Systemy odwodnienia dróg i mostów Projekt kanalizacji deszczowej Katedra Geotechniki i Budownictwa Drogowego WYDZIAŁ NAUK TECHNICZNYCH Uniwersytet Warmińsko-Mazurski Systemy odwodnienia dróg i mostów Projekt kanalizacji deszczowej ćwiczenia projektowe: dr inż. Ireneusz Dyka (pok. 3.29, ul. Heweliusza 4), e-mail: i.dyka@uwm.edu.pl WWW: http://pracownicy.uwm.edu.pl/i.dyka/

Literatura: Bajkiewicz-Grabowska E., Mikulski Z., Hydrologia ogólna, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006 Błaszczyk W., Roman M., Stamatello H.: „Kanalizacja tom 1 i 2” Arkady Warszawa 1974 Stamatello M.: „Budowa miejskich sieci kanalizacyjnych”. Arkady, W-wa 1976. Demandt P., Makowski J., Odwadnianie mostów ulic i placów, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1980 Edel R.: Odwodnienie dróg. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa 2000-2010 Edel R., Suligowski Z.: Wpływ parametrów wpustów deszczowych na sprawność odwodnienia powierzchniowego dróg i ulic. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej 2004 Geiger Wolfgang Dreiseitl H.: Nowe sposoby odprowadzania wód deszczowych.” Oficyna Wydawnicza Projprzem – EKO Bydgoszcz 1999 Kuczyński J.: „Miejskie budowle sanitarne i podziemne”. PWN, W-wa 1980. Sokołowski J., Zbikowski A., Odwodnienia budowlane i osiedlowe, Wydawnictwo SGGW, Warszawa 1993 Szyling Z., Pacześniak E., Odwodnienia budowli komunikacyjnych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2004 Zwierzchowska A.: Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodociągowych i kanalizacyjnych. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej Kielce 2006

Systemy odwodnienia dróg i mostów

http://www.gddkia.gov.pl/

Odwodnienie drogi [PN-S-02204:1997 – Drogi samochodowe Odwodnienie drogi [PN-S-02204:1997 – Drogi samochodowe. Odwodnienie dróg] System przeznaczony do: a) ujmowania wód opadowych spływających z drogi, b) odprowadzania wód poza koronę drogi, c) oczyszczania ich ze szkodliwych zanieczyszczeń pochodzących z użytkowania drogi, d) wprowadzenia ich do środowiska zgodnie z wymogami ochrony wód i prawa wodnego.

Elementy systemu odwodnienia

Odwodnienie powierzchniowe

Obieg wody na powierzchni zlewni Zlewnia - każdy obszar, niezależnie od jego wielkości, z którego wody spływają do określonego przekroju, który zamyka część zlewni (np. ujście dopływu)

Charakterystyka zlewni procesy: spływu, odpływu, przepływu, retencji; ukształtowanie zlewni: pionowe, kształt , wymiary, sposób zagospodarowania powierzchni terenu zlewni, przepuszczalność gruntów, obecność obszarów leśnych i różnego rodzaju roślinności, obecność naturalnych lub sztucznych zbiorników wodnych oraz koryt i cieków terenowych, zawilgocenie powierzchni gruntów, poziom zwierciadeł wód gruntowych.

Określenie zlewni

Wyznaczanie spływu ze zlewni Zlewnie są to obszary, w obrębie których zbierająca się z opadów woda formuje się w strugi wodne i odpływa do odbiorników. Najbardziej ogólny wzór do obliczenia spływów deszczowych: gdzie: Q - ilość spływu [dm3/s] j -współczynnik opóźnienia odpływu y - współczynnik spływu (mniejszy od 1) q - natężenie deszczu [dm3/(ha·s)] F - powierzchnia zlewni [ha.]

Współczynnik spływu

Zlewnia drogowa - to obszar, z którego wody spływają do ścieków i rowów przydrożnych. W obszar zlewni drogowej wchodzi: połowa lub cała szerokość jezdni, pasy dzielące, chodniki, drogi rowerowe, pasy parkingowe usytuowane wzdłuż jezdni, zatoki autobusowe, pobocze, pas zajęty przez rów lub ściek, skarpy nasypu lub wykopu, przyległy teren określony na mapach z uwzględnieniem wododziałów.

Wyznaczanie spływu ze zlewni Dane wyjściowe: natężenie i prawdopodobieństwo pojawienia się deszczu, współczynniki spływu, czas trwania deszczu, wielkość i sposób uszczelnienia zlewni częściowych (tzn. elementów zlewni całkowitej stanowiących odrębne jednostki obliczeniowe), cieki wodne jako odbiorniki. z „Rocznika hydrologicznego”, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej z „Projektu drogowego”

Wyznaczanie spływu ze zlewni - dane wyjściowe Deszcz natężenie deszczu [mm/min] – wysokość opadu h [mm] przypadająca na jednostkę czasu t częstotliwość występowania deszczu - C, jest to okres czasu wyrażony w latach, w którym wystąpi deszcz o danym lub większym natężeniu. Natężenie deszczu zależy od: czasu trwania, częstotliwości występowania, zasięgu. Prawdopodobieństwo pojawienia się deszczu p - określa, ile razy w przeciągu stulecia zostanie osiągnięte przekroczenie danego natężenia deszczu.

MINISTRA TRANSPORTU I GOSPODARKI MORSKIEJ DESZCZ MIARODAJNY odwodnienie przez muldy i rowy c=1 rok, odwodnienie przez muldy i rowy w obrębie miast c=10 lat, odcinki drogi w wykopach zależnie od jej ważności c=10- 20 lat, najniższe punkty niwelety c= 5 lat, kanalizacje drugorzędne c=2 lata, kolektory i burzowce c= 5 lat, kanalizacje w niekorzystnych warunkach terenowych c= 10 lat, kanalizacje odwadniające pas dzielący dwie jezdnie c= 4 lata Prawdopodobieństwo wystąpienia deszczu miarodajnego w zależności od klasy drogi: p=10% (c=10 lat) – drogi klas A lub S p=20% (c=5 lat) – drogi klasy GP p=50% (c=2 lata) – drogi klas G lub Z p=100% (c=1 rok) – drogi klas L lub D ROZPORZĄDZENIE MINISTRA TRANSPORTU I GOSPODARKI MORSKIEJ z dnia 2 marca 1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie. (Dz. U. z dnia 14 maja 1999 r.)

Natężenie deszczu miarodajnego C – okres w latach, w którym następuje jednorazowe przekroczenie danego natężenia opadu; H – roczna suma opadów [mm]; tm – czas miarodajny trwania opadu [min]; A - współczynnik zależny od prawdopodobieństwa pojawienia się deszczu oraz średniej rocznej wysokości opadu.

Wyznaczanie spływu ze zlewni Współczynnik spływu - charakteryzuje każdą zlewnię, wyraża stosunek ilości wody deszczowej, która spłynie z danej powierzchni do ilości wody, która spadła na tę powierzchnię :

Systemy odwodnienia dróg i mostów Ćwiczenia projektowe: projekt odwodnienia wskazanego terenu (kanalizacji deszczowej) wraz z zaprojektowaniem układu do podczyszczania wód opadowych.   Określenie zlewni dla poszczególnych odcinków przewodu, wytyczenie trasy przebiegu kanalizacji deszczowej. Rozmieszczenie wpustów ulicznych. Określenie powierzchni poszczególnych zlewni oraz ilości wód opadowych Obliczenia hydrauliczne oraz dobór przewodów dla poszczególnych odcinków Przygotowanie profilu podłużnych przewodów głównych Przygotowanie profili podłużnych przewodów bocznych Dobór urządzeń układu do podczyszczania wód opadowych Sporządzenia rysunków szczegółowych w tym profilu podłużnego przez podczyszczanie.

Określenie zlewni

Kanalizacja deszczowa

Kanalizacja deszczowa – zewnętrzna, podziemna sieć kanalizacyjna przeznaczona do odprowadzenia ścieków opadowych. Definicje: Spływy deszczowe - wody opadowe spływające po powierzchni terenu do urządzeń odwodnienia powierzchniowego lub odbiorników naturalnych (cieków wodnych). Ścieki opadowe - spływy deszczowe, w których stężenie co najmniej jednego rodzaju zanieczyszczenia przekracza wartość dopuszczalną. Kanał – liniowa budowla przeznaczona do grawitacyjnego odprowadzania ścieków. Kanał deszczowy – kanał przeznaczony do odprowadzania ścieków opadowych. Przykanalik – kanał łączący wpust deszczowy z siecią kanalizacji np. deszczowej. Kanał zbiorczy – kanał zbierający ścieki, z co najmniej dwóch kanałów bocznych.

Kanalizacja deszczowa Definicje: Kolektor główny – kanał zbierający ścieki z kanałów oraz kanałów zbiorczych i odprowadzający je do odbiornika. Studzienka kanal. – studzienka rewizyjna przeznaczona do kontroli i prawidłowej eksploatacji kanałów (może być: przelotowa, połączeniowa, kaskadowa). Wylot ścieków – element na końcu kanału odprowadzającego ścieki do odbiornika. Wpust deszczowy – urządzenie do odbioru ścieków opadowych, spływających do kanału z utwardzonych powierzchni terenu. Kineta – koryto przepływowe w dnie studzienki, umożliwiające przepływ ścieków przez studzienkę. Średnica nominalna (DN) – liczbowe oznaczenie wymiaru rury, w przybliżeniu równe średnicy rzeczywistej w mm. Średnica nominalna może się odnosić do średnicy wewnętrznej (DN/ID) lub zewnętrznej (DN/OD). .

Trasowanie kanalizacji deszczowej trasy przewodów powinny być prostoliniowe, zaś odprowadzenie ścieków powinno się odbywać grawitacyjnie, możliwie najkrótszą drogą, spadki kolektorów powinny być w miarę możliwości zgodne ze spadkami terenu zmiany kierunku, średnicy lub pochylenia podłużnego oraz rozgałęzienia kanałów nieprzełazowych powinny się odbywać w obrębie studzienek kanalizacyjnych lub komór kanalizacyjnych, jeśli średnica przewodu jest większa od 800 mm: Maksymalne odległości między studzienkami: 50 ÷ 60 m – na przewodach o średnicy 200 ÷ 250 mm, 55 ÷ 70 m – na przewodach o średnicy 300 ÷ 350 mm, 60 ÷ 70 m – na przewodach o średnicy 400 ÷ 450 mm, 65 ÷ 80 m – na przewodach o średnicy 500 ÷ 600 mm, 70 ÷ 90 m – na przewodach o średnicy 600 ÷ 1500 mm, 100 ÷ 150 m – na przewodach o średnicy DN >1500 mm.

Trasowanie kanalizacji deszczowej

Trasowanie kanalizacji deszczowej

Metoda granicznych natężeń deszczu wg PN-S-02204:1997 – Drogi samochodowe. Odwodnienie dróg gdzie: Q – miarodajny przepływ obliczeniowy [dm3/s] F – powierzchnia zlewni drogi [ha] y - współczynnik spływu q – natężenie miarodajne opadu deszczu [dm3/sxha]

Metoda granicznych natężeń deszczu wg PN-S-02204:1997 – Drogi samochodowe. Odwodnienie dróg Procedura iteracyjna obliczeń: 1) założenie wstępnej prędkości przepływu v w kanale, 2) obliczenie wstępnej wartości czasu miarodajnego deszczu tm, 3) obliczenie wstępnej wartości natężenia miarodajnego deszczu q, 4) obliczenie wstępnej wartości natężenia miarodajnego przepływu wód opadowych Q, 5) założenie wymiarów kanału i obliczenie pola powierzchni czynnego przekroju P, 6) obliczenie wartości prędkości przepływu v w kanale i porównanie z wartością wstępną v, 7) przyjęcie nowej wartości v i ponowne wykonanie obliczeń .

Metoda stałych natężeń gdzie: Q - ilość spływu [dm3/s] - współczynnik opóźnienia spływu n = 8 – dla dużych spadków i ześrodkowanej zlewni, n = 6 – dla średnich warunków (długość zlewni dwa razy większa od jej szerokości, spadki terenu pozwalają na osiągnięcie prędkości spływu wód równej około 1.2 m/s), n = 4 – dla niedużych spadków i wydłużonej zlewni.

Obliczenia przepływów Oznaczenie zlewni tm [min] q [l/(sxha)] F [ha] y n j Q [l/s] do D4 10 167.66 0.0395 0.9 4 2.24 13.37 D4 - D3 0.0300 2.40 10.88 D3 - D2 0.0258 2.50 9.71 D2 - D1 0.0131 2.96 5.84   do D25 0.0420 2.21 14.00 D25 - D24 0.0170 2.77 7.10 D24 - D3 0.0226 2.58 8.80 do D22 0.0186 2.71 7.60 D22 - D21 0.0000 - 0.00 D21 - D20 0.0157 2.83 6.69 D20 - D19 0.0162 2.80 6.85 D19 - D18 0.0230 2.57 8.91 D18 - D2 0.0180 2.73 7.42 do D23 0.0155 6.63 D23 - D19 do D21 do D20 0.0220 2.60 8.62 do D19 0.0167 2.78 7.01

Obliczenia hydrauliczne i wymiarowanie przewodów

Profil podłużny przewodu deszczowego Spadek kanału - jest jedną z podstawowych wielkości, która ma decydujący wpływ na prędkość przepływu ścieków. Spadki minimalne można określić w oparciu o: prędkość graniczną, prędkość samooczyszczania, naprężenia ścinające na granicy kanał – ścieki, wzory empiryczne na spadki minimalne.

Profil podłużny przewodu deszczowego

Obliczenia hydrauliczne i wymiarowanie przewodów Natężenie przepływu dla przekroju kołowego: Wzór Manninga (Chezy-Manninga): Wzór Kuttera (Niemcy): Wzór Prandtla-Colebrooka: n = 0,0125  K = 1/n = 80  b = 0,35  k = 1,5 mm

Obliczenia hydrauliczne i wymiarowanie przewodów

Qobl= 290 l/s Spadek linii ciśnień I=2.1 ‰ Dopuszczalne średnice rurociągu 700-500 mm. Wybieram 600. Średnic rurociągu nie interpolujemy. Qobl= 290 l/s Średnia prędkość przepływu v= 1.03 m·s-1 (wartość interpolowana)

Wymiarowanie urządzeń podczyszczających Spływy deszczowe z dróg nie mogą być wprowadzane do wód powierzchniowych, wód morskich i do wód gruntowych, jeśli nie zostaną oczyszczone w stopniu zapewniającym usuniecie zawiesin ogólnych do 50 mg/dm3 oraz substancji ekstrahujących sie eterem naftowym do wartości 50 mg/dm3. Wody deszczowe nie muszą być oczyszczane w pełnej ilości, lecz w ilościach określonych w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 roku w sprawie warunków, jakie należy spełniać przy wprowadzeniu ścieków do wód lub do ziemi oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego - nie ma obowiązku podczyszczania maksymalnego spływu deszczowego z dróg (Qmax) wyznaczonego wg metod natężeń stałych lub granicznych. Prawo wymaga podczyszczania tylko jego części. Ta część spływu deszczowego, która wymaga podczyszczania zgodnie z rozporządzeniem, nazywana jest przepływem nominalnym (Qnom) lub miarodajnym dla wyznaczania przepustowości urządzeń podczyszczających - wyznaczana jest ona na podstawie opadu q miarodajnego dla wyznaczania przepustowości urządzeń podczyszczających, często nazywanego potocznie opadem „nominalnym” (qnom). Przepływy deszczowe większe od nominalnych mogą być odprowadzane do odbiorników bez podczyszczania.

Wymiarowanie urządzeń podczyszczających Na podstawie PN-S-02204:1997 – Drogi samochodowe. Odwodnienie dróg: źródło: „ EKOLOGICZNE ZAGADNIENIA ODWODNIENIA PASA DROGOWEGO„ [http://www.gddkia.gov.pl/userfiles/articles/a/analiza-metod-poprawy-stanu-odwo_1//documents/zeszyt-7.pdf]

Wymiarowanie urządzeń podczyszczających na podstawie materiałów firmy Ecol-Unicon: http://http://ecol-unicon.com/eKatalog 1.01/eKatalog_Ecol-Unicon.html

Wymiarowanie urządzeń podczyszczających Na podstawie materiałów firmy Ecol-Unicon: http://http://ecol-unicon.com/eKatalog 1.01/eKatalog_Ecol-Unicon.html 1. Ilość ścieków wymagających podczyszczenia - Qnom 2. Maksymalny przepływ ścieków kierowany do osadnika Qmax

Wymiarowanie urządzeń podczyszczających Na podstawie materiałów firmy Ecol-Unicon: http://http://ecol-unicon.com/eKatalog 1.01/eKatalog_Ecol-Unicon.html 3. Niezbędny stopień redukcji zawiesiny (sprawność osadnika) - h 4. Powierzchnia osadnika o przepływie poziomym Ap

Przykład obliczeniowy Założenie: osadnik o przepływie poziomym (Q<130 l/s) Dane wyjściowe: SFi = 4.26 ha y = 0.425 qnom = 15 dm3/s qmax = 166.67 dm3/s Fzr = F × y = 4.26 × 0.425 = 1.81 ha, gdzie: Z1 = 400 mg/dm3 Z2 = 100 mg/dm3 Hr = 900 mm (roczna wysokość opadów) f = 1 Ilość ścieków wymagających podczyszczenia Qnom = qnom × Fzr × f = 15 × 1.81 × 1.0 = 27.16 l/s

Przykład obliczeniowy 2. Maksymalny przepływ ścieków kierowany do osadnika Qmax = qmax × Fzr × f = 166.67 × 1.81 × 1.0 = 300.01 l/s 3. Niezbędny stopień redukcji zawiesiny (sprawność osadnika) 4. Powierzchnia osadnika o przepływie poziomym Ap Nie można dobrać osadnika OS ze względu na wielkości oferowanych urządzeń. W związku z tym dobieramy osadnik wirowy OW

Przykład obliczeniowy – osadnik wirowy (OW) Ilość ścieków wymagających podczyszczenia Qnom = 27.16 l/s 2. Maksymalny przepływ ścieków kierowany do osadnika Qmax = 300.01 l/s 3. Niezbędny stopień redukcji zawiesiny (sprawność osadnika) h = 75 %

Przykład obliczeniowy – osadnik wirowy (OW) Dla wymaganych parametrów dobieram osadnik wirowy V2B1-4.

Przykład obliczeniowy – osadnik wirowy (OW) Osadnik wirowy V2B-4: Dw1 = Ø 1500, Dw2 = Ø 1200. Stary katalog Nowy katalog

Przykład obliczeniowy – osadnik wirowy (OW) Osadnik wirowy V2B-4: Dw1 = Ø 1500, Dw2 = Ø 1200, Hw = 1670 mm 4. Objętość magazynowania osadu (Vos) osadnika OW

Przykład obliczeniowy – osadnik wirowy (OW) 5. Krotność usuwania osadu w ciągu roku