Расчетная скорость течения сточных вод, ее определение

СОДЕРЖАНИЕ

1. Принцип трассировки сетей водоотведения

Трассировкой называют начертание водоотводящей сети на генеральном плане канализуемого объекта. Это один из самых ответственных этапов при составлении схемы, так как от принятых принципов трассировки зависит стоимость всей системы водоотведения.

Трассировка начинается с проектирования главного и отводящего (загородного) коллекторов, которые обычно трассируют по тальвегам, по набережным рек и ручьев. При этом необходимо учитывать возможность присоединения коллекторов бассейна водоотведения без излишнего заглубления главного коллектора. Следует избегать прокладки длинных коллекторов с малым расходом стоков.

Коллекторы бассейна водоотведения трассируют на следующем этапе. При плоском рельефе местности эти коллекторы трассируют по возможности по середине бассейна.

В пределах застройки все коллекторы трассируют по городским проездам в зеленых или технических зонах. При этом необходимо максимально использовать естественный уклон местности и учитывать наиболее благоприятные геологические и гидрологические условия прокладки.

При проектировании обычно разрабатывают несколько возможных вариантов схем трассировки коллекторов и выбирают наиболее выгодный по технико-экономическим показателям при равноценности санитарно-технических показателей.

Уличную сеть трассируют по проездам и внутри кварталов по наикратчайшему направлению от водоразделов к тальвегам с уклоном, по возможности равным уклону поверхности. В этом случае глубина заложения сети существенно уменьшается.

Трассировка – нанесение на план населенного пункта или железнодорожной станции линий планируемых трубопроводов. Трассировку следует проводить так, чтобы как можно большая часть стока удалялась самотеком, для этого линии сетей водоотведения прокладывают от повышенных мест в пониженные.

Перед трассировкой населенный пункт разбивают на бассейны канализования, под которыми понимают районы населенного пункта, обслуживаемые одной системой самотечных коллекторов без организации подкачки сточных вод. Границами бассейнов канализования являются водоразделы, тальвеги, берега рек и водоемов. Часто в небольших населенных пунктах и железнодорожных станциях система водоотведения включает в себя один бассейн канализования. Также до начала трассировки определяют площадку для размещения очистных сооружений и место сброса очищенной воды в водоток.

Трассировку начинают с определения линии главного коллектора, который располагают в пониженной части местности так, чтобы он мог собрать все сточные воды. Далее производится трассировка уличных коллекторов и уличных магистралей. Эти коллекторы стремятся прокла­дывать перпендикулярно горизонталям по направлению к главному коллектору. Трассировка уличных магистралей зависит от рельефа местности и может осуществляться тремя способами: по объемлющей схеме; пониженной грани квартала; внутриквартальной схеме. Пере­численные способы трассировки представлены на рис. 1.

Рис. 1. - Схемы трассировки уличных трубопроводов водоотведения:

а – полная объемлющая; б – с пониженной грани квартала; в – внутриквартальная;

1 – сети водоотведения; 2 – кварталы; 3 – горизонтали; 4 – здания

 Объемлющую схему применяют при плоском рельефе местности (уклон земли менее 0,007ё0,008). Трассирование по пониженной грани квартала рекомендуется использовать при выраженном уклоне земли (не менее 0,008ё0,01). Для внутриквартальной трассировки сетей водоотведения необходим подробный проект застройки квартала. Использование внутриквартальной трассировки позволяет достичь снижения капитальных и эксплуатационных затрат на сети водоотведения.

Следует также отметить, что сети водоотведения, как и другие коммуникации, следует трассировать вне проезжей части улиц в зеленых зонах на достаточном для производства работ расстоянии от расположенных рядом зданий и сооружений.

После трассировки необходимо определиться с конструктивными особенностями проектируемой сети. Основные правила конструирования сетей водоотведения сводятся к следующему.

1.  В местах изменения уклонов и диаметров труб, поворотов сети, соединения нескольких труб устраиваются смотровые колодцы. Между колодцами канализационные линии необходимо прокладывать строго прямолинейно.

2.  Повороты трассы делаются в смотровых колодцах в виде открытых лотков по плавным кривым. Чтобы не вызвать подпора в сети при диаметрах труб до 400 мм допускаются повороты до 90°, при диаметрах труб 450 мм не более – 60°.

3.  При диаметрах более 1000 мм допускается устраивать повороты вне смотровых колодцев по кривым с радиусом поворота, равным не менее пяти диаметрам, с устройством посередине поворота смотрового колодца.

4.  Присоединение боковых притоков в колодцах разрешается делать под углом не более 90° по отношению к основному потоку. В перепадных колодцах угол присоединения боковых притоков не ограничивается.

5.  Соединение труб в колодцах на границах участка необходимо выполнять по шелыгам, т. е. по верхним внутренним образующим трубопровода или для исключения подпора в лежащих выше участках сети по уровням воды (рис. 2.3).

6.  При резком увеличении уклона разрешается переход с большего диаметра на меньший, но не более двух типоразмеров по сортаменту.

Рис. 2. - Схемы соединения канализационных труб в колодцах: 

а – по шелыгам; б – по уровню воды

2. Пересечение трубопроводов водоотведения с автодорожными и железнодорожными магистралями

Во время производства работ по устройству инженерных коммуникаций часто приходится пересекать прокладываемыми трубопроводами различные естественные и искусственные препятствия.

К естественным препятствиям относятся выемки в виде оврагов, ущелий и т. п., а также различные водные преграды: реки, озера, пруды и т. д. Искусственные препятствия, встречающиеся на пути прокладки трубопроводов, - это чаще всего автомобильные и железные дороги с большой интенсивностью движения транспорта, но могут быть и другие препятствия.
В рассматриваемых случаях традиционные способы прокладки наружных сетей водоснабжения и канализации (отрывка траншей и укладка в них трубопроводов) становятся затруднительными, а порой невозможными.

При разработке проектов производства работ в местах пересечения трубопроводов с искусственными и естественными препятствиями необходимо учитывать указание СНиП 2.04.02-84 о том, что прокладка трубопроводов по железнодорожным мостам и путепроводам, пешеходным мостам над путями, в железнодорожных, автодорожных и пешеходных тоннелях, а также в водопропускных трубах не допускается.

При пересечении препятствий незначительной ширины выполняют, как правило, надземную прокладку трубопроводов: подвесные трубопроводы; висячие трубопроводы; трубопроводы на опорах; устройство специального моста для прокладки труб; устройство арочных переходов с использованием несущей способности самих труб.

Подвесные трубопроводы представляют собой вантовые конструкции. На обеих сторонах пересекаемой преграды устанавливаются специальные стойки (пилоны), которые крепятся к якорям (анкерам), выдерживающим большие усилия. С помощью стреловых кранов, оснащенных специальными траверсами, укладывают и закрепляют на пилонах несущие канаты. К канатам крепят узлы подвесок для крепления прокладываемого трубопровода. Производство работ

по подвеске трубопровода к несущим канатам ведется, как правило, с двух сторон. На канатах устанавливают полиспасты и две плети трубопровода без перекосов поднимают постепенно на проектную отметку. На трубопроводе закрепляют подвески несущих канатов, центрируют обе плети трубопровода и сваривают.

При устройстве висячих трубопроводов, последние проверяют на несущую способность в проектируемом пролете. Подготовительные работы те же, что и при устройстве подвесных трубопроводов: устанавливаются пилоны, прикрепленные к якорям оттяжками; между пилонами протягивается монтажный трос и устанавливаются лебедки для протяжки трубопровода. Трубопровод монтируют методом надвижки от одного пилона к другому. Особое внимание обращают на сварку крайних стыков в зоне изгиба трубопровода на опорах пилонов. Неправильная сварка может привести к разрыву трубопровода при снятии монтажного троса.

Переход в виде арочного моста проектируют при пересечении трубопроводами глубоких нешироких впадин исходя из несущей способности труб. С двух сторон сооружают железобетонные опоры, монтаж арочного перехода выполняют из укрупненных узлов (полуарок) с применением различных грузоподъемных механизмов. При устройстве арочных переходов над автомобильными или железнодорожными магистралями для монтажа арки применяют метод поворота конструкций с использованием шевра. Арочные переходы выполняют, как правило, из спаренных трубопроводов для создания большей жесткости и устойчивости. Два трубопровода соединяют отрезками из профильной стали, в отдельных случаях выполняют специальные подмости для контроля за стыками арочного перехода во время его эксплуатации.
Производство работ по устройству перехода через препятствия на опорах (балочный переход) выполняют в два этапа. Первым этапом является устройство опор, которые могут быть железобетонными, из каменной кладки, стальными, деревянными и др. На установленные опоры монтируется подготовленный трубопровод. Чаще всего монтаж осуществляется методом надвижки, но могут быть применены также методы монтажа с помощью стреловых плавучих кранов и других монтажных приспособлений.

Наиболее простой метод пересечения речных преград – прокладка теплопроводов по строительной конструкции железнодорожных или автодорожных мостов. Однако мосты через реки в районе прокладки теплопроводов нередко отсутствуют, а сооружение специальных мостов для теплопроводов при большой длине пролета стоит дорого. Возможными вариантами решения этой задачи является сооружение подвесных переходов или сооружение подводного дюкера. Современные усовершенствованные покрытия автодорожных магистралей стоят дорого, поэтому пересечение их вновь сооружаемыми теплопроводами производится обычно закрытым способом, методом щитовой проходки. Такое сооружение производится при помощи щита, представляющего собой цилиндрическую сварную оболочку, выполненную из сварного листа. Пересечение теплопроводами железнодорожных или автодорожных насыпей также производится без остановки движения методом прокола. При помощи мощных гидравлических домкратов в тело насыпи вдавливается стальная труба-гильза, которая насквозь проходит через насыпь. После очистки от грунта эта труба используется в качестве гильзы-оболочки, внутри которой прокладывается изолированный теплопровод. При пересечении насыпей электрифицированных железных дорог теплопровод необходимо электрически изолировать от стальной гильзы для защиты его электрокоррозии.

3. Приборы для измерения количества выпавших осадков

Атмосферные осадки – это всякая влага, выпавшая из атмосферы на земную поверхность. К ним относятся дождь, снег, град, роса, иней. Осадки могут выпадать как из облаков (дождь, снег, град), так и из воздуха (роса, иней).
Главным условием образования атмосферных осадков является охлаждение тёплого воздуха, приводящее к конденсации содержащегося в нём пара.
Количество выпавших осадков измеряется в миллиметрах. В среднем за год на земную поверхность выпадает около 1100 мм осадков.

Осадки измеряются или особым ведром с конусообразной защитой, или осадкомером В. Д. Третьякова. Ведро сечением в 200 см2 устанавливают на столбе высотой 2 м. Его огораживают воронкообразным футляром, сделанным из планок, для предохранения выдувания осадков (особенно снега) сильным ветром. Собранную воду сливают в мензурку и измеряют. Количество осадков измеряется толщиной слоя выпавшей воды в миллиметрах. Умеренный дождь дает 5-6 мм осадков, сильный - около 15-20 мм, а ливень-более 30 мм. Чтобы представить себе, насколько велико это количество выпадающей воды, следует знать, что 1 мм осадков на 1 га площади дает 900 ведер воды.

Рис. 3 - Осадкомер

Количество выпадающих осадков измеряется дождемером. Он состоит из приемного цилиндрического сосуда с площадью дна в 500 кв. см и защиты Нифера. Кроме того, к дождемеру прилагается еще один приемный сосуд с крышкой и мерный стакан. На станции дождемер устанавливается на столбе так, чтобы его верхний край был расположен на высоте 2 м от земли  При пользовании дождемером нужно считаться с фактом выдувания и вдувания осадков (особенно снега) из мерного ведра. Но при правильной установке дождемера можно в значительной мере уменьшить значение этого явления. На обычных метеорологических станциях дождемеры помещаются на достаточно обширных площадках, закрытых от чрезмерного действия ветра окружающими зданиями или деревьями, которые должны отстоять от дождемера по крайней мере на свою двойную высоту.

   Измерение количества выпавших осадков производится два раза в сутки - во время утреннего и вечернего наблюдений, а если днем прошел сильный ливень, то также и в дневной срок. При работе с дождемером, со столба снимают мерное ведро, покрывают его крышкой, а на его место ставят запасное. Носок ведра также должен быть закрыт колпачком. Ведро вносят в комнату и осторожно выливают через носок всю воду до последней капли в мерный стакан. Летом, если во время наблюдения нет дождя, эту процедуру можно производить непосредственно около дождемера. В случае твердых осадков, закрытое крышкой ведро приносят в теплую комнату и ждут, пока  осадки растают,  а  затем  выливают  их   в  мерный стакан.

При пользовании банками, измерение выпавших осадков обычно производится на месте. Банки должны быть с совершенно равной площадью сечения, пронумерованы, и результаты измерения записываются в журнал по каждой банке в отдельности. Так как эти данные имеют преимущественно относительное значение, не обязательно переводить их на единицу площади.

Для измерения количества атмосферных осадков за различные промежутки времени используются приборы, которые называются дождемеры или осадкомеры. Дождемеры бывают простые и самопишущие. Стандартные простые осадкомеры состоят из приемной воронки с калиброванным входным отверстием и водосборника, где хранится собранная вода. Простой дождемер устанавливается на столбе высотой 2 м. Такие приборы позволяют измерять количество осадков 1 раз в сутки.

Нет ничего проще, чем сделать собственный осадкомер. Берем обычную пластиковую бутылку правильной цилиндрической формы и отрезаем ее верхушку, немного отступив вниз от того места, где начинается сужение к горлышку. В результате имеем нижнюю часть - цилиндр и верхнюю - воронку. Делаем пару небольших разрезов на воронке (иначе не влезет), переворачиваем и вставляем ее в цилиндр. Прибор готов. 

Дождь будет попадать на воронку и стекать внутрь прибора - в цилиндр. Воронка нужна, чтобы вода не испарялась между сроками наблюдений. 
Как известно, количество выпавших осадков измеряется в миллиметрах высоты слоя воды, который образовался бы на поверхности при условии, если бы вода никуда не стекала и не испарялась.

Согласно математической формуле h = V / S , где h - высота, V - объем воды, S - площадь поперечного сечения осадкомера.

Площадь сечения находим по формуле S = pi*R^2 , где R - радиус (элементарно измеряется линейкой, не путать с диаметром). Чем больше радиус бутылки, тем точнее будут измерения.

Для измерения потребуется мензурка, которую тоже можно сделать самому, но лучше купить - будет точнее. Пусть диаметр бутылки - 10 см, тогда радиус - 5 см. Площадь сечения - 78,5 кв. см. или 0,00785 кв. м. Тогда, чтобы получить кол-во осадков в мм, нужно просто разделить измеренный объем воды в литрах на это число. Пусть после дождя мы намеряли 40 мл. воды. Тогда осадков выпало h = 0,040 / 0,00785 = 5,1 мм.

Все, осталось установить осадкомер на открытом месте.

4. Расчетная скорость течения сточных вод, ее определение

После трассировки сети и назначения начальной глубины заложения труб определяют расходы сточных вод на расчетных участках канализационной сети. Расчетным участком сети называют канализационную линию между двумя точками, в которой расчетный расход может быть условно принят постоянным.

Для определения расчетного расхода первоначально надо установить расходы, поступающие в расчетный участок сети:
а) попутный - от примыкающего жилого квартала;

б)    транзитный - от расположенных выше кварталов;

в)    боковой - от боковых ответвлений;

г)    сосредоточенный - от промышленных предприятий и других крупных водопотребителей.

Попутный расход q - переменный и возрастает от нуля до некоторого конечного значения, но для простоты подсчетов его принимают постоянным по всей длине участка. Попутный расход принимают равным произведению модуля стока </0 на площадь квартала ы, тяготеющую к рассматриваемому участку сети (q = qua). Боковой, транзитный и сосредоточенный расходы для данного участка не изменяются.

Тяготеющую к рассматриваемому участку площадь определяют в зависимости от принятой схемы трассировки сети. Если принята объемлющая схема трассировки сети, то площади, тяготеющие к рассматриваемым участкам, можно определить (как показано на рис. 4) путем деления площади кварталов биссектрисами углов, проведенными из вершин кварталов.

После трассирования сети, установления начальных глубин заложения сети и расчетных расходов приступают к гидравлическому расчету и проектированию канализационной сети. При гидравлическом расчете и проектировании сети определяют диаметры труб и назначают рациональные уклоны сети. Исходные данные для проектирования - значения расходов воды на расчетных участках и профиль местности.

В соответствии с профилем местности, составленным по трассе канализационного коллектора, и расчетными расходами воды на участках проектируемой линии, пользуясь для облегчения всех расчетов таблицами или номограммами, подбирают требуемые диаметры труб, определяют уклон, скорость потока и наполнение, а также заглубление канализационного трубопровода. При этом учитывают, что скорость потока и наполнение должны быть в пределах допустимых значений, а заглубление сети по возможности наименьшим. Для этого уклон канализационного трубопровода стараются назначать равным уклону местности. При более плоском или более крутом рельефе местности это сделать невозможно, так как получаемые скорости движения сточных вод в первом случае будут меньше, а во втором больше допустимых значении. Поэтому при плоском рельефе местности скорости назначают самоочищающие, а при крутом- допустимые максимальные; в соответствии с этими скоростями потока и получается уклон канализационных трубопроводов.

Для обеспечения нормальных условий работы канализационным сетям придают надлежащие уклоны, обеспечивающие течение жидкости с самоочищающими скоростями. Скорость течения является функцией уклона и гидравлического радиуса. С увеличением уклона или гидравлического радиуса скорость течения жидкости возрастает.

В действительности скорости течения в разных точках поперечного сечения потока несколько отличаются от средней скорости потока ( 3.6): в середине (ядре) потока они значительно больше, чем у стенок и дна. Наименьшая скорость наблюдается у дна. Поэтому, несмотря на достаточную скорость течения в центре потока, лотки коллекторов иногда заполнены осадком. Чем больше диаметр коллектора, тем больше нерастворимых примесей должно транспортироваться в придонном слое и тем больше должны быть донные скорости. Вести расчет канализационной сети на донные скорости не представляется возможным, так как их определение связано с большими трудностями, поэтому расчет канализационной сети ведут на расчетную скорость течения.

Расчетной скоростью называют скорость течения при максимальном расчетном расходе и расчетном наполнении и назначают ее в пределах между максимальными и минимальными скоростями течения.

Максимальной расчетной скоростью называют наибольшую допустимую скорость течения, не вызывающую снижение механической прочности материала труб при истирающем действии песка и твердых веществ, транспортируемых сточной жидкостью. Она допускается в металлических трубах не более 8 м/с, в неметаллических (керамических, бетонных железобетонных, асбестоцементных и др.)-4 м/с. Для дождевой сети соответственно 10 и 7 м/с.

Минимальной расчетной скоростью (критической или самоочищающей) называют наименьшую допустимую скорость течения, при которой обеспечивается самоочищение труб и коллекторов. Минимальную расчетную скорость течения сточных вод принимают в зависимости от крупности содержащихся в них примесей, от гидравлического радиуса или от степени наполнения.

Минимальную расчетную скорость движения осветленных или биологически очищенных сточных вод в лотках и трубах допускается принимать 0,4 м/с.

Первоочередной задачей при проектировании новых и реконструкции существующих канализаций является правильное определение расчетных расходов сточных вод.

Расчетным называют максимальный расход сточных вод, пропуск которого должны обеспечить канализационные сооружения на расчетный период.

Для расчета сооружений определяют средние и максимальные суточные, часовые и секундные расходы. Обычно суточный и часовой расходы Q определяют в кубических метрах, а секундный расход q - в литрах.

Расчетные расходы бытовых сточных вод от населения городов и рабочих поселков определяют для отдельных районов по принятым для них нормам водоотведеиия по следующим формулам:

где п- норма среднего водоотведеиия на одного жителя, л;

Np- расчетное население; 

Ксут-коэффициент суточной неравномерности водоотведеиия;

Kобщ-общий коэффициент неравномерности водоотведеиия

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

СНиП 2.04.01-85 Внутренний водопровод и канализация зданий М.: стройздат, 1986.

СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения. М.: Стройздат, 1986.

Абрамов Н.Н. Водоснабжение. М.: Стройздат, 2003. – 376 с.

Абрамов Н.Н. Расчет водопроводных сетей. М.: Стройздат, 2003. – 423 с.

Беренштейн И. В. Управление муниципальными коммунальными системами по договору с собственниками// ЖКХ. Журнал руководителя и главного бухгалтера. 2004. № 6.

Беренштейн И. В. Государственные и муниципальные предприятия водоснабжения и водоотведения в условиях перехода к рынку// Водоснабжение и санитарная техника. 2006. №10.

Водоснабжение и водоотведение высотных зданий // Сантехника. — 2004. — № 5, 6.

Дмитриев В.Д., Мишуков Б.Г. Эксплуатация систем водоснабжения, канализации и газоснабжения. М., 2007. – 600 с.

Душкин С.С., Краев И.О. Эксплуатация водоснабжения и водоотведения. Киев: ГСДО, 2003. -532 с.

Кульский Л.А., Булава М.Н., Гороновский И.Т. Проектирование и расчет очистных сооружений трубопроводов. Киев: Будiвельник, 1992. – 311 с.

Московитин А.С. Оборудование водопроводно-канализационных сооружений. М.: Стройздат, 2005. – 380 с.

Соков М.А. Водопроводные сети и сооружения. М.: Стройздат, 2003. – 226 с.