5 Проектирование и гидравлический расчет дождевой сети

Гидравлический расчет дождевой водоотводящей сети производится в следующем порядке:

1) Производится трассировка сетей дождевой канализации. Сети дождевой канализации проектируются для улиц, имеющих дорожное покрытие. Принцип трассировки дождевых сетей аналогичен трассированию бытовой сети. Вначале наносятся на план главные перехватывающие коллекторы, которые собирают все атмосферные стоки с данного бассейна, затем коллекторы бассейнов водоотведения и, наконец, уличную сеть. Как правило, при трассировании дождевой сети используется перпендикулярная схема водоотведения, согласно которой коллекторы бассейна стока трассируют приблизительно перпендикулярно течению воды в водоёме. В этом случае главные коллекторы не проектируются, и дождевые стоки сбрасывают в водоём без очистки.

После выбора окончательного варианта трассировки все микрорайоны города нумеруются и обозначаются площади стоков. Границы площадей стока являются середины проездов между кварталами.

При плоском рельефе местности (уклон менее 0,006) площади стоков квартала ограничиваются биссектрисами, при крутом рельефе (уклон более 0,006) - перпендикулярами к горизонталям, при уклоне местности к лотку более 0,008 в площадь стока включается полоса парка шириной 50 ÷ 100 м.

2) Выбираются формулы для расчёта дождевых стоков.

3) Производится расстановка дождеприёмников и составляется расчётная схема дождевого коллектора.

4) Определяются расчётные расходы дождевых вод и производится гидравлический расчёт дождевой сети водоотведения.

5.1 Расчет площадей стоков

Определяются площади всех пронумерованных элементов кварталов и заполняется таблица 9

Таблица 9 - Расчетные площади стоков

Район города	Номер квартала	Шифр площади стока	Величина площади стока, га
1	2	3	4
I	1	1	4,2
	2	2а,2б	1,35;1,35
	3	3	2,88
	4	4	3,7
	5	5а,5б	2,01;2,01
	6	6	4,24
	7	7	1,9
	8	8а,8б	1,375;1,375
Итого ∑Fi = 26,39 га

5.2 Определение расчетных расходов дождевых вод на участках

Дождевую водоотводящую сеть разбивают на расчётные участки и каждому узлу (колодцу) сети присваивают номер.

Затем заполняют таблицу 10, в которой указываются площади стока, тяготеющие к участкам, а также их длины и геодезические отметки колодцев начала и конца участка, которые определяют по генплану города.

Таблица 10 – Распределение площадей по участкам

Номер участка	Примыкающие площади		Геодезические отметки, м		Длина, м
	шифр	значение, га	начало	конец
1	2	3	4	5	6
1-2	1	4,2	172,3	170,9	140
2-4	2б	1,35	170,9	169,8	140
3-4	2а	1,35	170,9	169,8	140
5-4	3	2,88	169,0	169,8	100
4-8	5а	2,01	169,8	168,4	120
6-7	4	3,7	170,9	169,3	140
7-8	5б	2,01	169,3	168,4	140
9-8	6	4,24	167,7	168,4	100
8-12	8а	1,375	168,4	167,2	90
10-11	7	1,9	169,7	168,3	210
11-12	8б	1,375	168,3	167,2	140

Согласно [5] расчётные расходы дождевых вод следует определять с помощью метода предельных интенсивностей по формуле:

(52)

где A, n - параметры;

- средневзвешенное значение коэффициента, характеризующего поверхность

бассейна стока;

F - расчётная площадь стока, га;

t _r - расчётная продолжительность дождя, равная продолжительности протекания

поверхностных вод по поверхности и трубам до расчётного участка, мин;

β - коэффициент, учитывающий заполнение свободной ёмкости сети в момент

возникновения напорного режима, определяется по таблице 11 [5].

Параметр А определяется по формуле:

, (53)

где q₂₀ - интенсивность дождя для данной местности и продолжительности 20 минут при Р = 1 год, принимается по чертежу 1 [5];

n - показатель степени, определяется по таблице 4 [5];

m_r - среднее количество дождей за год, принимается по таблице 4 [5];

Р - период однократного превышения расчётной интенсивности дождя, принимается по таблице 4 [5];

γ - показатель степени, принимается по таблице 4 [5].

Средневзвешенное значение коэффициента , характеризующего поверхность бассейна стока, определяется по формуле:

, (54)

где - коэффициент покрова i-той части бассейна стока (таблицы 9, 10 [5]);

F_i - площадь i-той части бассейна стока, га;

F_общ - общая площадь всего бассейна стока, га.

В курсовом проекте средневзвешенное значение коэффициента z_mid определяется по формуле:

(55)

где n_i - доля застройки данного типа, % .

Расчётная площадь стока для участка сети согласно п. 6.14 [5] принимается равной всей площади стока или её части, дающей максимальный расход. Если площадь стока превышает 500 га, то в формулу определения q _саl вводится поправочный коэффициент k, учитывающий неравномерность выпадения дождя по площади (таблица 8 [5]).

Расчётная продолжительность протекания дождевых вод по поверхности и трубам до расчётного участка t _r определяется по формуле:

(56)

где t_соn - продолжительность протекания дождевых вод до уличного лотка или до уличного коллектора (при наличии внутри квартала дождеприёмников). Согласно п. 2.16 [5], значение t_соn = 5 ÷ 10 мин при отсутствии внутриквартальных закрытых сетей, или t_соn = 3 ÷ 5 мин при их наличии;

t_саn - продолжительность протекания дождевых вод по уличным лоткам, определяется по формуле:

(57)

где l_can - длина участков лотка (принимается равной длине квартала), м;

υ_can - расчётная скорость течения по лоткам, м/с.

Принимаем t_саn = 1 мин.

При наличии внутриквартальных дождевых сетей принимается t_саn = 0, при отсутствии - t_саn = 0,5 ÷ 1,0 мин.

t _р - продолжительность протекания дождевых вод по трубам до рассчитываемого расчётного сечения, определяется по формуле:

(58)

где 1_р - длина расчётных участков коллектора, м;

υ_cаn - расчётная скорость течения на участке, м/с.

Для определения расчётного расхода рекомендуется построить график зависимости интенсивности стока (удельного стока) от продолжительности протекания воды по трубам, мин - q_c = f(t_p) согласно следующей формуле:

(59)

Рисунок 3 – График зависимости интенсивности стока от продолжительности протекания воды по трубам

5.3 Гидравлический расчёт дождевой сети водоотведения

Основные требования к гидравлическому расчёту и высотному проектированию дождевой сети.

1. Наименьший (минимальный) диаметр и уклон для внутриквартальной дождевой сети принимаются соответственно 200 мм и 0,007. Для уличной сети минимальный диаметр принимается 250 мм.

2. Расчётное наполнение в трубах дождевой сети принимается полным.

3. Скорости течения в трубах при данном расчётном расходе должно быть не меньше минимальных, которые приведены в таблице 8 методических указаний к курсовому проекту.

4. Максимально допустимая скорость течения для металлических труб - 7 м/с, для неметаллических - 10 м/с.

5. Трубопроводы соединяют (сопрягают) «по шелыгам»,

6. Диаметры труб от участков к участку должны возрастать, исключения допускаются при резком увеличении уклона местности.

7. Минимальную глубину заложения следует принимать как наибольшую из двух величин:

(60)

где d - диаметр трубы, м;

h_пp - нормативная глубина промерзания грунта для данного района;

а - параметр, принимаемый для труб до 500 мм - 0,3 м, для труб большего диаметра - 0,5 м.

Тогда,

8. Максимальную глубину заложения рекомендуется принимать равной: в скальных грунтах - 4 ÷ 5 м, мокрых плывунах - 5 ÷ 6 м, сухих нескальных - 7 ÷ 8 м.

9. Для труб диаметром более 500 мм рекомендуется учитывать местные сопротивления на поворотах, слияниях и перепадах.

10. Участки с расходами, меньшими 20 ÷ 25 л/с, рекомендуется принимать «нерасчётными», при этом диаметр и уклон трубы равен минимальному, а пропусканная способность и скорость не подбираются.

11. Для самотечных безнапорных сетей рекомендуется применять железобетонные трубы, бетонные, керамические и асбестоцементные трубы, а для напорных сетей - напорные железобетонные, асбестоцементные, чугунные и пластмассовые трубы.

Основной сложностью при проведении гидравлического расчёта дождевой сети является то, что веливина расчётного расхода связана с продолжительностью протекания стоков по сети, которая, в свою очередь, зависит от искомых уклона и диаметра труб. Поэтому расчёт необходимо проводить методом последовательных приближений.

Гидравлический расчёт дождевой сети ведут в табличной форме. Результаты расчёта вносят в таблицу 11.

Таблица 11 - Гидравлический расчёт дождевой сети

Номер участка	Площадь стока F, га			Длина участка l, м	Скорость предв. νпр, м/с	Продолжительность протока, сек			Удельный сток qc, л/c	Расход qcоl, л/с	Диаметр d, мм	Уклон i	Скорость факт. νф, м/с	Пропускная способность qф, л/с	Δh=i∙l, м	Отметки земли, м						Глубина заложения, м
	путев.	накоплен.	общая			участка tr	пред.	общее								земли		шелыги		лотка
																н	к	н	к	н	к	н	к
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
1-2	4,2		4,2	140	1	2,38		2,38	67,3	268,5	0,5	0,0117	2,32	455	1,638	172,3	170,9	171,1	169,5	170,6	169,0	1,7	1,9
2-4	1,35	4,2	5,55	140	1	2,38	2,38	4,76	56,5	297,9	0,5	0,00901	2,02	396	1,261	170,9	169,8	169,5	168,2	169,0	167,7	2,0	2,1
3-4	1,35		1,35	140	1	2,38		2,38	67,3	86,3	0,5	0,00901	2,02	396	1,261	170,9	169,8	169,7	168,4	169,2	167,9	1,7	1,9
5-4	2,88		2,88	100	1	1,7		1,7	71,9	196,7	0,5	0,00247	1,01	198	0,247	169,0	169,8	167,8	167,6	167,3	167,1	1,7	2,7
4-8	2,01	9,78	11,79	120	1	2,04	2,38	4,42	57,5	644,03	0,6	0,0125	2,69	760	1,5	169,8	168,4	167,6	166,1	167,0	165,5	2,8	2,9
6-7	3,7		3,7	140	1	2,38		2,38	67,3	236,6	0,5	0,0122	2,37	465	1,708	170,9	169,3	169,7	168,0	169,2	167,5	1,7	1,8
7-8	2,01	3,7	5,71	140	1	2,38	2,38	4,76	56,5	306,5	0,5	0,00723	1,79	352	1,012	169,3	168,4	168,0	167,0	167,5	166,5	1,8	1,9
9-8	4,24		4,24	100	1	1,7		1,7	71,9	289,6	0,6	0,00208	1,03	292	0,208	167,7	168,4	166,6	166,4	166,0	165,8	1,7	2,6
8-12	1,375	21,74	23,115	90	1	1,53	2,38	3,91	59,7	1310,97	0,9	0,0144	2,92	1860	1,3	168,4	167,2	166,1	164,8	165,2	163,9	3,2	3,3
10-11	1,9		1,9	210	1	3,57		3,57	60,8	109,7	0,5	0,00754	1,83	360	1,5834	169,7	168,3	168,5	166,9	168,0	166,4	1,7	1,9
11-12	1,375	1,9	3,275	140	1	2,38	3,57	5,95	51,9	161,5	0,5	0,00884	2,00	392	1,2376	168,3	167,2	166,9	165,7	166,4	165,2	1,9	2,0

Последовательность заполнения таблицы 11 следующая. - заполняют столбцы с исходными данными - 1, 2, 5, 17, 18 (значения берутся из таблицы 10, соответственно колонки 1,3,6,4,5);

- затем производят гидравлический расчёт последовательно каждого участка в следующем порядке:

1) Рассчитывается площадь стока (накопленная площадь из колонки 3) - как сумма всех накопленных площадей примыкающих сверху участков. Расечитывается общая площадь участка - как сумма колонок 2 и 3.

2) Задаются предварительной скоростью (0,8 -7- 1,2 м/с) - колонка 6 и рассчитывают продолжительность протока в трубах на участке 1р по формуле (57) - колонка 7. В колонке 8 записывают наибольшее время протока из всех предыдущих (примыкающих) участков. В колонке 9 записывают общее время протекания дождевых вод t_общ - сумма колонок 7 и 8.

3) По графику зависимости q_c = f(t_p), построенному по формуле (58) в зависимости от найденного значения t_р^общ находится удельный сток q_c (колонка 10), а затем рассчитывается расход на участке q_cal (колонка 11) по формуле:

(61)

где F - общая площадь стока (колонка 4), га;

k - поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность выпадения дождя по площади, определяется по таблице 8 [5].

4) Если участок верховой, то глубину заложения трубопровода в начале участка h₁ (колонка 23) принимают равной минимальной (рассчитанному по формуле (59)), причём ориентировочный диаметр d (колонка 12) принимается равным минимальному для принятого вида сети.

Если участок имеет примыкающие вышерасположенные участки, то начальную глубину заложения ориентировочно принимают равной наибольшей глубине заложения в конце этих участков. Поэтому необходимым условием для расчёта данного участка является рассчитанность всех участков, примыкаюших к нему сверху.

5) Рассчитывают ориентировочный минимальный уклон трубопровода:

(62)

где h₁ - глубина заложения трубопровода в начале участка, м;

z_l, z₂ - отметки поверхности земли в начале и конце участка, м;

1 - длина участка, м.

Если в результате расчёта получается отрицательное или близкое к нулю значение, то уклон можно принять равным минимальному, исходя из расчётного расхода на участке (таблица 8).

6) По [6] подбирается трубопровод с необходимым диаметром d, полным заполнением, скоростью течения υ_ф и уклоном i по известному расчётному расходу q_саl и

предварительной скорости потока υпр определяется пропускная способность (табличное значение расхода) q_ф. Для определения скорости и расхода при промежуточном значении уклона необходимо использовать интерполяцию.

Заполняются колонки 12, 13, 14, 15.

Подбор необходимо начинать с минимального диаметра, постепенно переходя к большим. Для выбора диаметра можно руководствоваться минимальными расходами, приведёнными в таблице 8. Уклон трубопровода должен быть не меньше ориентировочного минимального. Скорость должна быть, во-первых, не менее минимальной (таблица 8), во-вторых не меньше наибольшей скорости на примыкающих участках.

Если фактическая пропускная способность q_ф (или фактическая скорость υ_ф)

будут отличаться от расчётного расхода q_cal (или принятой предварительно скорости υ_пр) более чем на 10 ÷ 15 %, необходимо принять другую скорость потока на участке, пересчитать продолжительность протока t_р^общ, удельный сток q_c, и расход q_cal.

Если расход на участке менее 20 ÷ 25 л/с, то участок принимают «нерасчётным», диаметр и уклон трубы принимаются минимальными, а скорость и пропускная способность - не подбираются.

В колонке 16 записывают падение , м.

7) Из всех примыкающих к началу участков выбирается участок с наибольшей глубиной заложения, который и будем сопряженным. Затем рассчитывается глубина заложения и отметки в начале участка, при этом возможны следующие случаи:

а) Если участок не имеет сопряжения (верховой или после насосной станции), то рассчитывают отметку лотка в начале (колонка 21): ; отметку шелыги в начале (колонка 19) .

Если участок нерасчётный, то отметка воды принимается равной отметке лотка, а в колонках 19 и 20 ставятся прочерки.

б) Если участок сопряжён с другим, то отметка шелыги в начале участка равна отметке шелыги в конце сопряжённого участка, т.е. значение из колонки 20 переписывается к колонку 19. Затем вычисляется отметка лотка в начале участка: и записывается в колонку 21.

Глубина заложения в начале участка определяется по формуле (где z₁ - отметка поверхности земли в начале участка) и записывается в колонку 23.

8) Рассчитываются глубина заложения и отмутки в конце участка:

- отметка лотка:

- отметка шелыги: или

- глубина заложения: (где z₂- отметка поверхности земли в конце участка).

Если глубина заложения окажется в итоге больше максимальной глубины для заданного вида грунта, то. в начале текущего участка ставится районная или местная насосная станция, глубина в начале участка принимается равной минимальной, и расчёт повторяется, начиная с пункта 6 (скорости на примыкающих участках при этом не учитываются).

Заполняются. колонки 20, 22, 24.

Введение

Каждый город и промышленное предприятие имеют комплекс подземных самотечных трубопроводов, очистных и других сооружений, с помощью которых осуществляется отвод использованных и отработанных вод (сточных вод), очистка и обеззараживание их, а также обработка и обезвреживание образующихся при этом осадков с одновременной утилизацией ценных веществ. Такие комплексы называются системами водоотведения, или водоотведением.

Водоотводящая система состоит из следующих основных элементов:

1) Внутренних водоотводящих систем зданий и внутриквартальных водоотводящих систем.

2) Внешней водоотводящей сети.

3) Регулирующих резервуаров.

4) Насосных станций и напорных трубопроводов.

5) Очистных сооружений.

Выпусков очищенных сточных вод и аварийных выпусков в водоем.

Внешняя водоотводящая сеть представляет собой систему подземных трубопроводов, уложенных с уклоном в направлении движении воды. Она рассчитывается на самотечное движение с частичным заполнением труб при наибольших расходах. В целях уменьшения глубины заложения, трубопроводы должны трассироваться в направлении, совпадающем с уклоном земли. При составлении схемы водоотводящей сети, обслуживаемый объект разбивается на бассейны водоотведения.

Бассейн водоотведения – часть территории обслуживаемого объекта ограниченная линиями водоразделов или границами объекта.

Внешняя водоотводящая сеть может быть разделена на уличную сеть, коллекторы бассейнов водоотведения и главные коллекторы.

Уличная сеть – это трубопроводы, проложенные по части периметра квартала или по всему его периметру. К ней присоединяются внутриквартальные сети.

Главные коллекторы – трубопроводы, предназначенные для приема и отвода воды от части или всего обслуживаемого объекта. Главными коллекторами вода транспортируется через насосную станцию на очистные сооружения. Для осмотра трубопроводов на отводящей сети создаются смотровые колодцы.

Насосные станции (НС) подразделяются на местные, районные и главные. Местные НС служат для подъема и перекачки сточных вод от одного здания или группы их. Районные НС служат для подъема и перекачки сточных вод от части или целого бассейна водоотведения. Главные НС служат для подъема и перекачки сточных вод на очистные сооружения от части или всего обслуживаемого объекта.

Выпуски воды в водоем – специальные сооружения, конструкция которых обусловлена следующими требованиями:

1. обеспечение быстрого и интенсивного смешения сточных вод с водой водоема.

2. исключение разрушения самого выпуска потоками сбрасываемой сточной воды и воды водоема.

Трассы коллекторов и уличной сети выбираются с учетом рельефа местности. На трассировку сети существенное влияние оказывают место расположения промышленных предприятий, систем водоотведения, наличие грунтовых вод и грунтовые условия, характер застройки и планировки кварталов, насыщенность подземными коммуникациями и ширина улиц.

При трассировки сети определяются бассейны водоотведения и их коллекторы, затем они подключаются либо к районным станциям перекачки, либо в один или несколько коллекторов и через главный коллектор направляются к главной станции или к очистным сооружениям (в зависимости от рельефа местности или схемы водоотведения).

Уличная водоотводящая сеть проектируется по трем схемам:

1. Объемлющая.

2. С пониженной стороны квартала.

3. черезквартальная.

Объемлющая - принимается при равном плоском рельефе местности. Сеть трассируется по проездам и опоясывает квартал со всех сторон.

Трассировка с пониженной стороны квартала выполняется в местности с ярко выраженным уклоном в определенном направлении. В этом случае сеть трассируется с одной или двух сторон квартала.

Черезквартальная применяется при выраженном уклоне местности в сторону следующего квартала.

В данном курсовом проекте принимают полную раздельную систему, которая имеет 2 закрытых водоотводящих сети: одна сеть для отведения смеси бытовых и производственных стоков; вторая для отвода дождевых стоков.

Схема сети зависит от: рельефа местности, расположения водоема, гидрологические и геологических условий строительства. Принимаем пересеченную схему, в данной схеме главный коллектор прокладывается по пониженной части объекта, как правило, вдоль водного потока (параллельно), коллектор бассейна водоотведения трассируется перпендикулярно направлению воды в реке и перехватывается в главном коллекторе.