации и поэтому получили наибольшее распространение (≈90% всех сетей).

При малой глубине заложения коллекторам придают полукруглую форму сечения с вертикальными боковыми стенками.

Коллекторы с банкетами также относят к круглым, их используют для общесплавной водоотводящей системы.

В целях уменьшения толщины стенок крупным коллекторам придают шатровое сечение.

Овоидальные формы коллекторов хорошо сопротивляются давлению грунта и временным нагрузкам, однако не индустриальны. Они нашли распространение при строительстве общесплавной водоотводящей сети.

Сжатые сечения позволяют уменьшить глубину заложения труб: к ним относятся лотковая и пятиугольная форма. Такие коллекторы используются при строительстве дождевой сети.

Открытые каналы и лотки трапецеидального и прямоугольного сечений применяются при транспортировании сточной воды по очистным сооружениям канализации и при строительстве открытой дождевой сети.

clip_image030

Гидравлические характеристики потока

Гидравлическими характеристиками потока сточных вод являются расход Q, средняя по сечению скорость потока v, живое сечение потока ω, смоченный периметр χ, гидравлический радиус R, равный отношению ω/χ.

Гидравлический радиус круглой трубы при полном ее заполнении равен 0,25d, а максимального значения он достигает при высоте слоя воды в трубе h = 0,813d. Из всех типов профилей коллекторов максимальный гидравлический радиус - у круглой трубы.

clip_image031Важными показателями трубопровода являются его уклон I, коэффициент шероховатости n и степень наполнения h/d.

Если построить график зависимостей скоростей движения воды и расходов в круглой трубе от степени ее наполнения, то выяснится, что максимальная скорость потока наблюдается при наполнении, равном 0,813, а максимальная пропускная способность трубы – при наполнении 0,95.

clip_image032

Гидравлический уклон равен отношению падения уровня воды в начале и в конце трубопровода к его длине. При самотечном режиме движения гидравлический уклон принимается равным уклону самого трубопровода.


Формулы гидравлического расчета самотечных трубопроводов

Расчет самотечных трубопроводов заключается в определении его диаметра, уклона, наполнения и скорости. Исходным данным для расчета обычно является расход.

Расчетные формулы, лежащие в основе гидравлического расчета, выведены для установившегося и равномерного движения воды:

1. Формула постоянства расхода:

Q = ω∙v,

где ω - площадь живого сечения,
v – средняя скорость по сечению.

2. Формула Шези:

clip_image033,

где C – коэффициент Шези,
R – гидравлический радиус,
i – гидравлический уклон.

2. Формула Дарси:

clip_image034,

где λ - коэффициент сопротивления трению по длине.

Между коэффицентами λ и С существует зависимость:

clip_image035или clip_image036.

Коэффициент Шези в соответствии со СНиП 2.04.03-85 определяется по формуле Н.Н.Павловского (при 0,1 < R < 3 м):

clip_image037,

где clip_image038,
n – коэффициент шероховатости.

Другой, более сложный способ определения коэффициента сопротивления λ (а значит, и коэффициента Шези С) производится по формуле Н.Ф.Федорова, включающей в себя дополнительные параметры:

clip_image039,

где Δэ – эквивалентная абсолютная шероховатость,
a2 – коэффициент, учитывающий характер шероховатости стенок труб,
Re – число Рейнольдса.

Эта универсальная формула справедлива для всех трех областей турбулентного режима движения: областей гладких труб, квадратичного сопротивления и переходной области между ними. Для расчета коэффициента λ можно использовать формулу, связывающую коэффициент шероховатости и абсолютную эквивалентную шероховатость:

clip_image040.

Учет местных сопротивлений при гидравлическом расчете водоотводящих сетей

Гидравлический расчет водоотводящих сетей основан на положении, что в сети движение сточных вод является равномерным и установившимся. В действительности из-за местных сопротивлений (перепады, повороты и т.д.) на значительном протяжении трубопроводов наблюдается неравномерное движение.

Наиболее резкое снижение скорости при безнапорном движении происходит перед поворотами потока и перед боковыми присоединениями. Здесь может выпасть взвесь, что приводит к заиливанию сети. Поэтому при гидравлическом расчете как напорных, так и самотечных сетей следует учитывать местные потери напора, которые определяются по формуле Вейсбаха:

clip_image041,

где hм – потери напора,
ζ – коэффициент местного сопротивления,
v – средняя скорость течения.

При расчетах обычно принимают среднюю скорость, отнесенную к сечению, расположенному ниже по течению после местного сопротивления. Коэффициент местного сопротивления зависит от значения числа Рейнольдса.

Практически местные потери напора в поворотных колодцах составляют 1,5 – 3 см, а соединительных колодцах достигают 6 см. Поэтому, например, в поворотных колодцах следует давать дополнительный уклон поворотному лотку на величину местных потерь напора (см. рис.).

clip_image042


Минимальные диаметры труб. Степень наполнения труб и каналов

В начальных участках внутриквартальной и уличной канализации расчетный расход обычно невелик и его можно было бы пропустить по трубам небольшого диаметра. Однако практика показывает, что количество засорений в трубах геометрически растет с уменьшением диаметра. Поэтому при уменьшении диаметра эксплуатационные затраты на прочистку увеличиваются. Граничное значение расхода, при котором капитальные затраты на устройство сети равны эксплуатационным расходам на ее содержание – около 10 л/с.

Исходя их этих соображений, в СНиП 2.04.03-85 установлены минимальные диаметры труб, которые зависят от вида стоков, системы и сети водоотведения.

clip_image043

Минимальные диаметры водоотводящих сетей

Вид водоотводящей сети

Системы водоотведения

Бытовая и производственная

Общесплавная

Дождевая

Уличная

200

250

250

Внутриквартальная и производственная

150

200

200

Присоединения от дождеприемников

---

200-250

200-250

Напорные трубопроводы

150

200

200

 

Кроме минимальных диаметров, регламентируется и наполнение трубопроводов. Расчетное наполнение – максимально допустимое отношение глубины потока сточных вод в трубе к ее диаметру.

Необходимо отметить, что общесплавную и дождевую водоотводящие сети рассчитывают на полное наполнение при максимальной интенсивности дождя.

В соответствии со СНиП 2.04.03-85 для самотечных труб установлены следующие расчетные наполнения:

d, мм

150 - 200

300 - 400

450 - 900

> 1000

h/d

0,6

0,7

0,75

0,8

 

Необходимость установления оптимальных наполнений обусловлена:

  • созданием запаса в трубопроводах на случай максимального расхода,
  • возможность возникновения подпора уровня воды на поворотах.

В отдельных случаях, например, при кратковременном пропуске душевых, банно-прачечных и др. вод, в коллекторах до 500 мм допускается полное наполнение.

Расчетное наполнение каналов с поперечным сечением любой формы следует принимать не более 0,7.


Расчетные скорости движения. Минимальные уклоны

Для создания нормальных условий работы водоотводящим сетям придают определенные уклоны, обеспечивающие течение сточных вод с самоочищающими скоростями. Скорость течения возрастает с увеличением уклона и гидравлического радиуса.

Как известно, распределение скоростей по сечению канала (трубы) является неравномерным. Самая наименьшая скорость наблюдается у дна. Однако проведение расчета только по придонным скоростям связано с большими трудностями, поэтому проектирование сети ведут на т.н. расчетную скорость течения.

Минимальной незаиливающей расчетной скоростью называется наименьшая допустимая скорость протока сточных вод, при которой обеспечивается самоочищение труб и каналов.

Выпадение взвеси обуславливается поперечными пульсациями скорости потока, причем выпадение не происходит, если значение этой скорости больше на 40-50% гидравлической крупности ωo расчетной взвеси

Был предложен ряд зависимостей для незаиливающей скорости, например, формула С.В.Яковлева:

vmin = 14,5ωoR0,2,

где R – гидравлический радиус.

В основу скоростей, рекомендуемых СНиП, положена зависимость Н.Ф.Федорова:

clip_image044,

где A = 1,42 и n = 4,5 + R/2.

По СниП 2.04.03-85 следует принимать следующие минимальные расчетные скорости:

Диаметр, мм

vmin, м/с

150 –200

0,7

300 – 400

0,8

450 – 500

0,9

600 – 800

1

900 – 1200

1,15

1300 – 1500

1,3

>1500

1,5

 

Чем больше диаметр трубы, тем больше минимальная расчетная скорость.

На очистных станциях минимальную расчетную скорость в лотках и трубах допускается принимать 0,4 м/с, а наименьшую скорость течения осадков следует принимать по табл. 17 СНиП 2.04.03-85. Для дождевой сети минимальная скорость принимается равной 0,6 м/с.

Кроме минимальных скоростей, нормируются и максимальные скорости движения стоков.

Максимальной расчетной скоростью называют наибольшую допустимую скорость течения, не вызывающую снижения механической прочности материала труб при истирающем действии песка и твердых веществ в стоках.

Для металлических труб значение максимальной скорости составляет не более 8 м/с, а для неметаллических – не более 5 м/с. Для дождевой сети – соответственно 10 и 7 м/с.

Уклоны водоотводящей сети следует вычислять по формулам Дарси или Шези. Минимальный уклон трубопроводов находят по формуле:

clip_image045.

Трубы с начальным минимальным диаметром не рассчитываются, скорость и наполнение в них неизвестны, поэтому в СниП приняты минимальные уклоны для труб диаметром 150 и 200 мм соответственно 0,008 и 0,007.

Для приближенных расчетов на практике можно воспользоваться предложенной С.В.Яковлевым формулой:

imin = 1/D,

где D – диаметр трубопровода в мм.

В открытой дождевой сети наименьшие уклоны лотков, кюветов и канав принимают по СНиП в пределах 0,003 – 0,005.

Максимальные уклоны могут быть найдены по той же формуле, что и минимальные.


Порядок гидравлического расчета трубопровода

Основными исходными данными являются расход Q, уклон местности iм, и длина трубопровода. Требуется определить диаметр, наполнение, скорость и уклон трубопровода.

1. Принимают гидравлический уклон, а значит и уклон трубопровода, равный уклону местности io = iм. Если получается, что этот уклон меньше минимального, то принимают io = imin.

2. По уклону io и расходу Q в соответствии с расчетным наполнением подбирают диаметр трубопровода, начиная с минимального.

3. Затем устанавливают скорость при выбранном диаметре.

Если скорость оказывается не больше минимальной, то уклон io увеличивают и расчет повторяют до тех пор, пока скорость не станет большей или равной минимальной.

Гидравлический расчет напорных трубопроводов

Движение воды в напорных трубопроводах происходит полным сечением трубы. Гидравлический расчет напорных трубопроводов при транспортировании сточных вод, илопроводов и дюкеров сводится к выбору экономически выгодных диаметров и определению в них потерь напора.

Диаметр трубопровода определяется по формуле постоянства расходов, исходя из заданного расхода Q, и задаваясь экономичными скоростями vэк. Для водоотводящих сетей экономичная скорость составляет 1,5 – 2,5 м/с, кроме этого, скорости в трубах должны быть не менее незаиливающих.

Диаметр рассчитывается по формуле:

clip_image046.

Общие потери напора в трубопроводе складываются из местных hм и линейных потерь hL:

clip_image047.

Потери напора по длине определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:

clip_image048,

где i – гидравлический уклон (в этом случае он не совпадает с уклоном самого трубопровода),
λ – коэффициент сопротивления трению, определяется по формуле Н.Ф.Федорова.

Сумма местных потерь напора включает потери напора в коленах, отводах задвижках и т.д. Потери в отдельном местном сопротивлении рассчитываются по формуле Вейсбаха.


Расчет дюкеров

Дюкеры служат для транспортирования сточных вод через реки, овраги и при пересечении с различными подземными сооружениями.

clip_image049

Дюкеры работают полным сечением, жидкость в них движется под действием столба воды, определяемого разностью уровней стоков во входной и выходной камерах (H = Z1Z2). Значение H соответствует потерям напора в дюкере, определяемым по формуле:

clip_image050,

где Σζ - сумма сопротивлений.

Коэффициент сопротивления на входе в трубу при острых кромках: ζвх = 0,5. Сопротивление на выходе из дюкера может быть определено по формуле:

clip_image051,

где v – скорость в дюкере,
v1 – в коллекторе на выходе.

Для цилиндрических труб и фасонных частей в коленах сопротивление вычисляется по формуле:

clip_image052,

где Θ - угол поворота в градусах,
ζпов – коэффициент сопротивления на повороте, равный для колена с углом 30o = 0,07.

При наличии задвижек во входной камере дюкера, открытых не полностью, необходимо также учитывать сопротивления на них. В этом случае коэффициент ζзад принимается в зависимости от степени открытия задвижки.

Плотность населения и расчетное население

Расчетное население – это число жителей, которое будет проживать в городе или населенном пункте к концу расчетного периода. Нужно заметить, что величина расчетного населения рассчитывается не на текущее время проектирования, а на 20-25 лет вперед, так как предполагается, что население будет расти и через некоторое время запроектированная и построенная система водоотведения будет уже не в состоянии нормально функционировать из-за возросших расходов сточной воды.

Поэтому и вводится понятие т.н. расчетного периода. Это - промежуток времени, в продолжение которого водоотводящая сеть будет иметь необходимую пропускную способность, и удовлетворять своему назначению без реконструкции. Для городов и населенных пунктов он составляет 20-25 лет, а для промышленных предприятий – это расчетный срок работы на полную производительность.

Расчетное население определяется по плотности населения, т.е. числу жителей на 1 га канализуемой территории. Различают два вида плотности населения:

1. Плотность населения по селитебельной территории pc - средняя плотность по всей территории, на которой проживает население. По этой плотности исчисляют расход сточных вод для всего города или большого района.

2. Плотность населения жилого квартала или микрорайона pк - плотность, при которой учитывается площадь застройки только отдельных кварталов. Эту плотность учитывают при детальных расчетах наружной водоотводящей сети.

Плотность населения зависит от этажности зданий, нормы жилой площади и др. параметров. Расчетное население определяется по формуле:

Np = ΣpFβ,

где p – плотность населения,
F – площадь территории с одинаковой плотностью населения,
β – коэффициент обслуживания водоотводящей сетью.


Нормы водоотведения и режим поступления сточных вод

Практикой установлено, что количество отводимых сточных вод приближенно равно количеству расходуемой воды.

Удельным водоотведением (или нормой водоотведения) называется среднесуточное (за год) количество воды, расходуемое на 1 жителя, пользующегося системой водоотведения (л/сут∙ч). На промышленных предприятиях удельным водоотведением называется количество сточных вод, образующееся при выпуске единицы продукции.

Считается, что удельное водоотведение равно удельному водопотреблению, поэтому величина удельного водоотведения принимается по СНиП 2.04.02-84 в зависимости от степени благоустройства районов и местных условий. В эту норму входит:

1. Количество воды, потребляемое в быту;

2. Количество воды, потребляемое на коммунальных предприятиях.

Исключения составляют: больницы, санатории, дома отдыха, гостиницы, гаражи и промышленные предприятия. В неканализованных районах удельное водоотведение принимается из расчета 25 л/сут на 1 жителя.

На промышленных предприятиях различают удельное водоотведение бытовых сточных вод, которое равно 45 л/смену для горячих цехов (с тепловыделением более 80 кДж/ч на 1 м3) и 25 л/смену – для холодных, а также водоотведение душевых стоков – 500 л/смену при продолжительности 45 минут.

Неучтенные расходы допускается принимать в размере 5% от суммарного среднесуточного водоотведения населенного пункта.

Известно, что водоотведение стоков, как и водопотребление, в течение времени происходит неравномерно. Например, в ночное время водоотведение ниже, чем в дневное и т.д. Различают неравномерность суточного и часового водоотведения, которые характеризуют коэффициентами неравномерности:

1. Коэффициент суточной неравномерности – это отношение максимального суточного расхода Qmax к среднесуточному расходу Qmid (за год):

K1 = Qmax/Qmid.

2. Коэффициент часовой неравномерности – отношение максимального часового расхода qmax(m) к среднему часовому расходу qmid(m) в сутки максимального водоотведения:

K2 = qmax(m)/qmid(m).

3. Общий максимальный коэффициент неравномерности – произведение первых двух:

Kgen.max = K1K2.

Значения этого коэффициента приведены в табл.2 СНиП 2.04.03-85 в зависимости от среднего расхода. При промежуточных расходах коэффициент неравномерности находят интерполяцией. Коэффициент часовой неравномерности для горячих цехов промышленных предприятий равен 2,5, а для холодных – 3,0.

Коэффициенты неравномерности водоотведения производственных сточных вод следует принимать в соответствии с техническим заданием.

Для более точного определения истинного максимального расхода строят графики колебания расходов сточных вод для города совместно с предприятиями. Имеются уже готовые таблицы изменения расхода бытовых стоков по часам суток, которые построены на основе опытных данных по эксплуатации сетей и насосных станций.

Общие графики колебания расходов сточных вод, как и графики водоснабжения, строятся по часам суток на основе графиков поступления бытовых сточных вод, производственных, душевых и бытовых стоков с промышленных предприятий.

На промпредприятиях повышенные расходы наблюдаются в начале смены и перед обеденным перерывом.


Расчетные расходы сточных вод

Важной задачей при проектировании и реконструкции водоотводящих сетей является определение расчетных расходов сточных вод.

Расчетный расход – это максимальный расход сточных вод, пропуск которого должны обеспечить водоотводящие сооружения на расчетный период.

Расчетные расходы бывают суточными, часовыми и секундными. Суточные и часовые наиболее часто выражаются в м3, а секундные – в литрах.

1. Общие расходы определяются по формулам:

а. Средний суточный:

Qmid = Nqн/1000, м3/сут,

где N – число жителей,
qн – удельное водоотведение, л/сут∙ч.

б. Максимальный суточный:

Qmax = NqнK1/1000, м3/сут,

где K1 – коэффициент суточной неравномерности.

в. Максимальный часовой:

clip_image053, м3/ч,

где K2 – коэффициент часовой неравномерности.

г. Максимальный секундный:

clip_image054, л/с,

где Kgen.max – общий максимальный коэффициент неравномерности.

2. Расчетные расходы на промышленных предприятиях:

а. Средний суточный:

clip_image055, м3/сут,

где М – количество продукции в сутки,
qпр – норма водоотведения на единицу продукции.

б. Максимальный часовой:

clip_image056, м3/ч,

где М1 – количество продукции в смену с максимальной выработкой,
T – продолжительность смены, ч.

в. Максимальный секундный:

clip_image057, л/с,

3. Бытовые стоки от предприятий:

а. Средний суточный:

clip_image058, м3/сут,

где N1 и N2 – соответственно количество работающих в холодных и горячих цехах.

б. Максимальный часовой:

clip_image059, м3/ч,

где N3 и N4 – соответственно количество работающих в холодных и горячих цехах в смену с максимальной выработкой,
K2 и K’’2 – коэффициенты неравномерности.

в. Максимальный секундный:

clip_image060, л/с.

4. Душевые стоки от предприятий:

а. Максимальный расход в смену:

clip_image061, м3/смену,

где qд – норма водоотведения – 500 л/ч,
nд – число душей,
45 – продолжительность пользования душем.

б. Максимальный секундный:

clip_image062, л/c.


Расчетные участки и расходы сточных вод на них

После трассировки сети ее разбивают на расчетные участки для последующего расчета.

Расчетный участок – это участок водоотводящей сети между двумя точками (колодцами), на котором расход сточных вод постоянен. Длину расчетного участка принимают равной длине квартала или от одного бокового присоединения до другого.

Полный расход на расчетном участке складывается из следующих расходов:

1. Попутный или путевой расход qпоп – расход, поступающий в участок от жилой застройки, примыкающей к участку.

2. Боковой расход qбок – расход сточных вод, поступающих в участок от боковых присоединений.

3. Транзитный расход qтр – расход, поступающий в участок от выше расположенных участков.

4. Сосредоточенный расход qсоср - расход, поступающий в участок от крупных потребителей воды (например, от коммунально-бытовых предприятий, промышленных предприятий и т.д.).

Тогда суммарный расход qрасч на участке выразится следующей формулой:

qрасч = qпоп + qбок + qтр + qсоср.

Попутный расход является переменным по длине расчетного участка. Поэтому для упрощения расчетов условно считают, что попутный расход от жилых кварталов поступает в начало участка:

clip_image063

Остальные виды расходов постоянны. Все составляющие расхода на расчетном участке 2-3 показаны на этом рисунке:

clip_image064

В зависимости от вида начертания сети, площади кварталов, примыкающих к участкам водоотводящей сети, разбивают по-разному:

  1. При объемлющей схеме в расчетный участок стоки поступают только с части площади квартала, которая примыкает к участку.

clip_image065

Площади разбивают или биссектрисами или диагоналями из углов квартала.

2. При начертании по пониженной грани или по внутриквартальной схеме, стоки поступают со всей площади квартала, поэтому дополнительная разбивка часто не нужна.

clip_image066

Попутный расход можно определять двумя способами:

I способ. Самый распространенный - по модулю стока:

q1-2 = F1-2q0, л/с,

где q1-2 - попутный расход на участке 1-2,
q0 - модуль стока,
F1-2 - площадь, относящаяся к участку 1-2.

Модуль стока (удельный расход) – это средний расчетный расход с единицы площади стока, определяется по формуле:

q0 = qост∙p/86400, л/с∙га,

где qост - остаточная норма водоотведения,
p - плотность населения.

Остаточная норма водоотведения – норма водоотведения, получающаяся при исключении из общей нормы водоотведения расхода от зданий коммунально-бытового назначения

clip_image067,

где qн - действительная норма водоотведения,
clip_image068- суммарный расход от зданий коммунально-бытового назначения, входящих в общую норму водоотведения,
N - количество жителей.

Сосредоточенный расход от зданий коммунально-бытового назначения определяется по формуле:

clip_image069, м3/сут,

где qi - нормы расхода воды для бань, прачечных, столовых и т.д.,
ai - среднее число посетителей, блюд и т.д.

Окончательная формула для максимального секундного расхода на расчетном участке:

q = (qпоп + qтр + qбок)Kgen.max + qсоср,

где Kgen.max - общий максимальный коэффициент неравномерности притока.

II способ. По удельному расходу на единицу длины трубопровода.

Определяется удельный расход на единицу длины сети:

clip_image070, м2/с,

где qmid.s - средний секундный расход, определяемый по норме водоотведения,
ΣL - суммарная длина сети.

Затем определяется сумма бокового, транзитного и попутного расходов:

clip_image071,

здесь Σl - суммарная длина всех вышележащих участков, включая и расчетный.

Максимальный секундный расход на расчетном участке определяют по формуле:

q = Σqпоп, бок, тр∙Kgen.max + qсоср,

где qсоср – в данном случае это расходы, не входящие в общую норму водоотведения.

Данный способ расчета применяется в основном при проектировании сетей с помощью ЭВМ.


Порядок определения расчетных расходов

1. Разбивают всю территорию города на прилегающие участки и определяют их площади.

2. Определяют модуль стока.

3. Определяют транзитные, боковые и попутные расходы для каждого участка сети, а также сосредоточенные расходы.

4. Определяют расчетный расход на каждом участке сети с учетом коэффициента общей неравномерности притока.

Определение расчетных расходов ведут “сверху вниз”, то есть от начальных участков каждого коллектора. Эти участки называются “верховые” и имеют только путевой расход. К этим участкам могут быть присоединены и сосредоточенные расходы.

Гидравлический расчет и высотное проектирование водоотводящей сети

После определения расходов на участках сети следующим этапом в проектировании является гидравлический расчет сети.

Он заключается в следующем:

1. назначение начальных глубин заложения трубопроводов;

2. подбор и определение уклона, диаметра, наполнения и скорости на расчетном участке, выполняемые с учетом всех необходимых требований;

3. определение отметок дна трубопровода, поверхности воды, шелыги трубы и глубины заложения во всех расчетных точках и местах соединения трубопровода.

Требования к высотному проектированию водоотводящих сетей:

· Глубина заложения в любой точке сети должна быть больше или равна минимально возможной глубине заложения;

· Глубина заложения не должна быть больше максимально возможной глубины;

· Скорость на участке должна быть не менее незаиливающей скорости и одновременно не менее скорости на предыдущем участке;

· Скорость не должна быть больше максимально возможной для данного вида труб;

· Для труб диаметром 150 и 200 мм уклон трубопровода должен быть не меньше минимального.

Гидравлический расчет отдельных участков ведется по известным формулам, номограммам и таблицам.


Определение начальной глубины заложения трубопроводов

Начальная глубина заложения уличной водоотводящей сети значительно влияет на объем работ и стоимость ее строительства. Поэтому выбору минимальной начальной глубины заложения сети следует уделять большое внимание.

Наименьшую глубину заложения принимают, исходя из опыта эксплуатации ранее построенных сетей водоотведения в данном районе. При отсутствии этого опыта глубину можно рассчитывать по условию:

hmin = hпр – (0,3¸0,5) ≥ 0,7 + D,

где hпр - нормативная глубина промерзания грунта, м (СНиП 2.01.02-82 “Строительная климатология и геофизика”),
D – диаметр трубы, м.

Если средний уклон рельефа местности меньше среднего уклона дворовой или внутриквартальной сети, то начальная глубина заложения уличной сети может быть определена по следующей схеме на рисунке.

clip_image072

Формула для расчета начальной глубины H в этом случае будет выглядеть так:

H = h + i(L+l) + (Z1-Z2) + Δ ,

где h - минимальная глубина в наиболее удаленном или невыгодно расположенном колодце во дворе,
L - длина дворовой или внутриквартальной водоотводящей ветки до красной линии застройки,
l - расстояние от красной линии до линии уличной сети,
i - минимальный уклон дворовой сети, принимаемый для труб d = 150 мм – 0,008, для труб d = 200 мм – 0,007,
Z1 и Z2 - отметки поверхности земли соответственно у колодца уличной сети и у удаленного колодца,
Δ - перепад между дном труб дворовой линии и дном уличной сети.

Максимальная глубина заложения определяется, исходя из характеристики грунтов, экономических и технических условий строительства. Обычно в слабых грунтах с высоким уровнем грунтовых вод заглубление бытовой сети допускают до 5,5 – 6 м, а в суглинках и глинах – 7,5 – 8 м и более.

Пример задачи по определению отметок и глубины заложения трубопровода в конце расчетного участка

Дано: Z1 и Z2 – отметки поверхности земли в начале и конце участка,
h1 - заложение трубопровода в начале участка,
i0 - уклон трубопровода,
D - диаметр трубопровода,
h - глубина воды,
L - длина трубопровода.

Найти: Отметки лотка трубопровода (Z1’ и Z2’), отметки поверхности воды (Z1’’ и Z2’’), отметки шелыги, т.е. верхней части трубы - (Z1’’’ и Z2’’’) и заложение в конце трубопровода h2.

clip_image073

Расчет:

Z1’ = Z1 - h1

Z2’ = Z1’ - i0 L

h2 = Z2 - Z2

Z1’’ = Z1’ + h

Z2’’ = Z2’ + h

Z1’’’ = Z1’ + D

Z2’’’ = Z2’ + D

 


Сопряжение трубопроводов

Сопряжение трубопроводов двух смежных участков водоотводящей сети производится тремя способами:

1. По уровню воды. Это сопряжение делают в тех случаях, когда глубина воды во второй трубе больше, чем в первой, т.е. h1 < h2.

Отметки уровня воды в обоих трубах равны: Z1 = Z2.

Отметка лотка трубы:

ZК2 = ZК1 - Δh,

где Δh = h2h1.

clip_image074

2. По дну трубопровода. Это сопряжение применяют тогда, когда глубина воды в первом трубопроводе больше, чем во втором, т.е. при h1 > h2.

Отметки лотка обоих труб равны: ZК2 = ZК1.

Отметка воды:

Z2 = Z1 – (h1h2) = Z1 + Δh.clip_image075

3. По шелыгам труб. Это сопряжение рекомендуется СНиП 2.04.03-85 при сопряжении труб разных диаметров. Глубина воды на первом участке меньше, чем на втором, и диаметр первой трубы тоже меньше, чем второй, т.е. h1 < h2 и D1 < D2.

Отметки шелыг обоих труб равны: ZШ2 = ZШ1.

Отметки поверхности воды: Z2 = Z1 + (h2h1) + (D1D2).

Отметки лотка: ZК2 = ZК1 + (D1D2).

clip_image076

Назначение уклонов трубопровода

Уклон водоотводящей сети задается таким образом, чтобы скорости протока обеспечивали самоочищение трубопроводов.

Имеются три возможных случая соотношения величин уклонов трубопровода и поверхности земли:

1. Когда уклон поверхности земли больше минимального уклона, т.е. iз > imin. Под минимальным уклоном в данном случае понимают уклон, при котором обеспечиваются незаиливающие скорости. В этом случае начальная глубина заложения будет не меньше конечной: hначhкон. Если величина hкон получается при iтр = imin меньше минимальной глубины заложения, то iтр назначают из условия hнач = hкон (равенства глубин заложения в начале и конце трубопровода).

Часто встречаются такие случаи, когда даже при равенстве заложений в начале и конце участка, скорость протока из-за большого уклона выходит за пределы допустимой. Тогда участок следует clip_image077разбить на два или более коротких участка и запроектировать перепадный колодец (ПК на рис).

2. Когда уклон поверхности земли меньше минимального уклона, т.е. iз < imin. В этом случае глубина заложения в начале участка будет меньше глубины заложения в конце: hнач < hкон. Поэтому, как clip_image078правило, трубопровод укладывают с минимальными уклонами.

3. Когда уклон поверхности земли равен минимальному уклону. В этом случае уклон трубопровода также принимается равным минимальному. Глубины clip_image079заложения в начале и конце равные: hнач = hкон.


Некоторые правила конструирования водоотводящей сети

Трубопроводы следует проектировать между смотровыми колодцами прямолинейными. В местах изменения диаметра, направления, присоединения труб, а также на прямых участках через определенные СНиП 2.04.03-85 расстояния устраиваются смотровые колодцы.

Угол в присоединениях между присоединяемой и отводящей трубами не должен быть менее 90° во избежание образования подпоров и местных сопротивлений.

Необходимо подсчитывать потери напора в местных сопротивлениях и не допускать подпора и подтопления сети.

Расчетная скорость в боковом присоединении не должна быть больше, чем в основном коллекторе. Уровни воды в боковых присоединениях должны быть не выше, чем в основной трубе.

С увеличением уклона трубопровода допускается уменьшение диаметра при трубах 250 мм и более.

Назначение дождевой водоотводящей сети

При благоприятных топографических условиях дождевые воды и воды от таяния снегов стекают по поверхности земли в ближайшие водоемы. При отсутствии таких условий поверхностные стоки застаиваются, образуя заболоченные зоны, что недопустимо на территории населенных пунктов и промышленных предприятий. Для предотвращения подтопления подвальных помещений и затопления территорий строят специальные сооружения для отвода поверхностного стока с крыш и проездов в ближайшие водоемы.

Итак, назначение дождевой водоотводящей сети состоит в организации своевременного и достаточно быстрого отвода выпавших на территории населенного пункта или промышленного предприятия осадков, талых вод и вод от поливки улиц, а также предотвращения затопления улиц и заболачивания низких мест.

Выпуск дождевых и прочих поверхностных вод разрешен в открытые водоемы и овраги, за исключением участков строгого режима зоны санитарной охраны источников водоснабжения, мест купания и малых непроточных прудов. В некоторых случаях перед сбросом поверхностного стока требуется предварительная очистка, например, при выпуске в водные потоки с малыми скоростями течения (до 0,5 м/с).

Наружные и внутренние водостоки

Вся дождевая водоотводящая система состоит из внутренней и наружной сети. С крыш домов дождевая вода может подаваться вниз с помощью внутренних водостоков или наружных водосточных труб.

Затем вода поступает в наружную водоотводящую сеть, которая бывает открытого, закрытого и смешанного типов.

Открытая сеть состоит из лотков и каналов, по которым дождевые воды удаляются за пределы населенных пунктов и промышленных предприятий. Открытые водостоки сооружают при малой плотности застройки, малом населении и малом количестве осадков.

Сеть закрытого типа устраивают в современных clip_image080благоустроенных городах. В этом случае дождевые стоки, поступающие в лотки уличных проездов, затем попадают в специальные водоприемные колодцы (дождеприемники) и направляются по сети подземных трубопроводов к месту выпуска в водоем (см. рис.).

Смешанная сеть состоит из труб, прокладываемых под землей и уличных лотков. Такую сеть устраивают в целях сокращения капиталовложений на строительство.

При отсутствии вблизи объектов канализования водоемов и оврагов, куда возможен выпуск дождевых вод, устраивают испарительные площадки, на которые и подаются эти воды.

Как правило, отвод дождевых стоков производится самотеком. Исключения очень редки, например, когда имеются особо неблагоприятные условия рельефа местности.


Размещение дождевых коллекторов и дождеприемников в пределах квартала

Уличные дождевые коллекторы в зависимости от рельефа местности трассируют по объемлющей схеме или по пониженной грани квартала. Первый способ прокладки принимают при уклоне местности i ≤ 0,01, а при большем – второй способ.

Дождеприемники могут располагаться как внутри кварталов, так и на уличных проездах, причем в последнем случае дождеприемники могут находиться и по длине всего проезда, или только на перекрестках.

clip_image081

Длина присоединения от дождеприемников к коллекторам должна быть не более 40 м, диаметр – не менее 200 мм, а уклон – 0,02. Дождеприемники обязательно устанавливаются на перекрестках улиц, не доходя до “зебры”.

Основные закономерности выпадения дождей

На Европейской территории России (ЕТР) доля жидких осадков составляет 61 % годового объема осадков. Любой дождь характеризуется двумя величинами: количеством выпавшей воды и продолжительностью выпадения. Количество выпавшей воды измеряется высотой слоя или объемом, деленным на единицу площади. Продолжительность выпадения дождей выражается в единицах времени – часах, минутах и секундах.

Кроме перечисленных, важной характеристикой дождя является производная величина – интенсивность, как отношение количества выпавших осадков к продолжительности выпадения. Различают мгновенную и среднюю интенсивность. В инженерных расчетах используют единицу измерения интенсивности q (л/с на 1 га) и i (мм/мин). Соотношение между ними:

q = 166,7i.

Следующая важная характеристика – повторяемость (или период повторяемости) p представляет собой средний промежуток времени между дождями, с интенсивностью, не меньшей заданного значения. Повторяемость измеряется в годах. Чем больше повторяемость, тем меньше вероятность S превышения интенсивности этого дождя:

S = 1/p.

Любая характеристика дождя связана со значением обеспеченности pb. Например, если pb = 20 %, то превышение характеристики произойдет 20 раз в 100 лет. Обеспеченность связана с повторяемостью законом распределения Пуассона:

clip_image082.

По морфологическим признакам различают морось (i ≤ 0,01 мм/мин), обложные мелкокапельные (0,01…0,2 мм/мин), обложные крупнокапельные (0,3…0,5 мм/мин) и ливневые дожди (i ≥ 0,5 мм/мин).

Поля осадков состоят из отдельных пятен, имеющих вид кругов или эллипсов с размерами от сотен метров до нескольких десятков километров. Эти пятна называются очагами. Размеры очага на ЕТР – не более 20 км2. Одноочаговые дожди имеют один максимум интенсивности, а многоочаговые – несколько.

Для учета изменения интенсивности на территории выпадения дождя используется коэффициент неравномерности выпадения осадков η .

По продолжительности выпадения дождей вся территория России разделена на 4 климатические зоны. На северной и центральной части ЕТР средняя продолжительность выпадения осадков теплого периода составляет 500…700 часов.


Способы измерения параметров дождя

Для измерения количества атмосферных осадков за различные промежутки времени используются приборы, которые называются дождемеры или осадкомеры. Дождемеры бывают простые и самопишущие. Стандартные простые осадкомеры состоят из приемной воронки с калиброванным входным отверстием и водосборника, где хранится собранная вода. Простой дождемер устанавливается на столбе высотой 2 м. Такие приборы позволяют измерять количество осадков 1 раз clip_image083в сутки.

clip_image084Непрерывное во времени измерение количества осадков производят с помощью самопишущих приборов, которые называются плювиографы. Этот прибор состоит из трех узлов: система для сбора осадков, механизм для измерения и регистратор сумм осадков во времени. Механизмы для измерения количества осадков бывают различной конструкции, самый простой из них – поплавковый, который состоит из камеры с поплавком. При поступлении воды поплавок поднимается и передвигает перо. Вода из камеры периодически сливается до нулевого уровня. В результате на регистрирующей ленте (плювиограмме) появляется типичная кривая (см. рис.), которая состоит из нескольких участков:
(0-1) - дождя нет,
(1-2) и (5-6) – участки с малой интенсивностью дождя,
(2-3) и (4-5) – участки с большой интенсивностью дождя,
(3-4) – сброс воды из камеры.

Недостаток таких плювиографов – большая ошибка измерения при расшифровке регистрирующих лент.

Полностью автоматическое и дистанционное измерение обеспечивает простой по конструкции прибор – челночный плювиограф (см. рис.). 

clip_image085

Для непосредственного измерения интенсивности осадков существуют интенсиметры. Например, интенсиметр Жорди использует принцип поплавкового клапана.

Кроме интенсивности, на практике измеряется еще один параметр – водность атмосферных осадков (количество воды в атмосфере) с помощью приборов, устанавливаемых в самолете (самолетный измеритель водности).

Первичная обработка записей о выпадении дождя

Широко известен способ расшифровки данных о выпадении дождей по записям плювиографов, разработанный в Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова (АКХ). Для получения зависимости интенсивности дождя от других параметров необходимы данные плювиографов за период не менее 25 лет. На практике поступают следующим образом:

Задаваясь периодом времени (5, 10, 15, 20 , … мин), для каждого из них по плювиограммам отыскивают участок, на котором средняя интенсивность дождя этой продолжительности будет clip_image086максимальной.

Затем полученные интенсивности группируются в убывающем порядке по каждому периоду времени. И наконец, в каждой группе выделяют интенсивности, которые превышались за все время наблюдения 1 раз, 2 раза, 3 раза, … и т.д. Полученные таким образом ряды и образуют зависимости q = f(t). Если по полученным парам значений (q, t) построить точки в логарифмических координатах, то они образуют прямые (см. рис.), которые выражаются следующей зависимостью:

lgq = lgA - n∙lgt
или
q = A/tn.

Параметры A и n к аппроксимирующему уравнению наиболее точно определяются по опытным данным методом наименьших квадратов. Если на такой график нанести линии, соответствующие наибольшей интенсивности дождей, выпавших в этой местности, например, за 20 лет, то эти линии будут параллельны друг другу и их количество будет больше 20-ти. Самая верхняя линия на графике будет соответствовать дождю с повторяемостью p = 20.


Формулы расчетной интенсивности дождя

Для расчета дождевой сети необходимо найти расчетный расход сточных вод. С этой целью необходимо установить зависимость между расчетной интенсивностью и расчетной продолжительностью дождя.

Для получения формул расчетной интенсивности применяют различную методику, которая зависит от наличия исходных данных. Возможны два случая:

Имеются данные только о среднегодовом слое выпавших осадков, или же данные наблюдений менее 25 лет, что недостаточно для вывода расчетной зависимости.

Имеется большой число наблюдений на метеорологических станциях за длительный период и с помощью расшифровки может быть получена расчетная формула.

В первом случае имеется несколько методов и расчетных зависимостей для получения численного значения параметров A и n. СНиП 2.04.03-85 рекомендована следующая формула для расчета A:

A = 20n∙q20(1 + lgp/lgmr)γ ,

где q20 – интенсивность дождя для данной местности, 20-минутной продолжительности с периодом однократного превышения 1 год, определяется по чертежу 1 СНиП,
n – показатель степени, определяется по табл. 4 СНиП,
mr – среднее количество дождей за год, принимается по табл. 4 СНиП,
γ - показатель степени, принимаемый по табл. 4 СНиП,
p – период однократного превышения расчетной интенсивности дождя, принимаемый по СНиП.

Во втором случае значения A и n определяются по методу, разработанному в АКХ

Поля осадков, коэффициент неравномерности выпадения осадков

Поле атмосферных осадков – участок подстилающей поверхности, увлажненный выпавшими за разные интервалы времени осадками. Поля осадков характеризуются изогиетами – линиями, соединяющими точки с одинаковыми суммами осадков. Чтобы иметь представление о распределении осадков по площади, вычерчивают изогиеты через интервалы 0,1…50 мм.

Сформировавшееся поле обложных дождей характеризуется большой площадью пятна и плавным уменьшением суммы осадков от центра к краям. Изолированные ливневые поля имеют форму, близкую к эллипсу, причем с увеличением площади увеличивается и отношение большой полуоси эллипса к малой. Кратковременные дожди в своих полях имеют отдельные пятна в виде линий или полос. Различают 6 видов систем полос: полосы теплого фронта и теплого сектора циклона, узкого и широкого холодных фронтов, полосы волнового возмущения и полосы за фронтами.

При расчетах расходов дождевого стока с достаточно больших площадей необходимо учитывать: 1. Не вся площадь водосбора покрыта выпадающими осадками, 2. Суммы осадков в различных точках площади неодинаковы. Эти обстоятельства учитывает коэффициент неравномерности выпадения дождя η:

clip_image087,

где F – площадь бассейна стока, га.

Этот коэффициент можно рассматривать как отношение средней интенсивности осадков по всей площади к максимальной интенсивности в одной точке этой площади. На небольших участках города и на однородной поверхности можно считать η = 1.


Коэффициент стока

Не вся вода, выпавшая на территорию водосбора в виде осадков, превращается в сток. Выделяют следующие виды потерь осадков:

1. Потери на перехват – происходят прежде всего на лесных массивах, составляют примерно 2…10 мм.

2. Испарение в период дождя – имеет небольшую интенсивность – до 0,3 мм/ч, однако продолжается и после прекращения выпадения осадков.

3. Поверхностное задержание – это потери воды на образование пленки и заполнение бессточных неровностей, составляет для песков – 5 мм, для глин - 2,5 мм, для мостовых – 1,6 мм.

4. Инфильтрация в грунт – просачивание осадков. За период выпадения ливня инфильтрация постепенно уменьшается по мере наполнения пор водой. Это процесс можно выразить зависимостью:

clip_image088,

где q0ин – начальная интенсивность инфильтрации,
qуин – установившаяся интенсивность инфильтрации,
t – время,
k – коэффициент снижения инфильтрации.

Для песчаных слоев инфильтрация к концу первого часа составляет 13…25 мм/ч.

Осадки, достигающие дождеприемников, называются общим слоем стока.

Отношение объема поверхностного стока на водосборе в течение одного ливня к общему объему осадков, выпавших за время этого ливня, называется коэффициентом поверхностного стока Ψ. Для оценки годовых средних объемов стока используют коэффициент годового стока Ψг:

Ψг = Wг/Wг.ос,

где Wг – годовой объем стока,
Wг.ос – годовой объем осадков.

Годовой объем стока:

clip_image089,

где F – площадь стока,
s0 – количество дождей за теплый период,
hр – высота суточного слоя дождевого стока, ее можно определить по формуле Г.А. Алексеева:

clip_image090,

где Hр – высота суточного слоя осадков,
H0 – высота слоя начальных потерь.

Годовой объем осадков:

Wг.ос = 10HгF,

где Hг – годовой слой осадков.

Для конкретных расчетов расходов дождевых вод в водоотводящей сети используют еще один вид коэффициента стока – Ψ0, который учитывает поверхностное задержание и инфильтрацию, а также учитывает гидродинамику поступления воды к расчетному сечению. Коэффициент стока в этом случае представляет собой отношение максимальной интенсивности стока определенной повторяемости к средней интенсивности осадков той же повторяемости в предположении соблюдения водного баланса на водосборе, т.е. долю интенсивности осадка, за счет которой достигается максимум стока.

Еще до Великой Отечественной войны Н.И.Беловым была предложена простая формула для определения коэффициента стока, которая и рекомендована СНиП 2.04.03-85:

Ψ0 = zq0,2t0,1,

где z - эмпирический коэффициент, зависящий от вида поверхности стока – коэффициент покрова,
q – интенсивность дождя,
t – продолжительность выпадения дождя.

Г.А. Алексеев предложил другую формулу для коэффициента стока:

clip_image091.

Значения коэффициента покрова z рекомендуется принимать по табл. 9 и 10 СНиП 2.04.03-85. Например, значение z для водонепроницаемых поверхностей (кровля зданий, асфальтобетон дорог и т.д.) принимается в зависимости от параметра A в формуле q = A/tn. Для водопроницаемых поверхностей коэффициент покрова постоянен, например, для газонов он равен 0,0038, для гравийных дорожек – 0,09 и т.д.

При необходимости расчета коэффициента покрова для территории, имеющей различные виды поверхностей, следует принимать средневзвешенное значение zmid:

zmid = Σ(Fizi/Fобщ),

где Fi – площадь i-того вида покрытия,
Fобщ – общая площадь территории,
zi – коэффициент покрова i-того вида покрытия.

Величина коэффициента стока Ψ0 может приниматься постоянной (≈ 1), если водонепроницаемые поверхности крыш и асфальтовые покрытия составляют более 50 % всей площади.