Тема 4. Проєктування зовнішніх мереж водопостачання і каналізації

4.1. Проєктування зовнішніх мереж водопостачання

При проєктуванні систем водопостачання потрібно знати кількість води, яку треба подати водопроводом, види і кількість водоспоживачів з урахуванням перспективного плану розвитку об’єкта, розрахункові норми споживання води кожним видом споживача та режим споживання води протягом доби. Розрахунки виконуються за [47, 48].

Норми господарсько-питного водоспоживання визначаються за [47, 48], а виробничого – за питомими витратами води на одиницю продукції, одну робочу операцію та за [47, 48], поливального – за [48]. Крім виробничих, на промпідприємствах визначаються витрати води на господарсько-питні потреби та витрати води на душ за [47, 48].

Витрати води на зовнішнє пожежогасіння в населеному пункті та розрахункова кількість пожеж наведені у [47, 48], ці витрати враховуються під час перевірочних розрахунків водопровідної мережі та при визначенні об’єму запасних місткостей (РЧВ, водонапірної башти, протипожежних резервуарів).

4.1.1. Розрахункові витрати та вільний напір води

Розрахунки виконуються згідно з [47].

1. Добові та річні витрати води.

Питоме водопостачання, q_ж, л/добу, на одного жителя середньо-добове (за рік), приймається за [44] для наявних зон забудови з різним ступенем благоустрою житла. За додатком А.2 у [47] визначаються питомі добові витрати води на господарсько-питні потреби в громадських будівлях та спорудах, потреби на поливання вулиць, спортивних споруд і зелених насаджень.

За [48], розрахункова (середня за рік) добова витрата води на господарсько-питні потреби в населеному пункті, м³/добу:

Q_доб.m=Σ(q_ж*N_ж)/1000 ,

де q_Ж – середньодобова норма водоспоживання на одного жителя (за рік), л/добу, приймається за [48];

N_Ж – розрахункова кількість жителів у наявних зонах житлової забудови з різним ступенем благоустрою, люд. Коли N_Ж не відоме, то:

N_ж = F_i * p_i ,

де F_i та p_i - відповідно, площа, га, та щільність населення, люд./га, і-ї зони житлової забудови.

Розрахункові витрати води в добу найбільшого і найменшого водопостачання, м³/добу, визначаються за [48]:

.

Коливання режиму господарсько-питного водоспоживання протягом доби, місяця, року в населеному пункті за літнім і зимовим графіком оцінюються за коефіцієнтом добової нерівномірності: найбільшим К_доб.max (1,1-1,3); найменшим К_доб.min (0,7-0,9).

Річні витрати води у населеному пункті є сумою витрат води усіма категоріями водоспоживачів протягом року з урахуванням особливостей місцевих умов.

2. Годинні витрати води. Розрахункові годинні витрати води, м³/год, за [48]:

;

.

Коливання погодинних витрат враховується коефіцієнтом годинної нерівномірності водоспоживання:

,

,

де , – коефіцієнти врахування ступеню благоустрою будівель, режиму роботи підприємств та інших місцевих умов, приймаються за [48] з інтервалів = 1,2 - 1,4; = 0,4 - 0,6;

, - коефіцієнти врахування кількості жителів у населеному пункті, приймаються за [48].

При визначенні погодинних витрат води населенням на протязі доби в населеному пункті розподіляються максимальні добові витрати води по годинах доби для відповідних значень коефіцієнта К_год.max, значення якого заокруглюється до найближчого табличного за типовими графіками водоспоживання (див. [17, 48 та ін.]).

Для районів (мікрорайонів), забудованих будівлями з централізованим гарячим водопостачанням, безпосередній відбір гарячої води з теплової мережі приймається в середньому за добу 40 % загальної витрати води на господарсько-питні витрати і в годину максимального водорозбору – 55 % цієї витрати. При змішаній забудові виходять з чисельності населення, яке проживає в будівлях.

При визначенні погодинних витрат води підприємствами на протязі доби в населеному пункті розподіляються максимальні добові витрати води підприємства по годинах доби для відповідних значень коефіцієнта К_год.max (за даними графіку водоспоживання підприємства).

Годинні витрати води на поливання територій призначаються в години максимального і середнього водопостачання з урахуванням можливості розведення у часі (на протязі доби) поливів різних видів поливної території.

3. Секундні витрати води. Розрахункові секундні витрати води, л/с, визначаються пропорційно до годинних.

Загальна розрахункова кількість одночасних пожеж у місті, n, шт., за [48] приймається для кількості жителів у місті, N_Ж, тис. люд., тому загальні витрати на пожежогасіння в місті - сума з n найбільших сумарних витрат на можливі пожежі в місті. Витрати води на пожежогасіння, л/с на 1 пожежу, визначаються: на зовнішнє – за [48] для житлової забудови та за [1] для промислових підприємств; на внутрішнє – за [47].

4.1.2. Розрахунок водопровідної мережі

Залежно від схеми живлення мережу розраховують на найхарактерніші режими її роботи. Основними режимами є: максимальне водоспоживання; максимальне водоспоживання і пропуск додаткових протипожежних витрат; для схеми з контр-резервуаром - транзит у напірний бак. Найпоширенішим є режим максимального господарсько-питного водоспоживання.

1. Розрахункова схема мережі. Реальна схема мережі з великою кількістю точок відбору води споживачами замінюється розрахунковою схемою мережі (рис. 4.1) з вузловими точками відбору води – вузлами.

Більшість вузлів розташована на перетинах магістральних ліній, окремі точки відбору – на магістральних лініях (у місцях великих відборів води). Вузли намічаються у точках підключення водоводів від насосної станції і від водонапірної башти, а також у місцях відбирання води крупними водоспоживачами, перетину і відгалуження магістральних ліній. Вузлові точки поділяють мережу на розрахункові ділянки. На розрахунковій схемі нумеруються вузли, визначаються довжини розрахункових ділянок, дані заносяться у таблиці.

	Рис. 4.1. Схема гідравлічного розрахунку кільцевої мережі водопостачання

2. Визначення витрат води на ділянках мережі.

Визначення вузлових відборів води з мережі.

При розрахунку водопровідної мережі приймається, що крупним споживачам (виробничі підприємства, готель, дитсад, гуртожиток тощо) для виробничих і господарсько-питних потреб вода подається зосередженою витратою у вузли, а для господарсько-питних потреб населення – рівномірно по довжині магістральних ліній шляховою витратою.

Розрахункові витрати для призначеного режиму визначаються за формулами та графіком водоспоживання.

Визначаються витрати, л/с, зосередженими (крупними) водоспоживачами для відповідних вузлів, дані заносяться на розрахункову схему.

Обчислюються питомі витрати на 1 м мережі, л/(с*м), без урахування витрат зосередженими водоспоживачами через загальні (для населеного пункту) шляхові витрати води, що рівномірно відбираються водоспоживачами з магістральних ліній мережі – витрати на господарсько-питні потреби населення та на поливання. Якщо витрати на поливання не можна перенести на іншу, менш завантажену годину, то вони можуть розподілятися по мережі за одним з принципів: рівномірно по усіх ділянках мережі (пропорційно до їх розрахункової довжини); на окремі ділянки, що проходять по територіях поливання (парках, газонах тощо); на окремі вузли, у яких вода на поливання відбирається зосереджено.

Потрібно знайти показники:

- сума витрат зосередженими водоспоживачами, л/с, в межах окремого району житлової забудови;

- сума довжин, L_розр, м, розрахункових ділянок магістральних ліній, які віддають воду в межах окремого району. Причому: реальні довжини ділянок, по яких вода проходить лише транзитом (немає водорозбору) не враховуються (L_розр=L=0); реальні довжини ділянок, з яких вода забирається з одного боку (на вулицях з однобічною житловою забудовою) враховуються наполовину (L_розр=L/2); реальні довжини ділянок, які знаходяться на межі двох районів житлової забудови з різною густотою населення або різним питомим водоспоживанням враховуються наполовину (L_розр=L/2) для кожного району.

При різному характері забудови (багатоповерхова, малоповерхова, індивідуальна) питомі витрати визначаються для кожного району відповідно до густоти населення.

Приймається, що відбір води з мереж рівномірний, тоді шляхові витрати на кожній ділянці, л/с (заносяться у таблиці) є добуток показників:

- розрахункова довжина кожної ділянки, м.

- питома витрата води, для певного району мережі з однаковим водоспоживанням, л/(с*м).

Для спрощення розрахунків шляхові витрати умовно замінюють на вузлові: у вузлі зосереджується (сумується) половина шляхової витрати від кожної з ділянок, що прилягають до даного вузла. Якщо до вузла також приєднані крупні споживачі, то вузлова витрата додатково збільшується на величину зосередженої витрати від цих крупних споживачів.

Вузлові витрати (їх ще називають вузлові відбори) для усіх вузлів мережі зводяться у таблицю. Зрозуміло, що сума усіх вузлових витрат мережі рівна повній витраті води з водопровідної мережі q_сек.max для заданого розрахункового режиму роботи.

Визначається розрахункова витрата для кожної ділянки мережі.

3. Визначення діаметрів магістралей та втрат напору на розрахункових ділянках.

Для магістральних трубопроводів, з прийнятого матеріалу, визначаються діаметри, м:

,

де q_j - розрахункова витрата j -ї ділянки, м³/с;

- швидкість руху води в трубі, м/с, зазвичай для труб малих діаметрів 0,6-0,9; для труб великих діаметрів 0,9-1,5.

Втрати напору по довжині на ділянках, для спрощення розрахунків, визначають за формулою:

,

де - довжина розрахункової ділянки, м;

- гідравлічний похил (питомі втрати напору на одиницю довжини у водопроводах) на ділянці, Па/м, або у м/м якщо визначається за таблицями Шевельова Ф. А.

Згідно з рекомендацією [48] при гідравлічному розрахунку систем подавання і розподілу води на ПЕОМ гідравлічний похил у трубопроводах визначається за формулою:

,

де q – розрахункова витрата води, м³/с;

d – розрахунковий внутрішній діаметр труб, м. Значення коефіцієнта К та показників ступеня n, p приймаються за [48].

Втрати напору в місцевих опорах у розрахунках водопровідної мережі не враховуються, як незначні відносно втрат напору по довжині.

4. Гідравлічний розрахунок трубопроводів мережі водопостачання.

Розрахунок кільцевої водопровідної мережі полягає у призначенні діаметрів труб, визначенні витрат, які течуть по окремих вітках мережі, і підрахунку втрат напору від місця подачі води до розрахункової точки мережі. На початку розрахунку на розрахунковій схемі мережі призначаються витрати, виходячи з балансу витрат у вузлах. За призначеними витратами встановлюються діаметри труб, за графіками „економічних діаметрів” або значеннями „економічних швидкостей”. Результати розрахунків зводяться у спеціальну таблицю.

Ув’язка кільцевої мережі виконується для підрахунку втрат напору від початкової точки мережі до розрахункової і полягає у коректуванні розподілу витрат води по ділянках мережі та відповідних втрат напору так, щоб для усіх кілець та вузлів мережі забезпечувалися дві закономірності розподілу витрат (ув’язки мережі), складені на основі законів Кірхгофа у електротехніці.

Закономірність 1. Сума втрат напору у вітках кільця з рухом води за годинниковою стрілкою (приймаються зі знаком „+”) рівна сумі втрат напору у вітках кільця з рухом води проти годинникової стрілки (приймаються зі знаком „-”):

,

допускається неув’язка ±Δh:

- для кожного кільця мережі – у межах 0,3 - 0,5 м;

- для контуру (кільця по периметру мережі) – до 1 м.

Закономірність 2. Сума витрат, що притікають до вузла рівна сумі витрат, що витікають з нього (враховуючи витрати, зосереджені у вузлі):

.

Тобто, розрахунок кільцевої мережі ведеться у двох взаємопов’язаних напрямках: урівнювання витрат у вузлах мережі; урівнювання втрат напору у лівій і правій вітках кільця.

Розрізняють два найпоширеніші способи ув’язки кільцевих мереж. При першому способі початковим є забезпечення умов 1 та 2 формул, наведених вище. Мережа ув’язується доти, доки нев’язки в усіх кільцях не перевищуватимуть допустимих (для розрахунку вручну: для режиму максимального господарського водоспоживання – менше 0,5 м у кожному кільці; до 1 м в усьому контурі мережі). За другим способом умова 2 точно забезпечується лише на етапі попереднього ув’язування, а далі допускається її порушення (до 5 %) при одночасному досягненні нульових значень суми втрат напорів при замкненому обході всіх кілець мережі (по контуру), тобто повному виконанні умови 1. Вважається, що перший спосіб дає більш точний і вірогідніший результат, а другий – простіший і швидше приводить до виконання умови 1.

На розрахунковій схемі мережі (рис. 4.1) нумеруються розрахункові ділянки та кільця. На розрахункових ділянках проставляються прийняті для них витрати та відповідні діаметри. Дані заносяться у таблицю, у якій визначаються неув’язки втрат напору для кожного кільця.

Діаметри водопроводів ділянок визначаються з умови найбільш економічно вигідних. При потребі, витрати у вітках кільця перерозподіляються доти, поки не буде отримана допустима неув’язка . Для такого перерозподілу використовують різні методи ув’язування кільцевих водогінних мереж [17 та ін.], одним з поширених серед них є метод Лобачова-Кроса. Даний розрахунок (ув’язування) при виконанні обчислень вручну є досить трудомістким, тому його найчастіше виконують з використанням різноманітних програм для ПЕОМ [17, 19 та ін.].

Вільний напір води в мережі

1. Нормативні значення вільного напору. За [48], як вже зазначалось вище, у зовнішній водопровідній мережі при максимальному господарсько-питному водоспоживанні має бути забезпечений потрібний вільний напір, м, (гарантійний тиск, при переведенні із м у Па) над поверхнею ґрунту – за формулою (2.1.1) з теми 2 лекцій.

Вільний напір в зовнішній мережі централізованого господарсько-питного водопроводу біля споживачів не повинен перевищувати 45 м. Вільний напір в зовнішній мережі біля водорозбірних колонок повинен бути не менше 10 м, а в зовнішній мережі виробничого водопроводу приймається за технологічними даними.

При напорі в системі централізованого питного водопроводу району міста більше 45 м виконують її зонування.

Протипожежний водопровід за [48] слід приймати низького тиску з вільним напором у мережі при пожежогасінні не менше 10 м. Максимальний вільний напір в зовнішній мережі об’єднаного водопроводу не повинен перевищувати 45 м.

2. Напір насосів і водонапірної башти. Потрібний тиск в мережі повинен підтримуватись і при найгірших умовах. Тобто, цей тиск повинен забезпечувати подавання води до найдальшої (за довжиною і висотою) від башти точки – диктуючої, при розрахунку по якій висота башти буде найвищою.

Напір насосів, м, є сумою показників:

- висота баку (до рівня води в баці) водонапірної башти, м;

- сума втрат напору у водоводі (при розташуванні бака у кінці мережі - сума втрат напору у водоводі і мережі), м;

- сума втрат напору у всмоктувальному трубопроводі, м;

- різниця відміток найнижчого рівня води у водоймі та диктуючої точки, м.

4.2. Проєктування зовнішніх мереж каналізації

Вихідними даними для розробки проєкту каналізування населеного пункту служать: генеральний план населеного пункту (для міст на 20-25 років), який враховує перспективу його розвитку; відомості про розміщення населення та його чисельність на перспективу; межі території, що каналізується; характеристика благоустрою населеного пункту та санітарна оцінка місцевості; гідрологічні та геологічні дані території; гідрологічні дані прилеглих водних об’єктів; метеорологічні дані; характеристика природних та інженерно-будівельних умов, будівельних і сировинних баз.

Проєкт системи каналізації виконується відповідно до діючих нормативних документів, в яких наведені правила вибору системи каналізації, нормативні матеріали для визначення розрахункових витрат стічних вод та розмірів каналізаційних споруд, гідравлічного розрахунку мереж та обладнання, технологічного розрахунку очисних споруд тощо.

Проєктування водовідвідних систем і споруд вулиць і доріг проводиться виходячи з місцевих природних, архітектурно-планувальних та санітарно-гігієнічних умов у комплексному взаємозв’язку з рішенням інженерної підготовки, благоустрою та інфраструктури населеного пункту. При цьому загальні умови трасування та прокладання трубопроводів, їх гідравлічні розрахунки, параметри та вимоги до споруд водовідведення (оглядові та перехідні колодязі, дощоприймачі, переходи через дороги, дюкери, зливоводи, зливоспуски), а також відстані від зовнішньої поверхні труб самопливної каналізації (побутова та дощова) та дренажів до підземних мереж і споруд визначаються за ДБН В.2.3-5:2018. Вулиці та дороги населених пунктів [59], ДБН 360 Містобудування. Планування і забудова міських і сільських поселень, ДБН Б.2.2-12:2019 Планування і забудова територій [58], ДБН В.2.3-4:2015 Автомобільні дороги. Частина I. Проектування. Частина II. Будівництво, а також іншими нормативами.

Розміри в плані колодязів дощової каналізації (дощоприймальних, оглядових), відстані між ними та їх розміри, мінімальні похили лотків нормуються [49, 59].

При проєктуванні вулиць передбачається можливість заходів з прибирання снігу, за вимогами ДБН В.2.3-5:2018 [59].

Послідовність трасування вуличних мереж К1 та К2 населеного пункту така:

- каналізована територія розділяється на басейни каналізування, у їх понижених місцях трасують колектори;

- колектори басейнів каналізування перехоплюються трасованими головними і заміськими колекторами, у напрямку до очисних споруд;

- трасують вуличні мережі до колекторів, намагаючись мінімізувати довжини вуличних віток. Приймається одна з поширених схем: охоплююча; з пониженого боку кварталу; черезквартальна.

Каналізаційні мережі проектуються переважно для роботи при самопливному (безнапірному) режимі з частковим заповненням перерізу трубопроводу. Тільки окремі ділянки мереж проектуються, при потребі, для роботи в напірному режимі (при різких перепадах рельєфу, на водорозділах тощо). Місця розташування насосних станцій визначають розрахунком, доцільним є їх розташування у точках з однаковою глибиною закладання приєднуваних колекторів.

Обґрунтування до трасування каналізаційних мереж наведено у [1-6, 13, 17, 18, 76-80].

Для каналізаційних трубопроводів слід приймати: самопливних – безнапірні залізобетонні, бетонні, керамічні, чавунні, азбестоцементні, пластмасові труби і залізобетонні деталі; напірних – напірні залізобетонні, азбестоцементні, чавунні, сталеві, пластмасові труби.

Мінімальні діаметри труб самопливної каналізації: для вуличної мережі – 200 мм, для дворової та квартальної побутової мережі – 150 мм, для дощової та загальносплавної вуличної мережі – 250 мм, дощової квартальної – 200 мм. У населених пунктах з витратою до 300 м³/добу для внутріквартальної та вуличної мереж допускається використання труб Ǿ 150 мм, а для виробничої каналізації – менше Ǿ 150 мм. При найбільшому розрахунковому наповненні труб у мережах К1 та К2 найменші та найбільші швидкості руху стічних вод (самоочисні швидкості) приймаються за [46]. Причина цього обмеження така: чим більша швидкість потоку стічних вод, тим більше руйнування та стирання їх абразивними частинками (піском та ін.) стінок труб (передусім – дна), а дуже малі швидкості не забезпечують самоочищення трубопроводів.

Розрахункові швидкості руху стічних вод у каналах нормуються [46]. Розрахункове наповнення трубопроводів і каналів з поперечним перерізом будь-якої форми потрібно приймати не більше 0,7 висоти (для системи К1), для каналів прямокутного перерізу допускається 0,75. Для трубопроводів дощової і загальносплавної систем водовідведення слід приймати повне розрахункове наповнення.

Найменший похил трубопроводів і каналів приймається залежно від граничних мінімальних швидкостей течії, його значення для всіх систем каналізації при розрахунковому наповненні труби: Ǿ 150 мм - 0,008 (допускається 0,007); Ǿ 200 мм - 0,007 (допускається 0,005).

Похил приєднання від дощоприймальників - 0,02. Похил напірних трубопроводів у напрямку до випуску треба приймати не менше 0,001. Найменші похили відкритої мережі К2, за [49]:

- для лотка проїзної частини з асфальтобетонною поверхнею - 0,003; брущатим чи щебеневим покриттям - 0,004; покриттям з булижнику - 0,005;

- для окремих лотків і кюветів - 0,005;

- для водовідвідних канав - 0,003.

Найменший розмір кюветів та канав трапецеїдального перерізу слід приймати: ширина по дну 0,3 м, глибина 0,4 м.

При витратах розрахункового періоду дощова каналізація працює в самопливному режимі, при витратах граничного періоду – в напірному. Напірний режим допускається для ділянок, які мають перепади чи глибоке закладання, а також короткі ділянки з малими похилами чи меншим перерізом трубопроводу.

Поздовжні похили по лотках проїзної частини приймаються не менше:

- для асфальтобетонних, брущатих або щебеневих покрить 0,005 (при реконструкції 0,004);

- для бруківки, окремих лотків та кюветів 0,005;

- для водовідвідної канави 0,005 (при реконструкції 0,003).

Причому, мінімальні похили визначаються виходячи з швидкості протікання води не менше 0,6 м/с за витрат з повторністю 3 рази в рік. За швидкостей води більше допустимих для прийнятих типів укріплення влаштовують перепади і швидкостоки [49]. При поздовжніх похилах проїзної частини до 0,003 (на горизонтальних ділянках) по лотках проєктується пилкоподібний профіль на прилягаючій до борта смузі проїзної частини шириною 2,5 - 3,0 м, відстані між водоприймальними колодязями повинні відповідати вимогам ДБН В.2.3-5:2018 [59].

Трубопроводи різних діаметрів потрібно з’єднувати у колодязях по верху труб (шелигах), допускається з’єднання по розрахунковому рівню води. Найменша глибина закладання лотка труби: для труб до Ǿ 500 мм – на 0,3 м вище глибини промерзання, для труб більшого діаметру – на 0,5 м вище. Відстань від верху труби до поверхні землі приймається не менше 0,7 м.

Оглядові колодязі на каналізаційних мережах усіх систем потрібно передбачати [49]:

- у місцях приєднань;

- у місцях зміни напрямку, похилів і діаметрів трубопроводів;

- на прямих ділянках на відстанях залежно від діаметра труб.

Дощоприймачі треба передбачати:

- на затяжних ділянках спусків (підйомів);

- на перехрестях і пішохідних переходах з боку притоку поверхневих вод; у понижених місцях у кінці затяжних ділянок спусків;

- у понижених місцях при пилкоподібному профілі лотків вулиць;

- у місцях вулиць, дворових і паркових територій, що не мають стоку поверхневих вод.

Схеми розташування дощоприймальних колодязів на перехрестях вулиць наведено у [22-24].

Проєктування поздовжнього профілю водовідведення з вулиці та розрахунок зливового колектора виконується відповідно до вимог [49].

Надземне і наземне прокладання каналізаційних трубопроводів на території населених пунктів допускається лише при перетині глибоких ярів, водостоків і водойм. Повороти на колекторах треба передбачати у колодязях, радіус кривої повороту лотка потрібно приймати не менше діаметра труби; на колекторах діаметром 1200 мм і більше – не менше 5 діаметрів і передбачати оглядові колодязі на початку і в кінці кривої. Довжина приєднання від дощоприймача до оглядового колодязя на колекторі повинна бути не більшою за 40 м, при можливому влаштуванні не більше одного проміжного дощоприймача. Діаметр приєднання визначається за розрахунковим притоком води до дощоприймача при похилі 0,02, і має бути не менше 200 мм.

Розрахункові витрати стічних вод

1. Добові витрати стічних вод мережі К1.

Розрахункове питоме середньодобове (за рік), водовідведення побутових стічних вод, q_Ж, л/добу, на одного жителя приймається за [46] рівним розрахунковому питомому середньодобовому (за рік), водопостачанню за [48] без врахування витрат води на поливання територій та зелених насаджень. Питоме водовідведення, при потребі визначення розрахункових витрат стічних вод від окремих житлових та громадських будівель (зосереджених витрат), приймається за [49].

Розрахункова (середня за рік) добова витрата стічних вод в населеному пункті, м³/добу визначається за [49].

2. Годинні витрати стічних вод мережі К1.

Розрахункові годинні максимальні і мінімальні витрати стічних вод, м³/год ‑ за [49], діленням на 24 год з врахуванням коефіцієнтів добової нерівномірності притоку стічних вод (максимальної та мінімальної) для роботи системи.

3. Секундні витрати стічних вод мережі К1.

Розрахункові секундні витрати стічних вод, л/с, визначаються за [49].

За [49] самотічні лінії, колектори і канали, а також напірні трубопроводи побутових і виробничих стічних вод слід перевіряти на пропуск сумарної розрахункової максимальної витрати і додаткового притоку поверхневих і ґрунтових вод у періоди дощів та снігорозтавання, що неорганізовано поступає в мережі каналізації через нещільності люків колодязів і інфільтрацію ґрунтових вод.

Перевірний розрахунок самопливних трубопроводів і каналів поперечного перерізу довільної форми на пропуск збільшеної витрати здійснюється при наповненні 0,95 висоти.

Гідравлічний розрахунок головного колектора системи К1 здійснюється за сумарною розрахунковою секундною максимальною витратою стічних вод, її значення визначаються у такому порядку.

За планом визначаються площі, га, зон житлової забудови та кожного їх кварталу. Визначається щільність населення, люд./га, кожної зони житлової забудови:

p = N / F,

звідки розрахункова кількість жителів у кварталі, люд., кожної зони житлової забудови:

N=p*F.

Залежно від поверховості забудови, щільність населення у містах та смт орієнтовно становить 50-700 люд./га.

Розрахункова (середня за рік) добова витрата стічних вод в зоні житлової забудови населеного пункту, м³/добу, визначається за [49].

Для виконання гідравлічного розрахунку мережі водовідведення К1 за вимогами [49] потрібно мати розрахункову секундну максимальну витрату стічних вод, л/с.

При розрахунку каналізаційних мереж зручно визначати витрати за модулем стоку, л/(с*га).

Для гідравлічного розрахунку головного колектора мережі К1 визначаються такі витрати:

- секундна максимальна витрата стічних вод з кожного кварталу, л/с;

- сумарна секундна максимальна витрата стічних вод для кожної ділянки головного колектора, л/с;

- розрахункова секундна максимальна витрата стічних вод для кожної ділянки головного колектора, л/с;

- загальна розрахункова секундна максимальна витрата стічних вод для кожної ділянки головного колектора, л/с;

Розрахункові витрати дощових вод мережі К2, q_r, л/с, визначаються за вимогами [49], за методом граничних інтенсивностей:

,

де - середнє значення коефіцієнта, що характеризує поверхню басейна стоку; та - параметри, які визначаються за результатами обробки багаторічних спостережень; - розрахункова площа стоку, га; - розрахункова тривалість дощу, хв.

Розрахункові витрати дощової води , л/с, для гідравлічного розрахунку дощових мереж визначаються за формулою:

,

де - коефіцієнт, що враховує заповнення вільної місткості мережі під час виникнення напірного режиму.

У разі відсутності оброблених даних параметр А можна визначити:

,

де взяті з [49]:

- інтенсивність дощу, л/с на 1 га, для даної місцевості тривалістю 20 хв при Р = 1 рік;

- показник степеню;

- середня кількість дощів за рік;

- показник степеню.

Період однократного перевищення розрахункової інтенсивності дощу Р, рік, - одноразовий проміжок часу, за який може спостерігатися дощ з інтенсивністю, що перевищує розрахункову, Р вибирається залежно від характеру об’єкта каналізування, умов розташування колектора з урахуванням наслідків випадання дощів з перевищенням розрахункових витрат. Значення Р приймається за [49] або визначається розрахунком залежно від умов розташування колектора, інтенсивності дощів, площі басейну і коефіцієнта стоку за граничним періодом перевищення.

Розрахункова площа стоку F для розрахункової ділянки мережі приймається рівною усій площі стоку чи для тієї її частини, яка дає максимальну витрату стоку. Для площі стоку колектора 500 га і більше в формули вводиться коефіцієнт К, який враховує нерівномірність випадання дощу по площі [49].

Розрахункова тривалість протікання дощових вод по поверхні і трубах , хв, визначається для кожної ділянки колектора відповідно до часу протікання води від найвищої точки басейну до розрахункової ділянки за формулою:

,

де - тривалість накопичення та протікання дощової води від найбільш віддаленої точки до лотка проїзної частини вулиці або при наявності дощоприймачів у межах кварталу до вуличного колектора (час поверхневої концентрації);

- те ж, по вуличних лотках до дощоприймача (при відсутності їх у межах кварталу), хв;

- те ж, по трубах до розраховуваного перерізу, хв.

Якщо розрахункова тривалість протікання дощової води менша 10 хв, то в формулу вводиться поправковий коефіцієнт 0,8 при = 5 хв і 0,9 при = 7 хв.

У населених пунктах час поверхневої концентрації дощових стоків приймається: при відсутності внутріквартальних закритих дощових мереж 5-10 хв, при їх наявності - 3-5 хв. При розрахунку внутріквартальної дощової мережі час поверхневої концентрації береться 2-3 хв.

Тривалість протікання дощової води по вуличних лотках , хв:

,

де - довжина ділянок лотків, м;

- розрахункова швидкість течії на ділянці, м/с.

Тривалість протікання дощової води по трубах до розраховуваного перерізу , хв:

,

де - довжина розрахункових ділянок колектора, м;

- розрахункова швидкість течії на ділянці, м/с.

Певна частина дощових опадів поглинається ґрунтом, накопичується в понижених місцях, затримується рослинним покровом, залишається у вигляді змоченого шару на водонепроникній поверхні та випаровується. Такі втрати поверхневих стічних вод на водозбірному майданчику визначаються за допомогою коефіцієнта стоку , який є змінним і залежить від тривалості та інтенсивності дощу, характеру поверхні території та її похилу. Чисельно рівний відношенню кількості води, яка стікає з поверхневим стоком у водойму (з одиниці площі за одиницю часу) до кількості опадів і поливально-мийних вод, що потрапляють на одиницю площі за одиницю часу:

,

де і - витрати атмосферних вод, відповідно, які випали на 1 га і які стекли у дощову мережу з 1 га.

Величину коефіцієнта стоку поливально-мийних вод приймають рівною 0,6, а для зливових і стічних вод – залежно від характеру поверхні водозбірної території: 0,1 – 0,95.

Середнє розрахункове значення коефіцієнта стоку слід визначати як середньозважену величину від розподілу площ басейну між різновидами поверхні [24, 49]:

,

де - масові коефіцієнти, рівні за величиною відношенню площі під певним видом покриття до загальної водозбірної площі;

- коефіцієнти стоку для різних покриттів, приймаються за [49]. Для зливових вод невеликих міст і селищ =0,3-0,4, а для снігових – 0,5-0,7.

За [49], при розрахунку стоку з басейнів площею понад 50 га з різним характером забудови або з різко відмінними похилами поверхні землі, за розрахункову витрату слід приймати найбільшу. При цьому, розрахункова витрата з частини басейну приймається не меншою від витрат для ділянок колектора, розташованих вище.

Території садів і парків, не обладнані дощовою закритою чи відкритою каналізацією, в розрахунковій величині площі стоку і при визначенні коефіцієнта не враховуються. Якщо територія має похил поверхні 0,008-0,01 і більше у бік вуличних проїздів, то у розрахункову площу стоку потрібно включати прилеглу до проїзду смугу шириною 50-100 м. Озеленені площі всередині кварталів (смуги бульварів, газони тощо) потрібно включати у розрахункову величину площі стоку і враховувати при визначенні коефіцієнта поверхні басейна стоку .

Пропускну здатність при великому заглибленні колектора обчислюють з урахуванням напірного режиму. Розрахунки зводять у таблиці.

3. Гідравлічний розрахунок трубопроводів мереж К1, К2, згідно з вимогами [49], має визначити оптимальні розміри трубопроводів, похили та швидкість руху стічних вод, а також відмітки лотка і глибини колодязів. Для гідравлічного розрахунку мереж водовідведення використовуються формули усталеного рівномірного руху:

;

,

де, - витрата стічних вод;

- площа живого перерізу;

- середня швидкість руху стічних вод;

- гідравлічний похил, при рівномірному русі рівний геометричному похилу лотка труб;

- коефіцієнт гідравлічного тертя (коефіцієнт Дарсі);

- гідравлічний радіус,

,

тут - змочений периметр.

Гідравлічний розрахунок системи водовідведення можна виконати і за формулою Шезі, використовуючи основну залежність, застосовувану при гідравлічному розрахунку відкритих русел:

=.

Тоді, гідравлічний розрахунок самопливних трубопроводів (лотків, каналів), за нормативною методикою [49], виконується на розрахункову максимальну секундну витрату стічних вод за таблицями та графіками, складеними за формулою Шезі:

,

де - швидкість руху рідини, м/с;

С - коефіцієнт Шезі, що залежить від гідравлічного радіуса та шорсткості змоченої поверхні трубопроводу чи каналу:

,

тут

,

- коефіцієнт шорсткості, для самопливних колекторів круглого перерізу - 0,014; для напірних трубопроводів – 0,013;

- гідравлічний радіус, м;

- гідравлічний похил, для самопливних трубопроводів, лотків і каналів визначається за формулою:

,

де - прискорення сили тяжіння, м/с²;

- коефіцієнт опору тертя по довжині, визначається за формулою, що враховує різний ступінь турбулентності потоку:

,

тут - еквівалентна шорсткість, см;

- гідравлічний радіус, см;

- коефіцієнт, що враховує характер шорсткості труб і каналів. Значеннята для різних матеріалів поверхні приймають за [49]. Число Рейнольдса (тут в чисельнику- швидкість руху рідини, а в знаменнику - кінематична в’язкість):

,

або, для заповненого повністю рідиною перерізу труби (для ):

,

Трубопроводи дощової каналізації слід проектувати на повне розрахункове наповнення . Гідравлічний розрахунок мережі К2 аналогічний розрахунку мережі К1.

Гідравлічний розрахунок головного колектора К1.

Приклади визначення розрахункових витрат стічних вод на ділянках головного колектора К1 – у [1, 17], Для складання поздовжнього профілю головного колектора спочатку за планом місцевості креслиться профіль поверхні землі, відмітки розрахункових точок визначаються з плану в горизонталях інтерполяцією.

Головний колектор розбивається на розрахункові ділянки, для яких визначаються розрахункові витрати.

Усі дані розрахунків витрат на ділянках зводяться у таблицю. При цьому, витрати приймаються залежно від розташування кварталів відносно ділянок колектора: шляхові – від прилеглих кварталів; бокові – притік від прилеглих збоку ділянок; транзитні – від вище розташованих ділянок. Для кожної ділянки колектора визначається сумарна витрата, л/с, розрахункова та загальна розрахункова витрати стічних вод для кожної ділянки головного колектора, л/с.

За відомими для усіх розрахункових ділянок головного колектора відстанями (за планом) та загальними розрахунковими витратами складаються таблиці гідравлічного розрахунку колектора: таблиця до поздовжнього профілю головного колектора (на кресленні профілю) та таблиця у пояснювальній записці. За вже встановленими витратами на ділянках, визначаються розрахунками або підбираються за готовими таблицями (з довідників) діаметри трубопроводів, виконаних з вибраного матеріалу. При цьому повинні забезпечуватись допустимі нормативні значення наповнення, швидкості стоків, похилів трубопроводів.