Глава 8

ДОЖДЕВАЯ И ПОЛУРАЗДЕЛЬНАЯ СЕТИ

Выпадающие атмосферные осадки могут вызвать затопление территорий, что нарушит движение или может нанести матери­альный ущерб. Для сбора дождевой воды, а также сбора стоков от таяния снега устраивают дождевую (ливневую) сеть таким образом, чтобы сточные воды удалялись от места выпадания кратчайшим путем.

Отличие в составе и свойствах бытовой, производственной и дождевой сточных жидкостей обусловливает различные реше­ния по их водоотведению и очистке. Способы водоотведения (системы), схемы и технологические характеристики детально изложены в предыдущих главах.

8.1. Расчет дождевой водоотводящей сети

Для определения расчетного расхода сточных вод заданного периода однократного превышения расчетной интенсивности сто­ка принимают метод «предельных интенсивностей», согласно кото­рому расчетная продолжительность дождя равна продолжитель­ности протока от наиболее удаленной точки бассейна водосбора до расчетного сечения (рис. 8.1).

Расчет ведут в такой последовательности: устанавливают условный сток дождевых вод q; определяют предварительный расход сточных вод q₀ с 1 га территории бассейна стока при условии, что расчетная продолжительность дождя t_r = 5 мин; по 180 предварительному расходу qo и заданной скорость, находят рас­четный диаметр, уточняют скорость движения воды в трубах для принятого диаметра дождевой сети по сортаменту с учетом материала труб; по уточненной скорости находят расчетную про­должительность дождя t_r = t_zon + r2tr и коэффициент уменьше­ния интенсивности дождевого стока р; определяет фактический расход сточных вод, который пропустит труба данного диа­метра; находят отметки лотков труб с учетом принятого уклона. Условный расход дождевых стоков, л/(с · га),

где Zmid — среднее значение коэффициента, характеризующего поверхность бассейна стока; А, п — параметры, зависящие от географического положения района проетктирования и местных условий; t_r — расчетная продолжительность дождя, с. Параметр А определяют по формуле

где q₂₀ — интенсивность дождя, л/(с • га) (для Данной местности продолжительность дождя 20 мин при Р = 1 год (рис. 8.2); Р — период однократного повышения расчетное интенсивности дождя, год; т, — среднее количество дождей за год_; γ - показа­тель степени, зависящий от географического положения данного района проектирования.

Рис 8.1. Расчетная схема дождевой сети (полная Раздел система водоотведения) ,

Ниже приведены вычисленные значения (1 + lgP/lgm_r)^T для указанных Р:

• Коэффициент стока. При выпадении дождя часть дождево­го стока испаряется, часть просачивается в грунт или поглощает­ся растениями. Это учитывается коэффициентом стока. Его зна­чение зависит от многих факторов, в том числе от вида поверх­ностного покрова (водопроницаемость покрытия), интенсивности и продолжительности выпадения осадков.

Средние значения коэффициента стока Z_m<d определяют как средневзвешенную величину зависимости от коэффициентов Z, характеризующих поверхность (табл. 8.1).

Пример. Определить средние значения коэффициента стока Исходные вычисленные значения приведены в табл 8 3

Таблица 83 Средние значения коэффициента стока

Период однократного превышения расчетной интенсивности — это время, в течение которого выпадает один дождь интенсивностью, большей расчетной и вызвавшей переполнение сети. Период однократного превышения расчетной интенсивности Р подбирают в зависимости от назначения объекта водоотведения, расположения коллектора в уличном проезде, климатических условий (интенсивности дождя), коэффициента стока и других факторов (табл. 8.4).

Примечания: 1 Благоприятные условия расположения коллекторов: басе* площадью ие более 150 га имеет плоский рельеф при среднем уклоне 0,005 и менее; к лектор проходит по водоразделу или верхней части склона иа расстоянии от водор дела ие менее 400 м 2 Средние условия расположения коллекторов' бассейн площад более 150 га имеет плоский рельеф с уклоном 0,005 и менее; коллектор проходит в т ней части склона по тальвегу с уклоном 0,02 и менее; при этом площадь не превыш 150 га 3 Неблагоприятные условия расположения коллекторов: коллектор проходи нижней части склона, площадь бассейна превышает 150 га; коллектор проходит тальвегу с крутыми склонами при среднем уклоне склонов свыше 0,02. 4. Особо иебла приятные условия расположения коллекторов: коллектор отводит воду из замкнут пониженного места (котловины)

Периоды однократного превышения расчетной интенсивности дождя Р при проектировании дождевых водоотводящих сетей для особых сооружений (метро, вокзалов, подземных переходов 11 др.) промышленных объектов, а также для районов при значе­ниях q₂₀ менее 50 л/(с • га) следует принимать из соответствую­щих таблиц СНиПа.

Расчетный расход дождевых стоков, м³/с,

где ρ — коэффициент интенсивности дождевого стока; β — коэф­фициент, учитывающий заполнение свободной емкости сети в мо­мент возникновения напорного режима; F — площадь стока, га. Коэффициент интенсивности дождевого стока

Вычисленные значения р приведены в табл. 8 5

Коэффициент β определяют в зависимости от показателя сте­пени п:

• Гидравлический расчет дождевой сети. Продолжите протока дождевых вод по поверхности и трубам

где tcon — продолжительность протекания дождевых вод до улич­ного лотка или при наличии дождеприемников в пределах квар­тала до уличного коллектора (время поверхностной концентра­ции), с; tсап — то же, по уличным лоткам до дождеприемника, с:

здесь /сап — длина участка лотков, м; v_can — расчетная скорость течения на участке, м/с; t_р — продолжительность протекания дождевых вод по трубам до рассчитываемого сечения:

здесь / — длина участка уличной сети; v — предварительная ско­рость течения воды в трубах, м/с.

Все последующие исход­ные и вычисленные величины приведены в табл. 8.6.

Для облегчения вычисле­ния строят график зависи­мости qf от t, для разных значений t_p (рис. 8.3). После подсчета времени протока по участку t_p и суммарного от начального участка сети (в том числе и /соп) из графика находят q, л/(с-га).

Пример. График (рис 8 3) построен по формуле q = = 198,6/t^{0 75}. По вычисленным зна­чениям найдем t_r = tcon + Σtр = 5 + Σ1/v. Из графика получаем значение q, л/с. Например, для участка 1-2 I = 300 м, v = 0,8 м/с, t, = 5 -4--f- 300/0,8 • 60 = 11,25 мии Этому значению продолжительности протока соответ­ствует q = 32,5 л/с

Продольный профиль дождевого коллектора показан на рис. 8.4.

8.2. Расчет полураздельной сети

Расходы в сетях производственно-бытовых и дождевых сточных вод определяют аналогично приведенным в § 5.2.

Расход сточной жидкости в главном коллекторе полураздельной системы принимают равным сумме расхода производственно бытовых стоков и расхода дождевой воды от так называемог «предельного» дождя. Под «предельным» дождем понимаю дождь некоторой наибольшей (предельной) интенсивности, при которой еще не происходит сброс дождевых вод в водоем.

Определение расчетных расходов дождевых вод в главно коллекторе может осуществляться двумя способами:

-пересчетом дождевой сети на случай выпадения дожд предельной интенсивности, обычно принимаемой из условия q_20,lim= 10 л/(с • га). При выпадении дождя указанной интенсив ности основная масса загрязнений смывается с поверхности во досбора, а в дальнейшем сток поступает через разделительную камеру в бытовой коллектор и на очистку. Этот способ является наиболее точным, но трудоемким;

-с использованием коэффициента разделения.

Ниже приводится расчет расходов в главном коллекторе коэффициентом разделения.

Расход смеси производственно-бытовой и дождевой сточноь жидкости в главном коллекторе, л/с,

где q_cit — максимальный расчетный расход производственных и бытовых сточных вод с учетом коэффициента неравномерности; Σq_lim — максимальный подлежащий очистке расход дождевого стока, равный сумме предельных расходов дождевых вод, q_lim, по­даваемых в общесплавной коллектор от каждой разделительной камеры, расположенной до рассчитываемого участка, л/с.

Расход стока от предельного дождя qnm определяют при пери­оде однократного превышения интенсивности дождя Р_lim= 0,05...0,1 года. Указанные значения Рц_т допускается уточнять по ме­стным условиям.

Предельный расход дождевых стоков qlim, сбрасываемых в главный коллектор от разделительной камеры,

где Kdiv — коэффициент, показывающий долю расхода дождевой воды, направляемой на очистную станцию; q_r — расход дождевой воды, поступающей к разделительной камере, без учета коэффи­циента β

Значение коэффициента разделения принимают по табл. 8.7. при этом требуется определить K’div:

где коэффициенты m_r, Р, у принимают при расчете дождевой сети до разделительной камеры (по табл. 8.8, 8.9).

По полученному значению К'div из табл. 8.7 находят Кdiv.

Принятые в табл. 8.7 значения Кdiv справедливы для продол­жительности протока t_r, равной 20 мин, а также разности показателей степени в формуле (8.1) n-n1=0 при любой продолжительности потока. В тех случаях, когда расчетная продолжительность протока до разделительной камеры 20 мин, а разность показателя степени 0, к значению коэффециента разделения вводится поправочный коэффециент (табл. 8.10).

Коэффициент разделения потока можно определить другим способом:

где q20, п, т, и у принимают, как для расчета дождевой сети при полной раздельной системе водоотведения (из условий гео­графического положения объекта, его назначения и др.).

Найдем параметр А\\_т:

A_Um = q₂₀ 20n|im(l + lgP/lgmr)^v (8.19)

где n_lim — показатель степени, соответствующий данному значе­нию принятого периода однократного превышения расчетной ин­тенсивности Рит<1 года; Pi™ принимают 0,05—1 год. Тогда

где t, — продолжительность дождя перед разделительной каме­рой, мин.

Согласно СНиПу (п. 2 21), предельный расход дождевых вод qw_m, подаваемый в общесплавной коллектор полураздельной системы водоотведения, допускается определять путем расчета стока дождевой воды (§2 12) при значении β = I

Подсчет расходов дождевой воды до разделительной камеры приведен в табл. 8.11 Расчетная схема приведена на рис. 8.5 По результатам гидравлического расчета (см. табл. 8 13) построен продольный профиль (рис. 8.6).

Расход производственно-бытовых стоков рассчитывают по методике, изложенной в § 5.2. Гидравлический расчет проводят так же по общеизвестной методике. Ниже дан пример расчета глав­ного (перехватывающего) коллектора (табл. 8.13). В примере расход производственно-бытовых стоков принят условно (рис. 8.5)

8.3. Расчет разделительной камеры

Разделительную камеру рассчитывают на отведение расхода воды от предельного дождя в главный коллектор и на сброс всех превышающих эту величину стоков по ливнеотводу в водоем.

Принцип работы разделительной камеры основан на изменении дальности полета струи при неменяющихся расхо­дах. В начале дождя сток незначителен и вся вода по­ступает в лоток главного коллектора. По мере разви­тия дождя расход увеличи­вается, сечение трубы запол­няется полностью (возмож­на работа с подпором) и струя перелетает водослив­ную стенку и попадает в лоток ливнеотвода.

Расчет разделительной камеры при известных рас­ходах, диаметрах труб и глубинах заложения сводит­ся к определению основных размеров камеры

Возможны разные кон­структивные решения раз­делительных камер (рис. 8.7). На рис 8.8 дождевая вода попадает в прямоуголь­ный лоток, ширина которого принимается равной диамет­ру дождевой сети, примы­кающей к камере. В конце прямоугольного лотка перед перепадом устанавливается крити­ческая глубина, которая при расчетном расходе q_r, м,

а при расходе от предельного дождя qn_m, м,

Высота перепада,

,

где

Высота водосливной стенки , где di — диаметр ливнеотвода, м; А_вх — потеря напора при входе в трубу, м:

где ς — коэффициент гидравлического сопротивления при входе в трубу: ς = 0,5. При расчете возможно использовать h_ax = 0,025у²; v — скорость течения воды в ливнеотводе, м/с.

Диаметр ливнеотвода d2 принимают равным диаметру d1.

Ширина донного отверстия а, м,

а = 1,41h_К „(0,3 + hо/h_кп)⁰⁵ + q_lim/8,87b[(h₀ + 1,5h_{К n})sinβ,]⁰'⁵,

(8.26)

где β1 — угол наклона струи к горизонту при расходе qu_m:

Для удобства работы в разделительной камере высота рабо­чей части должна быть не менее 1,8 м. Над рабочей частью уст­раивают горловину D = 0,7 м, как в обычном колодце.

Глубина воды в ливнеотводе подбирается (см. Приложение 8) при известных q, di и i.

Для h_л≥h„6 сопряжение производят по уровню воды, тогда отметки дна ливнеотвода в месте примыкания к камере, м, ;

Для предупреждения затопляемости разделительной камеры отметка для ливнеотвода должна быть выше горизонта высоких вод в водоеме Z_rbb

где l_л — длина ливнеотвода, м.

Отметки шелыги главного коллектора после разделительной камеры, м,

Z_mn = Z — h₀ — у. (8.36)

Значение у можно принимать 0,1 м.

Пример. Расчетный расход ц,, расход от предельного дождя q_lim приня- ты по табл 8.13; диаметр трубы дождевого коллектора d1 = 600 мм Отметка дна трубы дождевого коллектора при входе в камеру Z = 28,87 м Ширина лотка в разделительной камере принята b = d1 = 0,6 м. ;

Критическую глубину при расчетном расходе находим по формуле (8.21):'

Диаметр ливнеотвода, как и последнего участка перед разделительной ка­мерой, d₂ = 600 мм. Тогда при расходе q = 310 л/с уклон трубы i = 0,0025, v = = 1,12 м/с, наполнение полное. Потеря напора при входе в трубу по форму­ле (8 25) равна h_BJl = 0,5 • 1,12²/2 • 9,81 = 0,032 м, высота водосливной стенки по формуле (8.24) равна h_с = 0,6 — 0,032 = 0,568 м, ширина донного отверстия по формуле (8 26) равна а= 1,41 • 0,0970,3 + 0,532/0,09 + 0,05/8,87 • 0,6 X ±[0,532 + 1,5-0,09)0,893]°⁵ = 0,33 м, где sin βi = [0,532/(0,532 + 1,5-0,09]⁰⁵ = = 0,893 м.

Длина лотка в нижнем бьефе после водосливной стенки по формулам (8 27), (8.28) равна

Принято в = 0,3 и δ = 0,1.

Общая длина разделительной камеры по формуле (8 29) равна

L = 1,2 + 0,33 + 0,1 + 0,98 = 2,5 м,

где s = 4hк д = 4 • 0,301 = 1,2 м. 200

Ширину камеры найдем по формуле (8 30).

Во = b’+ 2b₁ = 0,6 + 2 • 0,3 = 1,2 м,

где b₁ = 0,3 м

Отметка лотка в конце нижнего бьефа по формуле (8.31) равна

Zнб = 28,87 — 0,532 - 0,568 - 0,01 • 0,84 = 27,686 м.

Глубина воды в нижнем бьефе по формуле (8.32) равна

h„ ₆= 0,31/[0,6 • 4,43(0,532 + 0,568 + 1,5 • 0,301)1= 0,197 м.

Так как h_л = d₂ = 0,6 м, что больше h„ ₆, то сопряжение лотка и трубы про­изводят по поверхности воды Тогда отметка дна ливнеспуска

Z_л = 27,686 + 0,197 — 0,6 - 0,032 = 26,856 м.

При длине ливнеотвода, равной 60 м, и отметке горизонта высоких вод, равной 24,0 м, Z_л > 24 + 0,003 • 60 = 24,18 м, т. е. условие (8.33) выполнено.

Отметка шелыги после разделительной камеры по формуле (8.36) равна

Z_шкг = 28,87 — 0,532 — 0,1 = 28,238 м.

Расчет главного перехватывающего коллектора приведен в табл. 8.13.

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ

ИНЖЕНЕРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ НАРУЖНЫХ СЕТЕЙ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ