2. Водоотведение населенных мест (сети и станции очистки)

1. Гидравлический расчет самотечных водоотводящих сетей хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод: расходы сточных вод; минимальные уклоны и скорости движения стоков по трубам, диаметры труб, наполнение труб, разбивка территории на бассейны канализования; минимальная глубина заложения труб. План, профиль и деталировка сети.

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. Определение местоположения уличных коллекторов в плане называется трассировкой канализационной сети.

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.

При трассировке 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. Число насосных станций зависит от рельефа местности, гидрогеологических условий и других особенностей. Проектирующие сети ведут по очередям строительства.

Трассировка сети может осуществляться по трем схемам.

А ) Объемлющая схема трассировки применяется при небольшом уклоне поверхности земли или при плоском рельефе местности для больших кварталов и при отсутствии внутри них застройки. По объемлющей схеме, при которой сеть трассируют по проездам, опоясывающим квартал со всех сторон. Этот метод применяют при плоском рельефе местности (уклон земли – до 0,007) и больших размерах кварталов.

Б) Трассировка по пониженной грани при этом сеть прокладывают только по наиболее низким граням кварталов. Этот метод применяют при выраженном рельефе, с падением поверхности земли к одной или двум граням квартала (уклон более 0,008 – 0,01).

В ) Через квартальная схема трассировки применяется при застройке населенного пункта

объемлющая – при плоском рельефе, при отсутствии застройки внутри квартала.

прохождение тальвега через квартал =>

Плотность населения и расчетное население

Расчетное население - это число жителей, которое будет проживать в городе или населенном пункте к концу расчетного периода. Расчетное население определяется по плотности населения, т.е. числу жителей на 1 га водоотводящей сети. Плотность населения зависит от этажности зданий, нормы жилой площади и др. параметров. Расчетное население определяется по формуле:

Нормы водоотведения и режим поступления сточных вод

Удельным водоотведением (или нормой водоотведения) называется среднесуточное (за год) количество воды, расходуемое на 1 жителя, пользующегося системой водоотведения (л/сутч). 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. 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:

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

Для более точного определения истинного максимального расхода строят графики колебания расходов сточных вод для города совместно с предприятиями.

Расчетные расходы 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 м.куб., а секундные - в литрах.

1. Общие расходы определяются по формулам:

а. Средний суточный:

б. Максимальный суточный:

в. Максимальный часовой:

г. Максимальный секундный:

2. Расчетные расходы на промышленных предприятиях:

а. Средний суточный:

б. Максимальный часовой:

в. Максимальный секундный:

3. Бытовые стоки от предприятий:

а. Средний суточный:

б. Максимальный часовой:

в. Максимальный секундный:

4. Душевые стоки от предприятий:

а. Максимальный расход в смену:

б. Максимальный секундный:

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 q_поп - расход, поступающий в участок от жилой застройки, примыкающей к участку.

2. Боковой расход q_бок- расход сточных вод, поступающих в участок от боковых присоединений.

3. Транзитный расход q_тр - расход, поступающий в участок от выше расположенных участков.

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

Тогда суммарный расход q_расч на участке выразится следующей формулой:

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

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

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.

Определение начальной глубины заложения трубопроводов

Стоимость устройства канализационной сети и сроки строительства в значительной степени зависят от глубины укладки канализационных труб. Заглубление сети вызывается необходимостью предохранить ее от промерзания и механических повреждений, а также обеспечить возможность присоединения канализуемых объектов и других линий. Опасность замерзания воды в канализационной сети значительно меньше, чем в водопроводной (температура св 10-14 градусов). Наименьшую глубину заложения труб принимают по опыту эксплуатации канализаций в данном районе. Уменьшение глубины заложения труб против принятой в данном районе допускается при утеплении труб.

При отсутствии опыта эксплуатации для данных местных условий наименьшую глубину заложения лотка труб принимают: для труб диаметром до 500 мм—на 0,3 м, а для труб больших диаметров—на 0,5 м менее наибольшей глубины промерзания в данном районе, но не менее 0,7 м до верха трубы, считая от отметки планировки:

Начальную глубину заложения уличной сети определяют в зависимости от глубины заложения дворовой или внутриквартальной сети по формуле

Для предохранения сети от повреждений тяжелым автотранспортом минимальную глубину заложения уличной сети следует принимать не менее 1,5 м до верха трубы.

Наибольшая глубина заложения самотечных коллекторов при производстве работ открытым способом не должна превышать 10—15 м. При большей глубине коллекторы прокладывают способом щитовой проходки.

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:

Необходимость установления оптимальных наполнений обусловлена:

• созданием запаса в трубопроводах на случай максимального расхода,

• возможность возникновения подпора уровня воды на поворотах.

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.

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:

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:

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.

Проектирование высотной схемы:

Проектирование высотной схемы канализационных сетей заключается в составлении продольного профиля коллектора, в назначении начальных глубин заложения сети, уклонов и отметок в местах сопряжения труб в соединительных колодцах и камерах.

Профиль составляют одновременно с гидравлическим расчетом канализационной сети.

Вначале вычерчивают в установленных масштабах профиль поверхности земли по трассам проектируемых сетей. На профиль переносят с плана расчетные точки, определяют длину расчетных участков. Одновременно заготовляют бланк, в который заносят результаты вычислений.

Затем определяют начальное заглубление уличной сети и выявляют участки сети, диктующие наибольшую или наименьшую глубину заложения коллектора. Обычно на профиле к техническому проекту не дают разбивку всех колодцев, а указывают лишь расчетные точки, в которых изменяются расходы, уклоны и диаметры. Разбивку всех колодцев производят при разработке рабочих чертежей.

При проектировании высотной схемы прокладки сетей необходимо стремиться к тому, чтобы обязательно соблюдались самоочищающие скорости и не было больших заглублений сети.

Существует несколько примеров высотного проектирования.

1.Уклон поверхности земли больше минимального уклона проектируемого трубопровода.

Т.к. диаметр трубопровода перед началом расчета неизвестен, и мы не можем определить i_min, то задаемся вначале любым диаметром, а затем проверяем, пропустит ли трубопровод при i=i_пов расчетный расход при требуемом наполнении.

При малых расходах в начальных участках сети (менее 10-12 л/с) в трубопроводе с минимальным диаметром 200 мм минимальные скорость и наполнение не обеспечивается, поэтому участок считается безрасчетным; диаметр принимают 200 мм, а i=i_пов.

2. i_пов> i_min проектируемого трубопровода и начальное его заглубление > min. Этот случай может быть при изменении i_пов с меньшего на больший..

При изменении d и i – колодцы.

Расчет выполняют методом подбора, начиная с принятия диаметра трубопровода.

3. i_пов< i_min проектируемого трубопровода, а начальное его заглубление = или > min.

Используются 2 метода сопряжения труб по высоте в узлах смотровых колодцев - по шелыге, по уровню воды.

1. Шелыга в шелыгу при разных диаметрах.

2. По уровню воды при одинаковых диаметрах.

3. По уровню воды при разных диаметрах.

4. Шелыга в шелыгу при одинаковых диаметрах.

5. По уровню воды при разных диаметрах, когда большой уклон.

6. По уровню воды при разных диаметрах (не применять).

Высотное сопряжение труб одинакового диаметра, но разного наполнения во избежание подпора обязательно проектировать способом по уровню жидкости.

Из 2 методов соединения труб разного диаметра предпочтительнее способ по уровню воды, при котором заглубление коллектора получается наименьшим.

2. Порядок гидравлического расчета наружных дождевых сетей: расходы сточных вод; скорости движения стоков по трубам, уклоны, минимальные диаметры труб, наполнение труб, разбивка территории на бассейны канализования. Основные виды атмосферных вод, отличительные особенности функционирования и устройства дождевой сети, дождеприемники.

   Определение расчетных расходов на участках сети

Расчет дождевой сети водоотведения выполняем для самой протяженной ветви, затем для более коротких ветвей и отдельных участков.

Удельный расход на любом участке сети водоотведения, л/с, определяем по формуле:

    ,

где  β – коэффициент, учитывающий заполнение свободной емкости сети в момент возникновения напорного режима по табл. 11[СНиП 2.04.03-85* «Канализация. Наружные сети».], β=0,65;

z_mid – средневзвешенный коэффициент покрова, принимаемый по табл. 9-10 [СНиП 2.04.03-85*] ;n – метеорологический параметр.

A – многофакторный безразмерный параметр, зависящий от географического положения местности и метеорологических условий ,[ СНиП 2.04.03-85*];

Параметр А определяется по формуле:

где q₂₀– интенсивность дождя для территории, где проектируется дождевая сеть водоотведения, л/с*час, при Р=2 года, принимается по чертежу 1 [СНиП 2.04.03-85*], q₂₀ = 70;

n – показатель степени, назначаемый по табл. 4[СНиП 2.04.03-85*], n=0.59;

m_r – среднее количество дождей за год по табл. 4[СНиП 2.04.03-85*], m_r =150;

P – период однократного превышения расчетной интенсивности дождя, принимаемый по табл. 5[СНиП 2.04.03-85*],

γ–метеорологический параметр, принимаемый по 4[СНиП 2.04.03-85*],

Среднее значение коэффициента стока Z_mid определяется по формуле

где z₁,z₂,z₃…z_n – коэффициенты, характеризующие поверхность бассейна, принимаемые по табл. 9 и 10[СНиП 2.04.03-85*]; F₁,F₂,F₃…F_n – площади на территории, характеризующие поверхность бассейна стока в гектарах.

Коэффициенты, характеризующие поверхность бассейна

Поверхность	Коэффициент z (принимается зависимости от параметра А по табл 10 [8].
Кровля зданий и сооружений, асфальто-бетонных покрытий дорог	0.31
Булыжные мостовые	0,145
Грунтовые поверхности (спланированные)	0,064
Газоны	0,038
Асфальтовые покрытия	0,31

Z_mid = 0,12*0,31+ 0,2*0,145+0,13*0,31+0,25*0,064+0,3*0,038=0,134 .

Расчетная продолжительность протекания дождевых вод по поверхности и трубам определяется по формуле:

t_r=t_con+t_can+t_p  ,   где t_con – продолжительность протекания дождевых вод до уличного лотка (время поверхностной концентрации), мин, t_con=5 мин; t_can – продолжительность протекания дождевых вод по уличным лоткам, мин, принимаем t_can =0 (сеть без дождеприёмников); t_p – продолжительность протекания дождевых вод по трубам до расчетного сечения, мин.

Продолжительность протекания дождевых вод по трубам до расчетного сечения определяется по формуле:

        

 Где Lp – длина расчетных участков, м;

Vp – расчетная скорость течения на участке, м/с.

Тогда расход дождевых вод q’cal , л/с, с площади стока F при времени протока по трубам tp = 0 определяется по формуле:

,

Где F – расчетная площадь стока, га; 

Действительный расчетный расход дождевых вод в любом сечении коллектора вычисляется по формуле:

,

где ρ – коэффициент уменьшения интенсивности дождя.