Menu

Projektowanie sieci kanalizacji deszczowej

Wyznaczanie przepływu obliczeniowego ścieków deszczowych (według ZALECENIA PROJEKTOWANIA, BUDOWY I UTRZYMANIA ODWODNIENIA DRÓG ORAZ PRZYSTANKÓW KOMUNIKACYJNYCH - Warszawa 2009)

 Pojęcia podstawowe

System odwodnienia drogi – jest to zespół elementów zlokalizowanych w pasie drogowym, służących do odprowadzenia wód powierzchniowych i wgłębnych.
Pas drogowy – wydzielony pas terenu przeznaczony do ruchu lub postoju pojazdów oraz pieszych wraz z wszelkimi urządzeniami (w tym składowe odwodnienia).
Rów - otwarty wykop o głębokości powyżej 0,30 do 1,20 m, który zbiera i odprowadza wodę
Ściek – zagłębienie o głębokości do 0,30 m włącznie z umocnionym dnem, zbierające i odprowadzające wodę 
Przepust drogowy - obiekt inżynierski, służący do przeprowadzania wody pod konstrukcją drogi z jednej strony na drugą stronę drogi  
Odwodnienie powierzchniowe – odprowadzenie wód opadowych z powierzchni pasa drogowego jak również napływających z przyległych do niego terenów
 Odwodnienie wgłębne płytkie – służy do odprowadzenia wody infiltracyjnej przedostającej się w głąb nawierzchni drogowej 
Odwodnienie wgłębne głębokie – służy do obniżenie istniejącego poziomu zwierciadła wody gruntowej na głębokość wymaganą – zależną od rodzaju gruntu podłoża

Kanalizacja deszczowa – system kanałów podziemnych oraz studzienek wpustowych i rewizyjnych służących do podziemnego odprowadzenia wód opadowych

 

Ogólne zasady odwodnienia

 

Zadaniem systemu odwodnienia jest jak najszybsze i możliwie całkowite ujęcie i odprowadzenie wód opadowych do odbiornika, spływających z:
- poboczy, skarp, pasa dzielącego, powierzchni nawierzchni, pasa drogowego oraz przyległego terenu, jak również wód przenikających do konstrukcji nawierzchni wskutek podciągania kapilarnego z poziomu wody gruntowej i wody zalegającej w rowach.
Na rys. przedstawiono uproszczony schemat wód działających na konstrukcje nawierzchni oraz na elementy pasa drogowego.

 

Do podstawowych funkcji systemu odwodnienia dróg należy zaliczyć:
• skuteczne ujęcie i odprowadzenie wód opadowych w celu zmniejszenia ich wpływu na degradację nawierzchni i bezpieczeństwo użytkowników drogi
• skuteczne ujęcie i odprowadzanie wód przenikających do spodu konstrukcji nawierzchni i podłoża
• obniżenie zwierciadła wód gruntowych do poziomy wymaganego od spodu konstrukcji nawierzchni
• drenaż skarp niezbędny gdy torowisko ziemne przecina warstwa wodonośna
• drenaż ochronny w terenach osuwiskowych 
• odprowadzanie wód poza koronę drogi,
• oczyszczanie wód ze szkodliwych zanieczyszczeń pochodzących z użytkowania drogi

 

Ogólne zasady odwodnienia powierzchniowego

 

 Podstawowym warunkiem prawidłowego odwodnienia powierzchniowego nawierzchni jest wykonanie jej z zagwarantowaniem minimalnego spadku. Spadek ten pozwala na odprowadzenie w sposób skuteczny i po najkrótszej drodze wód opadowych przypadających na te powierzchnie. Spadek ten nazywany spadkiem wypadkowym lub ukośnym jest wypadkową dwóch wielkości: spadku podłużnego niwelety oraz spadku poprzecznego. Spadek wypadkowy iw wyznacza się jako wypadkową dwóch pochyleń
 • poprzecznego ip,
• podłużnego niwelety drogi in i oblicza się ze wzoru 

gdzie:
iw - pochylenie skośne (wypadkowe) nawierzchni,
ip - pochylenie poprzeczne nawierzchni,
in - pochylenie podłużne niwelety drogi.

Na drogach dwujezdniowych pochylenie poprzeczne jezdni na prostej powinno wynosić 2,5%.
 

3.4 Dane do obliczeń

 

 

Opady atmosferyczne.
Opady atmosferyczne to tworzące się z chmur produkty kondensacji pary wodnej zawartej w atmosferze ziemskiej. Kondensacja pary wodnej może występować:
na powierzchni przedmiotów, znajdujących się na ziemi lub nad nią w postaci rosy, szronu, szadzi i gołoledzi,
w najniższych warstwach atmosfery (tuż nad ziemią) jako mgła,
na pewnej wysokości nad ziemią w postaci chmur, z których w odpowiednich warunkach mogą powstać opady atmosferyczne jako mżawka, deszcz, śnieg, krupy lub grad
Opady ze względu na stan fizyczny i wielkość cząstek dzielimy na:

mżawkę czyli opad złożony wyłącznie z bardzo małych kropelek wody (poniżej 0,5 mm), w którym trudno odróżnić oddzielne krople. Mżawka powstaje ze zwartej, niskiej chmury sięgającej niekiedy aż do powierzchni
terenu,

deszcz składający się z pojedynczych kropelek wody w stanie ciekłym o różnej średnicy w granicach 0,05 mm do 7 mm. Krople bardzo duże (powyżej 2 mm) i bardzo małe (do 0,25 mm) występują rzadko. Prędkość spadania kropli deszczu wynosi przeciętnie 4 ÷ 5 m/s; dla dużych kropli dochodzi do 8 m/s,
śnieg będący opadem stałym złożonym z rozgałęzionych sześciokątnych kryształków lodu (śnieżynek). W temperaturze wyższej od -10°C dzięki zetknięciu z kropelkami mgły śnieżynki ulegają zazwyczaj zlepieniu w płatki,
krupy będące opadem w postaci okrągłych lub rzadziej stożkowatych nieprzezroczystych lub półprzezroczystych (z otoczką lodu) ziaren o średnicy od 2 mm do 5 mm,
grad będący kulkami lub nieregularnymi bryłkami lodu o średnicy od 5 mm do 50 mm (czasami nawet większymi). Grad pada zazwyczaj podczas burz, ale zawsze w temperaturze powyżej 0°C przy powierzchni ziemi.
Burza jest zjawiskiem kondensacji pary wodnej w atmosferze połączonym z widocznymi lub słyszalnymi wyładowaniami atmosferycznymi. Krótkotrwałe opady o dużym natężeniu nazwano nawalnymi lub ulewnymi. Jeżeli opady te występują podczas burzy to nazywamy je burzowymi.
Do wielkości charakteryzujących opady deszczowe zalicza się:

wielkość opadów,
natężenie opadu,

czas trwania deszczu,
meteorologiczna siła deszczu
częstotliwość deszczu
zasięg deszczu.

Natężenie opadu  (intensywność opadu) jest wielkością fizyczną charakteryzującą rozpatrywany opad atmosferyczny – stosunek przyrostu wysokości opadu do czasu, w którym ten przyrost nastąpił. Natężenie opadu obliczane jest według wzoru:


 

gdzie:
J - natężenie opadu [mm/min],
ΔP - przyrost wysokości opadu [mm],
Δt - czas, w którym nastąpił przyrost wysokości opadu [min].
Ogólne równanie wydajności opadów u w funkcji czasu trwania deszczu określa się według wzoru

 

gdzie:
u - wydajność opadu [mm],
α - współczynnik wydajności opadu zależny od czasu trwania deszczu,
t - czas trwania opadu [min].
Współczynnik wydajności opadu α oblicza się według wzoru

 

 

gdzie:
α – współczynnik wydajności opadu zależny od czasu trwania deszczu,
k – liczba ze skali Chomicza

 

Tabela. Skala Chomicza


Natężenie deszczu wyrażone w dm3/(s a) niezbędne przy obliczaniu odwodnienia deszczowego wyraża wzór

Czas trwania deszczu określany zazwyczaj w minutach ściśle wiąże się z natężeniem deszczu i prawdopodobieństwem jego wystąpienia. Czas trwania deszczu obliczeniowego odpowiada czasowi dopływu wód opadowych do odbiornika. Dla czasów dopływu do 10 minut w obrębie płaskich
zlewni przyjmuje się za podstawę obliczeniową deszcz 10– minutowy (przy wyjątkowo korzystnych warunkach spływu można przyjąć deszcz 5– minutowy).
Częstotliwość wystąpienia deszczu C jest to okres czasu wyrażony w latach, w którym wystąpi deszcz o danym lub większym natężeniu. Na podstawie częstotliwości wystąpienia deszczu określa się prawdopodobieństwo p intensywność jego powtórzenia się, wg wzoru
:

 

 

Prawdopodobieństwo pojawienia się deszczu p wyrażone w procentach określa, ile razy w przeciągu stulecia zostanie osiągnięte przekroczenie danego natężenia deszczu. Wartość prawdopodobieństwa pojawienia się deszczu określa stopień bezpieczeństwa bezawaryjnego działania urządzeń odwadniających.
Zasięg deszczu – wielkość obszaru objętego deszczem. Zależność zasięgu od natężenia deszczu wyraża zależność

 


gdzie:
F - powierzchnia obszaru objętego deszczem w km2
J - natężenie deszczu w mm/min.
Miarodajne natężenie opadu – deszcz o natężeniu będącym odpowiednikiem czasu jego trwania równemu czasowi spływu t cząsteczki wody z najodleglejszego punktu zlewni do rozważanego przekroju cieku, do którego jest odniesiony. Miarodajne natężenie deszczu wyrażone w zależności natężenia
deszczu od czasu jego trwania i prawdopodobieństwa pojawienia się wyraża wzór

 

gdzie :
q - natężenie deszczu miarodajnego [dm³/(s ·ha)],
t - czas trwania deszczu [min],
A - współczynnik zależny od prawdopodobieństwa pojawienia się deszczu oraz średniej rocznej wysokości opadu.
Wartość współczynnika
A w zależności od średniej rocznej wysokości opadu h [mm] oraz wartości prawdopodobieństwa pojawienia się deszczu p [%] przedstawiona została w tablicy

Tabela 2

Natężenie deszczu miarodajnego w dm3/sxha może być obliczane też ze wzoru Błaszczyka:

 

 

 

gdzie:

H - wysokość roczna opadu w mm

C - okres w ciągu którego może się pojawić deszcz o czasie trwania t C = 100/p, gdzie p -prawdopodobieństwo w % wystąpienia opadu

tm - czas trwania deszczu miarodajnego [min] zwykle 10-15 minut

 

dla warunków tm = 15 minut i p = 20% oraz opadzie rocznym 800 mm wartość q wyniesie około 160 dm3/sxha

 

 

Po obliczeniu wielkości przepływu ścieków deszczowych w poszczególnych odcinkach kanału dobiera się ich średnice przyjmując ich całkowite wypełnienie.

 

 

Zlewnie drogowe

 

Zlewnie są to obszary, w obrębie, których zbierająca się z opadów woda formuje się w strugi wodne i odpływa do odbiorników. Zlewnię charakteryzują procesy spływu, odpływu, przepływu i retencji – ukształtowanie pionowe zlewni, jej wielkość, kształt i 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, oraz zawilgocenie powierzchni gruntów oraz poziom zwierciadeł wód gruntowych.
Zlewnia drogowa to obszar, z którego wody spływają do ścieków i rowów przydrożnych. Granicami zlewni jest oś jezdni w przypadku spadku daszkowego lub krawędź jezdni bądź pobocza w przypadku jednostronnego pochylenia poprzecznego oraz linie wododziałów przebiegające w zależności od ukształtowania terenu i obecności terenowych cieków wodnych. W obszar zlewni 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 oraz przyległy teren określony na mapach z uwzględnieniem wododziałów. W zależności od ukształtowania terenu i obecności cieków wodnych w obszarze zlewni drogowych występować mogą zlewnie potoków, rowów przydrożnych, ścieków bądź rowów stokowych

Rys. Przykład zlewni drogowej.

Określenie odpływu ze zlewni

 

Współczynnik spływu ψ jest wielkością charakterystyczną dla każdej zlewni. Iloczyn wielkości zlewni i współczynnika spływu nazywany jest zlewnią zredukowaną, a sam współczynnik wyraża stosunek ilości wody deszczowej, która spłynie z danej powierzchni, do ilości, która spadła na tę powierzchnię wg
wzoru:


 

gdzie:
ψ - współczynnik spływu,
Qsp - wielkość spływu z danej powierzchni [dm3/s],
Qop - wielkość opadu na daną powierzchnię [dm3/s].
Powyższą zależność tłumaczy się tym, że część wody deszczowej wsiąka w teren zlewni, a część wyparowuje od razu przy zwilżaniu nagrzanych powierzchni albo po zakończeniu deszczu (wysychanie powierzchni zwilżonej). Wartość współczynnika spływu
ψ zależy od takich czynników, jak:
rodzaj pokrycia terenu,
czas trwania deszczu,
natężenie deszczu,
pochyłość terenu,

• budowa geologiczna wierzchnich warstw,
• początkowy stan wilgotności powierzchni,
• ciepłota powierzchni.
Największy wpływ na wartość współczynnika spływu ψ ma rodzaj pokrycia powierzchni i dlatego w praktyce najczęściej jest ona od niego uzależniana. Wielkość spływu może być przeanalizowana na podstawie planu zagospodarowania terenu, który określa dla poszczególnych zlewni cząstkowych
udział zabudowy, powierzchni komunikacyjnych (i ich sposób pokrycia lub umocnienia) oraz zieleni. Współczynnik spływu nie jest natomiast zależny od wysokości zabudowy.

 

Dane do obliczania wielkości spływów
Urządzenia odwadniające drogę muszą być w stanie odprowadzić spływające w normalnych warunkach wody opadowe bez wystąpienia szkód w obrębie drogi oraz przyległego terenu. Warunkiem prawidłowego zwymiarowania urządzeń odwadniających jest znajomość wielkości spływu opadów z odwadnianej powierzchni. Ilość wód opadowych do odprowadzenia jest różna i zależy od wielkości, rodzaju i udziału powierzchni szczelnych. Również rodzaj gruntu, rodzaj roślinności oraz ukształtowanie powierzchni odgrywają tu znaczną rolę. Poza tym wpływ na przebieg spływu wód opadowych ma również czas trwania oraz intensywność deszczu.


Wielkość spływów z powierzchni utwardzonych
Do obliczenia spływu z powierzchni komunikacyjnych konieczna jest znajomość z projektu drogowego wielkości powierzchni o różnych współczynnikach spływu (nawierzchnie asfaltowe, tłuczniowe, tereny zielone), kształt zlewni (zlewnia wydłużona – drogi, symetryczna – parkingi, MOP’y), przebiegu trasy w przekroju podłużnym (wykopy i nasypy), długości drogi odpływu, czas odpływu oraz usytuowania odbiornika wód opadowych np. kanału deszczowego, rowu przydrożnego lub zbiornika wodnego (naturalnego lub sztucznego).
Dane wyjściowe do obliczenia ilości spływów opadowych:

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.
Ogólny wzór  do obliczania spływów deszczowych ma postać

 

gdzie:
Q - natężenie spływu [dm³/s],
ϕ - współczynnik opóźnienia odpływu (mniejszy od 1),
ψ - współczynnik spływu (mniejszy od 1),
q - natężenie deszczu na jednostkę powierzchni (jednostkowe) [dm³/(ha · s)],
F - powierzchnia zlewni [ha].
Iloczyn
q x F oznacza ilość opadu, natomiast iloczyn ψ · q · F wyraża spływ z rozpatrywanej powierzchni F. Sposób stosowania współczynnika opóźnienia ϕ zależy od przyjętej metody obliczania ilości wód opadowych. W zależności od rozmiarów zlewni oznacza się również współczynnik opóźnienia odpływu φ w tzw. wzorach pierwiastkowych na określenie przepływów w sieci. Współczynnik opóźnienia wg Bürkli-Zieglera ma postać:

 

gdzie:
φ –współczynnik opóźnienia odpływu,
F – powierzchnia zlewni [ha],
n – współczynnik zależny od spadku i ukształtowania powierzchni.

 

Urządzenia odwadniające drogę muszą odprowadzić spływające w normalnych warunkach wody opadowe bez wystąpienia szkód w obrębie drogi i przyległego terenu. Warunkiem prawidłowego zwymiarowania urządzeń odwadniających jest znajomość wielkości spływu opadów z odwadnianej
powierzchni określonej według zaleceń zawartych powyżej.
W szczególności należy określić następujące parametry:

Wielkość spływu z dróg i ulic
Prawdopodobieństwo pojawienia się opadów na danej drodze według zaleceń zawartych w RMTiGM 
a)
p = 10 % - na drodze klasy A lub S,
b)
p = 20 % - na drodze klasy GP,
c)
p = 50 % - na drodze klasy G lub Z,
d)
p = 100 % - na drodze klasy L lub D.
Wartość współczynnika spływu
ψ   według wymagań zawartych w normie PN-S-02204 „Drogi samochodowe. Odwodnienie dróg”

dla korony jezdni 0,90
dla chodników 0,85
dla pozostałych obszarów w pasie drogowym:
- dla pochylenia terenu
i<5% 0,70
- dla pochylenia terenu
i>5% 0,80
- dla skarp o 
i>10% 0,90
dla obszarów poza pasem drogowym (małe zlewnie):
- dla zlewni o glebach łatwo przepuszczalnych 0,55
- dla zlewni o glebach nieprzepuszczalnych 0,70
- dla zlewni o stromych stokach (
i>10%) 0,85
Norma podaje również procedurę postępowania w dla zlewni składającej się z obszarów o zróżnicowanym współczynniku spływu. Wartość tego współczynnika zwanego zastępczym współczynnikiem spływu
ψz wyznaczamy wówczas z wzoru

 

Fi – powierzchnia obszaru nr „i” o jednorodnej wartości współczynnika spływu,
ψi – wartość współczynnika ψ w obszarze nr „i”.

 

Tabela wartości współczynnika spływu


  

Kalkulatory internetowe

Obecnie obliczenia kanałów można wykonać przy pomocy kalkulatora online. Programy dostępne na stronach pozwalają w sposób szybki i skuteczny dobrać dowolną średnicę kanału o różnym kształcie (kołowy, owalny, jajowy, itp.), obliczyć jego współczynnik wypełnienia, obwód zwilżony, itd.  Przykładowy adres kalulatora opracowany przez p. Kazimierza Ziombera jest pod adresem https://www.rationalsewer.com/index.php?action=KalkulatorHydraulicznyPrzewodu

 

 

 

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});