Реконструкция застройки

Более полную информацию о закономерностях выпадения дождей можно получить с помощью самопишущих дождемеров (плювиографов). Схема устройства такого прибора показана на рис.1. Осадки собираются в приемный сосуд, из которого через сливную трубку перетекают в измерительный цилиндр. В измерительном цилиндре располагается поплавок, связанный с узлом (пером), пишущим на градуированной бумажной ленте вращающегося барабана. Время одного оборота барабана составляет 24 ч.

По достижении предельного уровня вода из измерительного цилиндра с помощью сифона сбрасывается в сборный сосуд, расположенный внизу колонки дождемера, который периодически опорожняется.

Рис. 62 Схема устройства самопишущего дождемера: 1 - приемный сосуд; 2 - сливная труба; 3 -барабан с бумажной градуированной лентой;4 - поплавок с пишущим устройством; 5 - измерительный цилиндр; 6 - сифон; 7 - сборный сосуд

Бумажная лента плювиографа градуирована по горизонтальной оси в часах и минутах в пределах суток, по вертикальной оси - в миллиметрах слоя выпадающих осадков. В сухой период пишущий узел вычерчивает на ленте прямую линию. С началом дождя, т.е. с момента поступления осадков в приемный сосуд, на ленте в виде кривой регистрируется ход дождя. С его окончанием вычерчиваемая линия вновь становится горизонтальной. Полученная кривая полностью отражает динамику прошедшего дождя. Наличие участков кривой с различным углом наклона к горизонтальной оси свидетельствует об изменении интенсивности дождя в отдельные его периоды.

Для установления взаимосвязи интенсивности дождя с его продолжительностью производится расшифровка записей самопишущих дождемеров. На графике дождя (рис.2) последовательно выделяются участки продолжительностью 5, 10, 15, 20 мин и т.д., в которые интенсивность была наибольшей, т.е. выпало максимальное количество осадков (мм). Далее для этих случаев определяется сначала интенсивность по слою, а затем - по объему:

,

где индекс n выражает номер анализируемого варианта.

Рис.63 Запись хода дождя на ленте самопишущего дождемера

Полученная зависимость интенсивности дождя от его продолжительности имеет вид, представленный на рис. Чем короче рассматриваемый период дождя, тем выше его интенсивность; иначе говоря, интенсивность дождя обратно пропорциональна его продолжительности.

Рис.64 График расшифровки дождя

Указанная зависимость сохраняется и для отдельных дождей. Производя подобным образом расшифровку записей дождемеров по всем дождям, мы получаем необходимую информацию для проектирования систем дождевого водоотведения.

Поскольку дожди по интенсивности и продолжительности различны, канализационную сеть следовало бы рассчитывать на самый сильный дождь за период наблюдений. Но сильные дожди бывают редко, следовательно, трубы дождевой сети весьма значительных размеров работали бы с расчетной нагрузкой лишь один раз в несколько лет, что нельзя признать рациональным.

По указанной причине при проектировании дождевой канализационной сети максимально возможные расходы не учитывают, допуская переполнение труб во время сильных дождей. Период (годы), когда выпадает один дождь с интенсивностью, больше расчетной, называется периодом однократного превышения расчетной интенсивности дождя, а поскольку при таком дожде происходит переполнение сети, его также называют периодом однократного переполнения сети Р.

Выбор величины Р для конкретных условий является одним из основных факторов рационального проектирования систем дождевого водоотведения. Чем больше будет принята величина Р, тем большего диаметра потребуются канализационные трубы. Это увеличивает стоимость системы, но дает большую гарантию от затопления канализуемой территории. При малой величине Р увеличивается вероятность и частота ее затопления.

Для экономического обоснования величины Р требуется четкое представление о последствиях, которые могут быть вызваны переполнением сети, и связанном с этим ущербе. Поэтому для населенных мест и производственных объектов, где частое переполнение сети не вызывает серьезных последствий, период однократного переполнения Р при плоском рельефе местности назначается от 0,3 до 1,0 года. Для населенных мест с крутым рельефом территории и производственных объектов, где имеются подвальные помещения с ценным оборудованием, затопление которых может принести большие убытки, период однократного переполнения следует назначать большим, в 5-10 и более лет.

Для получения расчетных зависимостей анализируют данные по выпадению дождей за период не менее 25 лет и наносят их на графики в координатах lg q и lg t (рис..4). Обосновывают то или иное значение Р, определяют количество переполнений сети за период наблюдений (например, 25:5 = 5 раз) и отсчитывают число сильных дождей сверху. Линия, соединяющая вновь полученные точки, является характеристикой расчетного дождя.

Рис.65 Линии расчетных интенсивностей дождей

Если в распоряжении проектной организации нет записей самопишущих дождемеров, то величину А разрешается определять по формуле, полученной путем обработки записей дождей на всей территории РФ и стран СНГ:

где:

А - отрезок оси ординат, отсекаемый продолжением характеристики дождя (условно - интенсивность дождя, соответствующая его продолжительности t = 0);

q - интенсивность дождя продолжительностью 20 мин при величине Р, равной одному году, определяемая для каждого географического пункта по карте изолиний, л/с·га;

Р - период однократного переполнения сети (табл.1 и 2), исчисляемый в годах;

n, -климатологические параметры, принимаемые по справочной литературе;

m-среднее количество дождей за год.

Таблица 21 Периоды однократного превышения расчетной интенсивности дождя в населенных пунктах

Таблица 22 Периоды однократного превышения расчетной интенсивности дождя на территории промышленных предприятий

Не вся дождевая вода попадает в канализационную сеть. Часть ее фильтруется в грунт, задерживается в неровностях поверхности, испаряется. Это обстоятельство учитывается коэффициентом стока:

где:

Q - количество дождевой воды, поступившей в канализационную сеть в виде сточных вод в единицу времени с данной площади;

Q - количество дождевой воды, выпадающей в единицу времени на ту же площадь.

Коэффициент стока зависит от характера поверхности территории, интенсивности и продолжительности дождя. При разнородной характеристике поверхности площади стока он принимается средневзвешенным и определяется по формуле

где:

z - средний коэффициент поверхности бассейна стока ("коэффициент покрова"), определяемый как средневзвешенная величина в зависимости от частных значений z (табл.3 и 4);

q - интенсивность дождя, л/с·га; t - продолжительность дождя, мин.

При наличии водонепроницаемых поверхностей (кровли, асфальтовые и бетонные покрытия) площадью более 30% всей площади бассейна стока средний коэффициент стока допускается принимать не зависящим от интенсивности и продолжительности дождя. В этом случае он определяется как средневзвешенная величина в зависимости от постоянных его значений и соотношения различных площадей Fв бассейне стока.

Таблица 23 Значения постоянных коэффициентов стока и коэффициентов поверхности

Таблица 24 Значения коэффициента z для водонепроницаемых поверхностей

На больших территориях рекомендуется учитывать неравномерность выпадения дождя по площади коэффициентом К, который при площади 500-4000 га принимается в интервале 0,95-0,8; при площади до 500 га К=1.

Метод предельных интенсивностей

Величины А, n, и К для конкретного объекта являются постоянными. Площади бассейнов стока на каждом расчетном участке сети определяются по проектам планировки и благоустройства. Принципиальное значение имеет правильный выбор продолжительности расчетного дождя. Для конкретного сечения канализационной сети не все дожди будут расчетными, а только один из них в пределах периода однократного переполнения сети. Продолжительность такого дождя должна быть равна времени добегания дождевой воды от самой удаленной точки бассейна стока до расчетного сечения - тогда трубопровод будет работать при самотечном режиме полным сечением (наполнение равно 1), во всех других случаях наполнение не будет расчетным (рис.65). Эта продолжительность является критической для данного расчетного участка, т.е. t= t.

Рис. 66 Графики изменения расходов воды в коллекторе при дождях различной продолжительности и интенсивности (гидрограф дождей)

Интенсивность дождя, соответствующая его критической продолжительности, будет предельной для расчетного сечения, за которой последует переполнение сети. Метод определения расчетных расходов, основанный на указанном принципе, получил название метода предельных интенсивностей.

Рис.67 Схемы расположения дождевой сети в небольших городках: а - без внутриквартальных сетей; б - при наличии внутриквартальных дождевых сетей; 1 - уличные лотки; 2 - дождеприемники;3 - уличный трубопровод (коллектор);4 - колодцы;5 - основной коллектор;6 - внутриквартальная дождевая сеть

Критическая продолжительность дождя складывается из трех слагаемых

,

где:

t - время поверхностной концентрации (на рис. t), мин;

t - время протока воды по лоткам, мин;

t - время протекания воды по трубам, мин.

Время поверхностной концентрации, т.е. время добегания воды по поверхности территории от места выпадения до уличного лотка при отсутствии внутриквартальных дождевых сетей, принимается равной 5-10 мин, при наличии закрытых внутриквартальных сетей - 3-5 мин.

Особенности проектирования и устройства дождевой канализационной сети

Проектирование дождевой канализационной сети, как и бытовой, включает в себя трассировку, гидравлический расчет и конструирование ее элементов. Основная задача трассировки сети состоит в обеспечении сбора дождевых и талых вод со всей территории, намеченной для канализования, и отвода (транспортировки) их кратчайшим путем самотеком к местам выпуска или очистки. Территория объекта первоначально разбивается на бассейны канализования, в каждом из которых предусматривается основной коллектор, имеющий самостоятельный выпуск или соединяющийся с другими коллекторами. К основному коллектору присоединяются уличные (площадочные) коллекторы.

Выпуск дождевых вод в проточные водоемы с незагрязненных территорий можно производить в пределах населенных мест, за исключением зон санитарной охраны водозаборов и мест организованного отдыха населения (пляжей). Это положение не распространяется на маломощные водоемы с расходом воды до 1 м/с и скоростью течения меньше 0,05 м/с. Сброс дождевых вод в непроточные пруды, в замкнутые низины, подверженные заболачиванию, в размываемые овраги не разрешается. Необходимо избегать выпуска дождевых сточных вод в заболоченные поймы рек.

Основные коллекторы бассейнов канализования при полной раздельной системе трассируются обычно перпендикулярно горизонталям и береговой линии. Уличные или площадочные коллекторы в зависимости от уклона местности и проекта благоустройства могут прокладываться по объемлющей схеме (со всех сторон квартала или площадки) при уклоне до 0,008 или по пониженной грани кварталов, площадок при уклоне более 0,008. При невозможности сброса дождевых вод в водоем по кратчайшему перпендикулярному направлению предусматривается устройство перехватывающего коллектора вдоль пониженной грани территории объекта, т.е. применяется пересеченная схема. По пересеченной же схеме осуществляется трассировка сети при полураздельной системе водоотведения, в которой перехватывающим служит общесплавной коллектор, принимающий также сточные воды из бытовой канализационной сети (см. рис.1).

Дождеприемные колодцы (дождеприемники) могут располагаться двояко: только в лотках проезжей части улиц или в лотках проезжей части и внутри кварталов. В последнем случае предусматривается и внутриквартальная дождевая сеть. Расстояния между дождеприемниками на проезжей части принимаются в зависимости от уклона и ширины улиц таким образом, чтобы ширина потока в лотке перед решеткой была не более 2 м. Для улиц шириной до 30 м в отсутствии поверхностного поступления дождевых вод с кварталов (при наличии квартальной сети) они равны: при уклонах до 0,004 - 50 м, от 0,004 до 0,006- 60 м, от 0,006 до 0,01 - 70 м и от 0,01 до 0,03 - 80 м. При больших уклонах расстояния определяются расчетом.

Во всех случаях дождеприемники предусматриваются в пониженных замкнутых местах и у перекрестков улиц вне границ пешеходных переходов.

Внутри кварталов дождеприемники располагаются с учетом пропускной способности их решеток и размера обслуживаемой территории. Длина соединительной трубы диаметром не менее 200 мм при уклоне 0,02 от дождеприемника до смотрового колодца на коллекторе должна быть не более 40 м. К дождеприемникам можно присоединять водосточные трубы зданий и дренажные трубопроводы.

Устройство дождеприемного колодца показано на рис.7. Эти колодцы могут быть круглыми диаметром не менее 0,7 м или прямоугольными размером 0,6X0,9 м. Приемные решетки изготовляются из чугуна трех типов: малая прямоугольная (типа ДМ) размером 470X690 мм площадью живого сечения 0,097 м; большая прямоугольная (типа ДБ) размером 570X915 мм площадью живого сечения 0,187 м; круглая (типа ДК) диаметром 775 мм площадью живого сечения 0,135 м. Их пропускная способность при глубине воды в лотке от 2 до 20 см находится в пределах от 6 до 167 л/с. Ширина прозоров решеток составляет 30-50 мм. В проезжей части они устанавливаются на 20-30 мм ниже поверхности лотка.

Глубина заложения основания дождеприемника должна быть не менее 0,8 м. В пучинистых грунтах основание следует располагать не выше границы промерзания грунтов в данном месте траектории.

Рис.68 Дождеприемный колодец из сборных железобетонных элементов: 1 - дождеприемная решетка;2 - бетонный борт (бордюрный камень); 3 - камера колодца; 4 - лоток набивной из бетона; 5 - песчаная подушка; 6 - основание колодца; 7 - заделка бетоном

Минимальную глубину заложения коллекторов назначают с учетом опыта эксплуатации дождевых сетей в данном районе. При отсутствии такого опыта она назначается как в бытовой канализационной сети. Места расположения и расстояния между смотровыми колодцами на коллекторах дождевой канализации также аналогичны бытовой сети. Начальная глубина заложения уличных коллекторов, прокладываемых под проезжей частью, должна приниматься не менее 1,5 м в связи с повышенной опасностью раздавливания при движении тяжелого транспорта. С учетом перспективного развития и возможности строительства внутриквартальной сети глубина заложения должна быть не менее 2 м. Перепады на сети высотой до 0,5 м и скорости потока не более 4 м/с предусматриваются в смотровых колодцах, а при больших высотах и скоростях - в водобойных (напорогасительных, перепадных) колодцах.

Наименьший диаметр труб внутриквартальной дождевой сети принимается равным 200 мм, уличной - 250 мм. Расчетное наполнение труб при расчетном дожде полное. Сопряжение труб на отдельных участках осуществляется по шелыгам. В остальном дождевая канализационная сеть работает так же, как бытовая, и для ее устройства применяются те же материалы и изделия (чаще всего бетонные и железобетонные трубы).

Открытый отвод дождевых вод (в неполной раздельной системе) осуществляется прямоугольными лотками и кюветами. Заложение откосов кюветов (отношение глубины к ширине по верху) чаще всего принимается 1: 1,5; ширина по дну составляет 0,2-0,4 м. Присоединение кюветов к закрытой сети нужно осуществлять через колодец с отстойной частью. В оголовке кювета (канавы) необходимо предусматривать решетки с прозорами не более 50 мм.

Особенности гидравлического расчета дождевой канализационной сети

Расчет дождевой канализационной сети производится двумя способами: по площадям стока и по дождеприемникам. В населенных пунктах чаще расчет осуществляют по площадям стока, на производственных предприятиях - по дождеприемникам. В военных городках ограниченных размеров можно применять оба способа. В первом случае в качестве площадей стока принимается площадь отдельных зон.

Рис.69 Схема дождевой канализационной сети при расчете по площадям

После трассировки сеть разбивается на расчетные участки, длина которых принимается равной длине стороны квартала в населенных пунктах или расстоянию между смотровыми колодцами, к которым присоединяются дождеприемники (на территории производственного объекта).

При расчете по прилегающим площадям трассировка уличной сети может быть осуществлена по объемлющей схеме и по пониженной границе квартала (зоны), как это показано. При объемлющей схеме площадь кварталов разбивается на отдельные площади стока в виде возможно более простых геометрических фигур. Обычно из углов кварталов проводят биссектрисы до пересечений, которые затем соединяют. В случае трассировки по пониженной грани площадь кварталов (зон) принимается равной площади стока.

Возможны сочетания обоих вариантов. На рис.8 в верхней части городка дождевая канализационная сеть протрассирована по пониженной границе кварталов, а в нижележащей части - по объемлющей схеме. Подсчет площадей стока производится по форме.

Таблица 25 Ведомость площадей стока

Расчетные расходы на участках определяются по формуле

Удельные расходы q (интенсивности) дождя для каждого расчетного участка различны, так как продолжительность расчетных дождей неодинакова.

Для облегчения вычислений целесообразно построить вспомогательный график зависимости q = f (t) при данном Р по формулам, приведенным выше. В этих выражениях величины А, , z, n, для конкретной площадки постоянные. Время поверхностной концентрации t также принимается равным, например, 10 или 5 мин, а время протока воды по лоткам t сравнительно невелико, его можно считать равным нулю. Если на одном объекте принимаются различные величины периода однократного переполнения сети, то на графике будет несколько кривых. График строят, задаваясь произвольным значением t, например, 5, 10, 15 мин и т.д. В процессе гидравлического расчета получают время t и по графику определяют соответствующее значение q.

Гидравлический расчет канализационной сети производится в табличной форме.

Рис. 70 График зависимости удельной интенсивности дождя от продолжительности при различных значениях Р

Гидравлический расчет дождевой канализационной сети осуществляется методом последовательного приближения. Первоначально на верхнем участке скоростью движения воды в трубах задаются (принимают ее минимально допустимой), а затем уточняют ее по расчетному расходу и пропускной способности труб с помощью расчетных таблиц. Эта операция обычно повторяется 2-3 раза, пока разница между расчетным расходом и пропускной способностью труб не будет превышать 5-10%. На последующих участках начальное значение скорости движения воды принимается равным расчетной скорости на предыдущем участке. Все элементы последовательного приближения приводятся в расчетной таблице.

При расчете дождевой сети по дождеприемникам разбивку территории на площади стока не производят. Первоначально размещают на площадке дождеприемники в местах, где могут концентрироваться дождевые и талые воды по проекту планировки территории. Главным образом это пониженные точки, а также места присоединения внутренних водостоков.

Таблица 26 Ведомость гидравлического расчета дождевой сети (пример)

Дождевая канализационная сеть в этом случае представляет собой систему подземных трубопроводов с колодцами, которая отводит сточные воды от дождеприемников за пределы территории на очистные сооружения или в водоем (рис.70).

Рис.71 Схема дождевой канализационной сети при расчете по дождеприемникам: а - дождеприемники;б - смотровые колодцы; в - очистная станция; г - выпуск дождевых вод без очистки; 1-6 - обозначение участков

Понятие коэффициента уменьшения расчетной интенсивности дождя можно применять и для расчета дождевой канализационной сети по площадям.

В отдельных случаях необходимо оценивать пропускную способность дождевой канализационной сети на пропуск талых вод и воды от мойки дорожных покрытий.

Режим стока талых вод зависит от климатических условий района расположения объекта. В климатической зоне с холодной зимой и устойчивым снежным покровом талые воды стекают в период весеннего снеготаяния за 8-10 сут. Таяние снега происходит в основном в дневное время, примерно в течение 10 ч.

Таблица 27 Слой талого стока

При мойке дорожных покрытий расходуется воды q=1,2 - 1,5 л/м. Коэффициент стока при механизированной мойке равен 0,6. Объем поливочно-моечного стока за год рассчитывается по формуле

,

где:

F - общая площадь бассейна стока, га;

а - площадь дорожных покрытий в составе (примерно 20%);

b -количество дней, в течение которых производится мойка покрытий (для средней полосы страны - около 150дней).

Особенности расчета канализационной сети полураздельной системы водоотведения и регулирование дождевого стока

При полураздельной системе водоотведения в пределах объекта устраивают бытовую и дождевую канализационные сети, которые обычно трассируются по пересеченной схеме и вблизи водоема завершаются общесплавным коллектором. В общесплавной коллектор поступают бытовые сточные воды (возможно в смеси с производственными), а через разделительные камеры - часть дождевой воды. Разделительные камеры (рис.11) проектируют таким образом, чтобы при малых расходах все дождевые воды (а также талые и моечные) поступали в общесплавные коллекторы. При больших расходах в общесплавные коллекторы поступают лишь первые порции дождевых вод, которые наиболее загрязнены поверхностными отложениями. Основная масса дождевой воды сбрасывается в водоем по ливнеотводам.

При полураздельной системе в водоем поступает только относительно чистая часть поверхностного стока. Смесь бытовых и производственных сточных вод с загрязненной частью поверхностного стока поступает на очистку. Этим обеспечиваются санитарные и экологические преимущества полураздельной системы по сравнению с другими системами водоотведения. Полураздельная система несколько дороже полной раздельной, но при необходимости очистки поверхностного стока она способна конкурировать с полной раздельной и даже может быть более экономичной.

Рис.72 Устройство разделительной камеры: 1 - дождевой коллектор; 2 - поток воды при сильном дожде; 3 - водосливная стенка; 4 - ливнеотвод; 5 - общесплавной коллектор; 6 - поток воды в начале дождя и при слабых дождях

Расчет дождевых сетей полураздельной системы до присоединения к общесплавным коллекторам не отличается от обычного расчета при полной раздельной системе. Общесплавные коллекторы полураздельной системы рассчитываются на суммарный расход бытовой сети и части дождевых вод, перехватываемых этими коллекторами.

Исследования загрязненности дождевого стока показали, что степень загрязнения зависит от интенсивности дождя и меняется по мере его выпадения. При сильных дождях сточные воды вначале имеют большую загрязненность, затем она падает до минимальных значений. Слабые дожди в течение всего времени выпадения обуславливают почти постоянную среднюю по величине загрязненность стока.

Предлагается считать, что предельный расход дождевых вод в общесплавной коллектор поступает от так называемого предельного дождя. Под предельным дождем понимается дождь наибольшей интенсивности, весь сток от которого необходимо очищать. Расход воды от предельного дождя определяется по формуле

,

где:

Q - расчетный расход воды в подводящем дождевом коллекторе, л/с;

k - коэффициент разделения.

При определении расчетного расхода дождевых вод, направляемых в общесплавной коллектор, период однократного превышения расчетной интенсивности дождя Р, по согласованию с контролирующими органами принимается равным 0,1-0,05 года, что обеспечивает отведение на очистку не менее 70% годового объема поверхностных сточных вод.

Коэффициент разделения при проектировании разделительных камер определяется в зависимости от параметров т, , Р, P и находится в пределах 0,02-0,43.

Перед очистными сооружениями, насосными станциями и непосредственно в сети при дальнем транспортировании воды производится регулирование дождевого стока путем сброса части дождевой воды во время сильных дождей в регулирующие резервуары и пруды. После окончания дождя скопившаяся вода постепенно транспортируется дальше или подается на очистку. При малых расходах дождевая вода в регулирующие емкости не поступает. Наиболее распространенные схемы регулирования представлены

Рис.73 Основные схемы регулирования дождевого стока: 1 - регулирующий резервуар (пруд); 2 - разделительная камера; 3 - самотечный опорожнительный трубопровод; 4 - насосная станция

Полезный объем регулирующей емкости определяется по формуле

,

где:

Q - расчетный расход дождевых вод, поступающих к разделительной камере перед регулирующей емкостью, м/с;

t - расчетная продолжительность дождя (время добегания), с;

К - коэффициент, зависящий от коэффициента регулирования, а = Q/ Q;

Q - расход, не направляемый в регулирующую емкость, м/с.

Коэффициент K при а = 0,030,8 и n = 0,50,75 находится в пределах 1,510,04.

Размещено на Allbest.ru