Полураздельная система водоотведения

Введение

 

Проектирование и расчет дождевой канализации является частью курсового проекта «Водоотводящие сети» и включает следующие разделы: выбор бассейнов канализования и трассировки сети, определение расчетных параметров дождевой сети, расчет общесплавного коллектора (для полураздельной сети), расчет разделительной камеры, проектирование поперечного профиля, сооружений на дождевой сети.

В пояснительную записку включаются все приведенные выше разделы.

В графической части проекта на генплане города наносится дождевая сеть с указанием диаметров и длин расчетных участков, а также разделительные камеры.

 

Водоотведение дождевых сточных вод

 

Дождевая (ливневая) канализац ия — это система сооружений, предназначенная для отвода дождевых, талых и поверхностных вод, вод от мытья улиц и дренажных систем.

Дождевая сеть служит для сбора и отведения поверхностных вод. Эти воды могут отводиться отдельно или совместно с другими хозяйственно-бытовыми стоками. В соответствии с этим канализация может быть общесплавная, полураздельная или раздельная.

Общесплавная канализация - система, в которой все сточные воды, включая хозяйственно-бытовые, дождевые и талые, поступают в общую систему труб-коллекторов и отводятся на очистные сооружения, а затем сбрасываются в водоем.

Большим недостатком общесплавной системы является ее стоимость.

Полураздельная система канализациипредставляет собой общую сеть труб-коллекторов, отводящих хозяйственно-бытовые и поверхностные воды, но на очистные сооружения направляются только первые загрязненные порции поверхностного стока. Последующие относительно чистые дождевые воды сбрасываются через разделительные камеры в ближайший водоем. Эта система увеличивает объем очистных сооружений канализации, но исключает загрязнение городских водоемов.

Раздельная система канализациипредусматривает отвод хозяйственно-бытовых сточных вод на очистные сооружения одной системой труб-коллекторов, а для отвода поверхностных (ливневых и талых вод) служит другая система, представляющая собой дождевую сеть. Эту систему широко применяют в городах России.

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 благоустроенных 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.

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

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

 

Трассировка дождевой сети

Трассирование сетей водоотведения – это выбор наиболее целесообразного расположения трубопроводов и изображение их осей на плане объекта водоотведения.

Основной принцип трассировки дождевых сетей – сбор поверхностных вод с территории населенного места или промышленного предприятия и подача их к месту очистки или выпуску в водный объект наикратчайшим путем и по возможности самотеком.

I этап – разделение объекта водоотведения на бассейны водоотведения. Бассейны водоотведения ограничены границами застройки, берегами, водоразделами и тальвегами. Желательно, чтобы площадь бассейнов находилась в пределах 75...100 га. В этом случае диаметры коллекторов обычно не превышают 800...1200 мм.

II этап – выбор площадки под очистную станцию и места выпуска очищенных стоков; Перед насосными станциями и очистными сооружениями в необходимых случаях предусматривают регулирующие резервуары для сглаживания пиков расходов. Небольшие речки и ручьи можно включать в систему поверхностного водоотведения.

III этап – трассирование сетей внутри каждого бассейна водоотведения.

Этот этап начинается с прокладки перехватывающих коллекторов, которые по возможности располагаются вдоль берегов или в тальвегах. Затем трассируют уличные коллекторы и магистрали таким образом, чтобы они по возможности соответствовали естественному уклону местности, т.е. пересекали горизонтали под прямым углом. При относительно плоском бассейне желательно главный коллектор трассировать посередине бассейна.

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 ≤ 0,005, а при большем – второй способ.

В зависимости от ширины проезжей части на улице предусматривают прокладку одного или двух коллекторов. Критерием является длина водосточной ветки от дождеприемного колодца до коллектора (не более 40 м). Целесообразно размещать дождевой коллектор на удалении 1,5...2,0 м от лотка проезжей части. Размещение коллектора в пределах улицы подчиняется общему размещению подземных коммуникаций в её поперечном профиле. Регламентируются расстояния в плане от трубопроводов дождевой сети до фундаментов зданий, кабелей и других типов подземных коммуникаций.

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 (рис.1).

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”.

1 – дождеприемники, 2 – колодцы, 3 – лотки, 4 – закрытые трубопроводы, 5 пешеходный переход.

Рисунок 1 – Схема размещения дождеприемников

Проектирование должно вестись вариантным методом. Выбор окончательного варианта проводится на основе технико-экономического сравнения вариантов. Основной задачей при проектировании является полное обслуживание всей территории города, всех улиц при наименьшей длине сети и наинизшей ее строительной стоимости.

 

3 Гидрологический и гидравлический расчет дождевой сети

 

Гидрологическим расчетом определяются расчетные расходы на расчетных участках и в расчетных сечениях коллекторов дождевой сети. Каждый коллектор разбивается на расчетные участки. Каждый участок рассчитывается на пропуск расхода, формирующегося на низовом конце этого участка (рис. 2). Границы участков определяются местами присоединения боковых коллекторов и лотков или изменением уклонов. Диаметр трубы коллектора определяется по расходу в низовом сечении.

Для определения площадей стока, тяготеющих к отдельным участкам сети, бассейн водоотведения разбивают на площади. В закрытую сеть на участке 1-2 вода попадает через дождеприемники, стекая по рельефу (в точке 2 восстанавливают перпендикуляр к горизонталям). Площадь I относится к участку 1-2, II относится к участку 2-3 и т.д.

Рисунок 2 – Схема разбивки коллектора на расчетные участки

 

Гидравлическим расчетом определяется скорость течения воды в трубах и, в конечном итоге, устанавливаются размеры (диаметр) коллектора дождевой сети.

Расчетный расход дождевых вод, л/с, находят по формуле

q_r – расход дождевых вод, определенный по методу предельных интенсивностей;

β – коэффициент, учитывающий заполнение сети в момент возникновения напорного режима (табл. 1).

 

Таблица 1 – Значение коэффициента β

Показатель степени n	≤0,4	0,5	0,6	≥0,7
Значение коэффициента β	0,8	0,75	0,7	0,65

Примечания:

1.При уклонах местности 0,01-0,03 указанные значения коэффициента β следует увеличивать на 10-15% и при уклонах местности свыше 0,03 принимать равными единице.

2.Если общее число участков на дождевом коллекторе или на притоке менее 10, то значение β при всех уклонах допускается уменьшать на 15% при числе участков менее 4.

Расчетная интенсивность дождя определяется из условия, что продолжительность дождя равна времени добегания воды от наиболее удаленной точки бассейна до рассматриваемого (расчетного) сечения коллектора. При этом рассматривается дождь определенной вероятности повторения.

Продолжительность дождя, равная времени добегания воды, названа критической продолжительностью, а интенсивность такого дождя называется предельной интенсивностью.

Расход дождевых вод q_r, л/с

z_mid – среднее значение коэффициента, характеризующего поверхность бассейна стока;

t_r – расчетная продолжительность дождя, мин;

F – площадь, га;

А – расчетный параметр, являющийся функцией вероятности выпадения дождя (повторяемости), климатических характеристик местности и интенсивности дождя двадцатиминутной продолжительности (при вероятности превышения один раз в год)

q₂₀ – интенсивность дождя продолжительностью 20 мин при вероятности выпадения один раз в год (для данной местности), л/с на 1 га [1, черт. 1 или табл. 2 данного пособия];

m_r – среднегодовое количество дождей [1, табл. 4 или табл. 2 данного пособия];

Р – период однократного превышения расчетной интенсивности дождя в годах (1, табл. 5 или табл. 5 данного пособия);

n – показатель степени [1, табл. 4 или табл. 2 данного пособия];

γ – показатель степени [1, табл. 4 или табл. 2 данного пособия].

Таблица 2 – Основные расчетные параметры дождей

Город	Показатель степени n при повторяемости Р, лет	Интенсивность дождя q20, л/с га, с периодом превышения Р=1 год	mr	γ	Глубина промерзания, м
≥ 3,5	3,5…1,4	1,4…0,7	< 0,7
1	2	3	4	5	6	7	8
Мурманск Архангельск Вологда Сыктывкар Ухта (Печеры) С Петербург Псков Новгород Смоленск Ярославль Москва Калуга Владимир Рязань Тамбов Воронеж Кострома Н Новгород Йошкар-Ола Чебоксары Киров Казань Самара Пенза Оренбург Саратов Астрахань Краснодар Ставрополь Уфа Златоуст Екатеринбург Курган Челябинск Магнитогорск Сургут Тюмень Омск Томск Новосибирск Барнаул Улан-Удэ Хабаровск Владивосток Волгоград Курск Тобольск Пермь Ульяновск	0,67 0,70 0,71 0,72 0,70 0,70 0,73 0,73 0,70 0,71 0,69 0,74 0,73 0,73 0,71 0,70 0,69 0,66 0,66 0,66 0,71 0,72 0,71 0,72 0,73 0,71 0,69 0,64 0,60 0,72 0,71 0,72 0,69 0,75 0,75 0,73 0,69 0,69 0,69 0,67 0,67 0,66 0,61 0,46 0,67 0,62 0,69 0,70 0,71	0,57 0,74 0,71 0,73 0,66 0,73 0,75 0,75 0,68 0,71 0,72 0,76 0,74 0,74 0,76 0,70 0,73 0,72 0,72 0,72 0,73 0,74 0,74 0,74 0,74 0,73 0,60 0,66 0,65 0,73 0,75 0,70 0,68 0,69 0,69 0,71 0,70 0,74 0,74 0,69 0,69 0,67 0,67 0,46 0,73 0,72 0,70 0,7 0,73	0,39 0,68 0,70 0,67 0,56 0,69 0,71 0,71 0,70 0,68 0,74 0,73 0,71 0,71 0,73 0,69 0,72 0,73 0,73 0,73 0,66 0,67 0,74 0,73 0,65 0,69 0,58 0,67 0,60 0,74 0,74 0,69 0,66 0,56 0,56 0,65 0,75 0,75 0,72 0,73 0,73 0,63 0,65 0,48 0,61 0,74 0,75 0,76 0,69	0,35 0,44 0,47 0,48 0,36 0,58 0,59 0,59 0,66 0,57 0,66 0,63 0,67 0,67 0,66 0,64 0,63 0,70 0,70 0,79 0,55 0,55 0,62 0,58 0,34 0,49 0,46 0,59 0,54 0,63 0,56 0,55 0,46 0,39 0,39 0,48 0,69 0,65 0,53 0,46 0,46 0,39 0,60 0,51 0,33 0,68 0,69 0,54 0,49	24,4 57,5 72,5 57,5 43,7 78,8 93,9 81,8 93,0 74,2 91,0 105,0 96,3 89,4 92,7 83,8 82,5 86,8 83,3 79,8 72,8 64,6 72,2 79,1 52,8 75,8 49,0 108,0 88,4 62,2 86,2 77,2 51,5 60,1 48,5 50,0 84,2 63,4 75,4 74,1 70,8 40,7 98,8 108,0 84,2 78,0 75,8		1,33 1,33 1,33 1,54 1,82 1,54 1,33 1,54 1,82 1,54 1,54 1,82 1,54 1,82 1,33 1,82 1,82 1,54 1,82 1,82 1,82 1,82 1,82 1,82 1,54 1,54 2,22 2,22 1,54 1,82 1,82 1,33 1,82 1,54 2,22 1,33 2,22 1,54 1,54 1,82 1,82 2,22 1,82 1,54 1,54 1,81 0,65	1,5 1,8   1,4 1,2 1,4 1,2   1.4     1.4 1,5 1,5   1,5 1.7 1,7 1,6 1,5 1,8 1,5     1,8   1,9 1,9   2,2   2,2     1,2 1,2 2,2 1,9 1,7

 

Продолжительность расчетного дождя t_r принимается равной продолжительности добегания воды от наиболее удаленной точки бассейна до расчетного сечения и складывается из времени добегания воды от наиболее удаленных точек квартала и микрорайона до лотка проезжей части улицы (t_con), времени протекания воды по лотку до ближайшего водоприемного колодца (t_can), времени протекания воды по трубам водосточной сети до рассматриваемого расчетного сечения (t_р). Таким образом, (рис. 3)

t_r = t_con + t_can + t_р.

 

А-А – расчетное сечение, В – наиболее удаленная тока квартала;

1 – дождевая уличная водоотводящая сеть, 2 – лоток,3 – дождеприемник

Рисунок 3 – Схема к определению продолжительности расчетного дождя

Время добегания воды от наиболее удаленной точки квартала или микрорайона до лотка проезжей части, называемое временем поверхностной концентрации – t_con, принимают равным 5…10 мин (без расчета). Меньшая продолжительность добегания принимается при наличии преимущественно водонепроницаемых поверхностей и явно выраженном уклоне местности. При наличии озелененной территории, грунтовых участков в естественном или спланированном состоянии время добегания принимается равным 10 мин и даже может быть увеличено до 20 мин (в зависимости от состояния поверхности стока – наличия неровностей, ям и т.п.).

Продолжительность протекания воды по лотку проезжей части улицы определяют из выражения, мин

,

l_can - длина участков лотков, м;

ν_can – расчетная скорость течения воды на участке, м/с.

Продолжительность протекания воды по трубам, мин, до расчетного сечения определяется как сумма продолжительности пробега по расчетным участкам до рассматриваемого сечения по формуле

,

l_р – длина расчетных участков коллектора, м;

ν_р – расчетная скорость течения воды на участке, м/с.

Выпадающие на территории города атмосферные осадки далеко не полностью стекают и поступают в водосточную сеть. Часть осадков впитывается в почву, часть остается в виде смачивающего слоя на водонепроницаемых поверхностях и испаряется в атмосферу. При определении расчетного расхода этот факт учитывается с помощью коэффициента стока. Коэффициент стока имеет переменную величину, которая зависит от продолжительности и интенсивности дождя, характера покрытия на поверхности территории, уклона стока (табл. 3). В случае преобладания водонепроницаемых поверхностей коэффициент стока принимают не зависящим от интенсивности и продолжительности дождя (табл.4).

Таблица 3 – Значение коэффициента стока

Поверхность	Коэффициент z
Кровля зданий и сооружений, асфальто­бетонные покрытия дорог	Принимается по табл. 4
Брусчатые мостовые и черные щебеночные покрытия дорог	0,224
Булыжные мостовые	0,145
Щебеночные покрытия, не обработанные вяжущими	0,125
Гравийные садово-парковые дорожки	0,09
Грунтовые поверхности (спланированные)	0,064
Газоны	0,038

Таблица 4 – Значение коэффициента стока для водонепроницаемых поверхностей

Параметр А	Коэффициент z для водонепроницаемых поверхностей
	0,32
	0,30
	0,29
	0,28
	0,27
	0,26
	0,25
	0,24
	0,23

 

Для каждого бассейна выводится средний коэффициент стока. Средний коэффициент стока определяют исходя из частных коэффициентов стока для разных поверхностей на рассматриваемой территории z_mid

,

z_i – частные коэффициенты стока для разных поверхностей;

f_i – доля площади соответствующих поверхностей.

При нормальных условиях работы коллектор дождевой сети должен полностью пропускать расчетные расходы. В зависимости от условий работы коллектора и с учетом последствий при выпадении дождей, превышающих расчетный уровень, устанавливается период однократного выпадения дождей с расчетной интенсивностью.

Период однократного выпадения (или вероятность выпадения расчетного дождя) с расчетной интенсивностью принимается в зависимости от назначения обслуживаемой водостоком территории, вертикальной планировки этой территории, площади бассейна (табл. 5).

 

Таблица 5 – Вероятность выпадения расчетного дождя

Условия расположения коллекторов	Период однократного превышения расчетной интенсивности дождя Р, годы, для населенных пунктов при значениях q 20
местного значения	на магистральных улицах	до 60	св. 60 до 80	св. 80 до 120	св. 120
Благоприятные и средние	Благоприятные	0,33—0,5	0,33—1	0,5—1	1—2
Неблагоприятные	Средние	0,5—1	1—1,5	1—2	2—3
Особо неблагоприятные	Неблагоприятные	2—3	2—3	3—5	5—10
—	Особо неблагоприятные	3—5	3—5	5—10	10—20

Примечания:

1. Благоприятные условия расположения коллекторов:

бассейн площадью не более 150га имеет плоский рельеф при среднем уклоне поверхности 0,005 и менее;

коллектор проходит по водоразделу или в верхней части склона на расстоянии от водораздела на более 400м.

2. Средние условия расположения коллекторов:

бассейн площадью свыше 150га имеет плоский рельеф с уклоном 0,005м и менее;

коллектор проходит в нижней части склона по тальвегу с уклоном склона 0,02м и менее, при этом площадь бассейна не превышает 150га.

3. Неблагоприятные условия расположения коллекторов:

коллектор проходит в нижней части склона, площадь бассейна превышает 150га;

коллектор проходит по тальвегу с крутыми склонами при среднем уклоне склонов свыше 0,02.

4. Особо неблагоприятные условия расположения коллекторов: коллектор отводит воду из замкнутого пониженного места (котловины).

 

Расчет сети на ЭВМ

 

Расчет дождевой сети производится с помощью программного комплекса КАСКАД.

Для подготовки дождевой сети к расчету на ЭВМ необходимо составить ведомость площадей и таблицу параметров дождевой сети.

Таблица 6 – Ведомость площадей

№ участка	Формула подсчета	Площадь, га

Таблица 7 – Расчетные параметры дождевой сети

Параметр n	Время поверхностной концентрации tcon, мин	Интенсивность дождя, q20, л/с۰га	Период однократного превышения расчетной интенсивности Р, лет	Показатель степени γ	Среднее количество дождей за год mr	Коэффициент β	Средний коэффициент стока zmid

 

Полураздельная система водоотведения

С учетом рекомендаций [1, п.3.2] в районах с интенсивностью дождя q₂₀ менее 90 л/с на 1га следует рассматривать возможность применения полураздельной системы водоотведения.

При устройстве полураздельной системы водоотведения укладываются две сети труб, сооружаются один или несколько главных (перехватывающих) общесплавных коллекторов. Одна сеть служит для сбора и транспортирования бытовых и производственных, другая - для отведения дождевых вод. В местах присоединения дождевой сети к главному коллектору устраиваются разделительные камеры, через которые при сильных дождях сбрасывается в водоем часть дождевых вод. При дождях малой интенсивности эти воды попадают в главный коллектор и далее вместе с бытовыми и производственными сточными водами направляются на очистные сооружения.

Главный коллектор рассчитывается на пропуск суммарного расхода производственно-бытовых сточных вод и расхода дождевых вод от так называемого "предельного дождя". Под предельным понимается дождь некоторой наибольшей интенсивности, при которой еще не происходит сброса дождевых вод в водоем (при периоде однократного превышения интенсивности предельного дождя Р_lim =0,05...1 года) [1, пп.220].