Uwagi techniczno-eksploatacyjne dotyczące sieci kanalizacji deszczowej

Zasada Manninga określa prawa przepływu i obowiązują one chyba do tej pory. Wytyczne techniczne [2] podają, że najmniejszy przekrój kanału deszczowego powinien wynosić d = 250 mm. Ten wymóg już na wstępie narzuca projektantowi zastosowanie średnicy d = 250 mm od wpustu ulicznego bez względu na powierzchnię zlewni, jaka mu jest przypisana.

Wpust ten ma średnicę podłączenia d = 200 mm i od razu za nim musimy podłączać przewód d = 250. W wielu przypadkach wpust ten praktycznie nie odbiera opadu, gdyż pokryty jest wszelkimi możliwymi zanieczyszczeniami, jakie wytwarzają natura i człowiek (liście, gałęzie, papier itp.).

Przeanalizujmy fragment profilu kanału zakończonego wpustem ulicznym i zbierającym opad z pewnej powierzchni. Początkowe zagłębienie winno wynosić ok. 1,5 m ppt. Dla uproszczenia założono, że odcinek ten wynosi l = 50 m i zakończony jest studnią rewizyjną. Przyjęto d = 200 mm i spadek i = 0,5%.

Poznaj Modele opadów do bezpiecznego projektowania kanalizacji »

Prześledźmy sytuację, gdy dla uproszczenia założono napełnienie jednego wpustu. Padający deszcz powoli wypełnia zlewnię i pierwsze strugi dopływają do wpustu, a potem do kanału. Zakładamy, że opad jest w stanie wypełnić objętość kanału. Kanał wypełnia się do poziomu określanego jako pełne napełnienie,  zyli w 100%.

To napełnienie odpowiada przepływowi podanemu w tabeli, w kolumnie 3 q = 10 l/sek. Dopływ z terenu się powiększa i kanał nie jest w stanie przejąć tej ilości, powoli podnosi się poziom w odcinku pionowym, dochodząc do poziomu terenu. Odcinek poziomy l = 50 m zaczyna pracować pod ciśnieniem, czego wykresem jest linia ciśnień. Wtedy to przepustowość określa parametr h.

Wzrost dopływu opadu powoduje wzrost napełnienia i zwiększa się przepustowość, wzrost jednego parametru powoduje wzrost drugiego parametru - określane to jest w technice jako dodatnie sprzężenie zwrotne. Gdy zmniejsza się ilość dopływającego deszczu, poziom w odcinku poziomym obniża się, następnie spada wypełnienie kanału. Sytuacja wraca do stanu początkowego, jaka była przed pojawieniem się deszczu.

Dowiedz się, jak dobrać materiały do budowy sieci kanalizacyjnej »

Postarajmy się, chociaż w przybliżeniu, określić obciążenie hydrauliczne wpustu. Rozpatrujemy odcinek jezdni o długości 1 km, szerokości b =10 m, zlewnia razem z chodnikami posiada szerokość b1 = 13 m. Wpusty zlokalizowano po obu stronach jezdni, w oddaleniu 100 m. Na długości 1 km mamy ich n = 20 szt. Odpływ opadu z tej zlewni wynosi:

q = 129 l/s × ha × 13 × 1000 × 0,0001 × 0,9 × 0,9

gdzie:
0,9 – współczynnik opóźnienia,
0,9 – współczynnik odpływu.

q = 136 l/s

Ilość wody opadowej na jeden wpust wyniesie:

Przyjęto 10 l/s na jeden wpust. Warunki pracy kanału dla przepływu jak wyżej. Otrzymujemy napełnienie 9 cm i szybkość v = 0,70 m/s. Jaka jest przepustowość dla warunków ciśnieniowych?

Obliczenia z dokładnością wystarczającą dla celów inżynierskich można przeprowadzić dwoma sposobami. Pierwszy to według linii ciśnień na rysunku. Drugi to obliczenia analityczne według wzorów z hydrauliki.

Obliczenia według linii ciśnień:

dla tego spadku przyjęto:

q = 56 l/s,
v = 1,8 m/s.

Obliczenia według wzorów:

Szybkość na wypływie w studni dla przewodu d oraz długości l, wysokości h określa wzór:

gdzie:
φ – współczynnik doświadczalny uwzględniający m.in. szorstkość ścianek rury, przyjmuje się 0,03,
a - współczynnik zapasu 0,85–0,90.

Do wzoru (1) podstawiamy dane dotyczące średnic: 150, 200, 250 i 300 mm. Otrzymujemy postać ogólną ww. wzoru:

Otrzymujemy następujące wyniki:

d = 150 - v = 1,13×h0,5
d = 200 - v = 1,29×h0,5
d = 250 - v = 1,42×h0,5
d = 300 - v = 1,53×h0,5

Analiza wzoru (1), szczególnie po powyższych przekształceniach, wykazuje, że wzrost średnicy przy l = constans pociąga za sobą obniżenie wartości ?, powodując wzrost K,  prowadząc w końcu do zwiększenia szybkości przepływu, a tym samym powiększenia wydatku interesującego nas odcinka przewodu. Obliczono przepustowość przewodów d 150, 200, 250. Przepustowość dla warunków grawitacyjnych przyjęto z tabeli.

Poznaj wymagania odtyczące doboru wpustów podłogowych »

W tabeli przedstawiono również uzyskane dane.

Wnioski

• Obliczenia wykazują możliwość zastosowania w miejsce średnicy d = 200 mm średnicy d = 150 mm w celu podłączenia wpustu ulicznego.
• Specyficzny układ sieci deszczowej pozwala na uwzględnienie pracy pod ciśnieniem.
• Warunki ciśnieniowe powodują wzrost szybkości, co pozwala na naturalne płukanie sieci i usuwanie piasku.
• Zastosowanie średnic wyższych niż wynika z obliczeń powoduje nieuzasadniony wzrost kosztów budowy.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (DzU nr 137, poz. 984).
2. Wytyczne techniczne projektowania miejskich sieci kanalizacyjnych. Załącznik do zarządzenia Ministra Gospodarki Komunalnej nr 20 z 30.06.1965 r.  (Dziennik Budownictwa nr 15, poz. 64).
3. Halina Lorenc, Andrzej Mazur, Współczesne problemy klimatu Warszawy, IMGW 2003.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!