Upload
others
View
5
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
POLITECHNIKA WROCŁAWSKA
WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA
KATEDRA WODOCIĄGOacuteW I KANALIZACJI (K42W07D08)
Notatki metodyczne do wykładoacutew z KANALIZACJI 1
i ćwiczeń projektowych z KANALIZACJI 2
- na podstawie podręcznikoacutew
[1] Kotowski A Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenoacutew
Wydawnictwo Seidel-Przywecki Warszawa 2011
[2] Kotowski A Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenoacutew
Sieci kanalizacyjne (Tom I) Wydawnictwo Seidel-Przywecki (Wydanie II)
Warszawa 2015
[3] Kotowski A Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenoacutew
Obiekty specjalne (Tom II) Wydawnictwo Seidel-Przywecki (Wydanie II)
Warszawa 2015
Opracował zespoacuteł autorski
Prof dr hab inż Andrzej Kotowski
Dr inż Katarzyna Ewa Wartalska
Dr hab inż Bartosz Kaźmierczak prof uczelni
Wrocław 2020 r
KANALIZACJA I
2
TREŚCI PROGRAMOWE PRZEDMIOTU Kanalizacja 1
Forma zajęć ndash wykład Liczba
godzin
Wy1 Program wykładoacutew Cele zadania i standardy kanalizacji wg PN-EN 752 2
Wy2 Klasyfikacja i ogoacutelna charakterystyka konwencjonalnych i niekonwencjonalnych
systemoacutew usuwania ściekoacutew 2
Wy3 Funkcjonowanie kanalizacji grawitacyjnej z obiektami specjalnymi 2
Wy4 Zagrożenia dla kanalizacji wynikające ze zmian klimatu 2
Wy5 Metody bilansowania ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych 2
Wy6 Pomiary i charakterystyka opadoacutew - modele fizykalne i probabilistyczne 2
Wy7 Dotychczasowe metody czasu przepływu bilansowania woacuted opadowych 2
Wy8 Metoda maksymalnych natężeń do wymiarowania kanalizacji deszczowej 2
Wy9 Obliczenia hydrauliczne przewodoacutew i kanałoacutew ściekowych 2
Wy10 Zasady doboru grawitacyjnych kanałoacutew ściekowych i deszczowych 2
Wy11 Doboacuter układu i zasady trasowania sieci kanalizacyjnych 2
Wy12 Zasady wysokościowego sytuowania i połączeń kanałoacutew 2
Wy13 Metody projektowania syfonoacutew i przepompowni ściekoacutew 2
Wy14 Materiały i uzbrojenie sieci kanalizacyjnych 2
Wy15 Techniki budowy i ogoacutelne zasady eksploatacji sieci kanalizacyjnych 2
Suma godzin 30
CELE PRZEDMIOTU
C1 Zdobycie wiedzy w zakresie bilansowania odpływu roacuteżnych rodzajoacutew ściekoacutew
C2 Zdobycie wiedzy o sposobach usuwania roacuteżnych rodzajoacutew ściekoacutew
C3 Zdobycie wiedzy w zakresie bezpiecznych metod wymiarowania odwodnień terenoacutew
C4 Zdobycie wiedzy w zakresie podstaw inżynierskiego projektowania systemoacutew usuwania ściekoacutew
PRZEDMIOTOWE EFEKTY KSZTAŁCENIA
Z zakresu wiedzy
PEK_W01 Ma uporządkowaną podbudowaną teoretycznie wiedzę ogoacutelną obejmującą kluczowe
zagadnienia z zakresu usuwania ściekoacutew
PEK_W02 Ma podstawową wiedzę o trendach rozwojowych metod z zakresu bilansowania odpływu
roacuteżnych rodzajoacutew ściekoacutew sposoboacutew usuwania i metod bezpiecznego wymiarowania
odwodnień terenoacutew oraz podstaw inżynierskiego projektowania systemoacutew usuwania
ściekoacutew
PEK_W03 Zna podstawowe metody techniki narzędzia i materiały stosowane przy rozwiązywaniu
zadań inżynierskich z zakresu projektowania systemoacutew usuwania ściekoacutew
Z zakresu kompetencji społecznych
PEK_K01 Potrafi odpowiednio określić priorytety służące realizacji zadań związanych z
projektowaniem systemoacutew usuwania ściekoacutew
PEK_K02 Prawidłowo identyfikuje i rozstrzyga dylematy związane z projektowaniem i oceną
działania systemoacutew usuwania ściekoacutew w tym wpływu na środowisko w przyszłości
KANALIZACJA I
3
TREŚCI PROGRAMOWE PRZEDMIOTU Kanalizacja 2
TREŚCI PROGRAMOWE
Forma zajęć - projekt Liczba
godzin
Pr1 Program ćwiczenia projektowego zakres i wymagania 1
Pr2 Sporządzenie bilansu odpływu ściekoacutew komunalnych 2
Pr3 Wykonanie krzywych deszczy (IDF) 2
Pr4 Obliczenia hydrauliczne sieci kanalizacji deszczowej 5
Pr5 Sporządzenie planu spadkoacutew i zagłębień kanalizacji deszczowej 2
Pr6 Obliczenia hydrauliczne sieci kanalizacji bytowo-gospodarczej i
przemysłowej z uwzględnieniem możliwych kolizji z siecią deszczową 4
Pr7 Sporządzenie planu spadkoacutew i zagłębień sieci kanalizacji bytowo-
gospodarczej i przemysłowej 2
Pr8 Wykonanie profilu podłużnego głoacutewnego kolektora kanalizacji deszczowej 2
Pr9 Wykonanie profilu podłużnego głoacutewnego kolektora kanalizacji bytowo-
gospodarczej i przemysłowej 2
Pr10 Sporządzenie planu sieci kanalizacyjnych 3
Pr11 Projekt techniczny wybranego obiektu kanalizacyjnego 2
Pr12 Sporządzenie opisu technicznego projektu 3
Suma godzin 30
CELE PRZEDMIOTU
C1 Nabycie umiejętności wykonywania bilansoacutew odpływu ściekoacutew i woacuted opadowych
C2 Nabycie umiejętności określania strumieni ściekoacutew bytowo-gospodarczych
przemysłowych i opadowych oraz przypadkowych
C3 Nabycie umiejętności wymiarowania kanałoacutew grawitacyjnych sieci kanalizacyjnych
C4 Nabycie umiejętności sporządzania planoacutew i profili sieci kanalizacyjnych
C5 Nabycie umiejętności projektowania obiektoacutew na sieci kanalizacyjnej
C6 Nabycie umiejętności sporządzania opisu technicznego projektu
PRZEDMIOTOWE EFEKTY KSZTAŁCENIA
Z zakresu umiejętności
PEK_U01 Potrafi dokonać identyfikacji i sformułować specyfikację zadań inżynierskich o
charakterze praktycznym charakterystycznych dla rozdzielczego sytemu usuwania
ściekoacutew
PEK_U02 Potrafi ocenić przydatność metod i narzędzi służących do rozwiązania zadania
inżynierskiego charakterystycznego dla rozdzielczego systemu usuwania ściekoacutew oraz
wybrać właściwe metody obliczeniowe
PEK_U03 Potrafi zaprojektować oraz zrealizować system typowy dla rozdzielczego sposobu
usuwania ściekoacutew używając właściwych metod technik i narzędzi
Z zakresu kompetencji społecznych
PEK_K01 Potrafi odpowiednio określić priorytety służące realizacji określonego zadania
związanego z projektowaniem systemoacutew usuwania ściekoacutew
PEK_K02 Prawidłowo identyfikuje i rozstrzyga dylematy związane z projektowaniem i oceną
działania systemoacutew usuwania ściekoacutew w tym wpływu na środowisko w przyszłości
KANALIZACJA I
4
1 WPROWADZENIE
Pojęcie bdquoKANALIZACJArdquo oznacza
zespoacuteł budowli inżynierskich czyli system - do spełniania określonych celoacutew
naukę stosowaną - o projektowaniu budowie i eksploatacji sieci oraz obiektoacutew do
odprowadzania oraz unieszkodliwiania ściekoacutew tj woacuted zużytych i opadowych
Cele kanalizacji na terenach zurbanizowanych (osadniczych) to [1 2 3]
1) Utrzymanie warunkoacutew higienicznych (czyli sanitarnych) przez zbieranie i odprowadzanie
ściekoacutew do oczyszczalni gdzie następuje ich unieszkodliwienie
2) Zapobieganie szkodom związanym z zalewaniem bądź podmakaniem terenoacutew i obiektoacutew
3) Zapewnienie przejezdności powierzchni komunikacyjnych np jezdni przejść pieszych w
tym podziemnych (woda co najwyżej do poziomu krawężnikoacutew)
Utrzymanie warunkoacutew higienicznych (cel 1) jest głoacutewnym i pierwotnym celem
kanalizacji jednostek osadniczych Problemy higieniczne wynikają głoacutewnie z obecności
zanieczyszczeń mikrobiologicznych w składzie ściekoacutew bytowo-gospodarczych związanych
z życiem i działalnością ludzi a także niekorzystnego wpływu na środowisko w tym na
trwałość kanałoacutew składu fizyczno-chemicznego ściekoacutew przemysłowych
Cele 2 i 3 dotyczą zwłaszcza woacuted opadowych tj deszczowych i roztopowych Z
punktu widzenia ochrony środowiska wody opadowe zbierane kanalizacją z uszczelnionych
powierzchni terenoacutew zurbanizowanych są ściekami Roacutewnolegle do postulatu sanitarnego
cele te zyskały na znaczeniu wraz ze wzrostem gęstości i wartości zabudowy oraz
intensyfikacji wykorzystywania powierzchni terenoacutew na cele komunikacyjne
Co nas czeka w przyszłości - kilka faktoacutew i prognoz [2]
TEZA Wzrost średniej rocznej temperatury powietrza wywołuje zwiększoną cyrkulację
wody w cyklu hydrologicznym i nasilenie się występowania ekstremalnych zjawisk
pogodowych jak susze powodzie trąby powietrzne
DOWODY
bull W Warszawie na przestrzeni 232 lat (1779-2010) zarejestrowano wzrost temperatury
powietrza o 16oC (tj 007oC na dekadę)
- wg VI Raport Rządowy RP dla Konferencji Stron Ramowej Konwencji NZ w sprawie zmian klimatu
Warszawa 2013
bull Globalny wzrost temperatury w latach 1960-2005 wynioacutesł 074oC (016oC na dek)
- wg IPCC 2007 The Physical Science Basis Cambridge University Press
bull Na przestrzeni 50 lat (1960-2009) we Wrocławiu nastąpił wzrost intensywności opadoacutew
średnio o około 13 przy malejącym trendzie rocznych sum wysokości
- wg Kaźmierczak B Kotowski A Trendy zmian wysokości i intensywności opadoacutew maksymalnych do
modelowania kanalizacji we Wrocławiu Gaz Woda i Technika Sanitarna 2013 nr 5
PROGNOZY ndash na przyszłość
bull Według prognoz IPCC - opartych na globalnym modelu klimatu w bieżącym stuleciu
temperatura powietrza może się podnieść o dalsze 17oC do nawet 44oC a na każdy
stopień wzrostu temperatury szacuje się globalnie ok 7 wzrost intensywności opadoacutew
- wg Landerink G Meijgaard EV Increase in hourly precipitation extremes beyond expectations from
temperature changes Nature Geosci 2008
KANALIZACJA I
5
bull W bieżącym (XXI) stuleciu poziom moacuterz i oceanoacutew może się podnieść nawet o 10 m -
co zagraża już zalaniem znacznych powierzchni przybrzeżnych
- wg IPCC 2014 Impacts Adaptation and Vulnerability Cambridge University Press
bull Z powodu ocieplenia klimatu zmieni się istotnie struktura opadoacutew w Polsce - w
projekcji na lata 2071-2100 - biorąc za podstawę okres 1951-2009 (wg modelu
klimatycznego dla Europy HadRM3-PRECIS)
- wg Pińskwar I Projekcje zmian w ekstremach opadowych w Polsce Monografia Komitetu Gospodarki
Wodnej Polskiej Akademii Nauk Warszawa 2010
Wspoacutełczesne standardy odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych
Niezawodność działania systemoacutew kanalizacji deszczowej czy ogoacutelnospławnej nie jest
w pełni możliwa do osiągnięcia ze względu na losowy charakter opadoacutew Dążyć należy zatem
do bezpiecznego ich wymiarowania tj gwarantującego osiągnięcie wspoacutełcześnie
wymaganego standardu odwodnienia terenoacutew ktoacutery definiuje się jako przystosowanie
systemu do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych) strumieni woacuted opadowych z
częstością roacutewną dopuszczalnej (akceptowalnej społecznie) częstości wystąpienia wylania
na powierzchnię terenu (tab 11) ndash także w przyszłości [1 2 3]
Tab 11 Zalecane częstości projektowe deszczu obliczeniowego i dopuszczalne częstości wystąpienia
wylania wg PN-EN 7522008 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Rodzaj zagospodarowania terenu
- standard odwodnienia terenu
Częstość wystąpienia
wylania
[1 raz na C lat]
1 na 1 I Tereny pozamiejskie 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
Polska norma - zharmonizowana z europejską normą PN-EN 752 z 2008 roku
ogranicza częstość wylewoacutew z kanalizacji do rzadkich powtarzalności ich występowania
1 raz na 10 lat - w przypadku terenoacutew pozamiejskich (wiejskich) oraz
1 raz na 20 30 lub 50 lat dla terenoacutew miejskich - odpowiednio do rodzaju
zagospodarowania przestrzennego terenu ndash standardu odwodnienia terenu (tab 11)
Najnowsza wersja normy PN-EN 752 z 2017 roku zaleca już roacuteżnicowanie
dopuszczalnej częstości wylewoacutew z kanałoacutew w siedmiostopniowej skali wpływu zagrożenia
na środowisko - dla przykładowo zdefiniowanych lokalizacji (tab 11a) W szczegoacutelności
dopuszcza częstsze wylewy ndash na terenach pozamiejskich (C le 10 lat) ale także rzadsze
wylewy - na terenach mieszkaniowych (dla budynkoacutew podpiwniczonych C = 30 lat)
Tab 11a Kryteria zagrożeń oraz dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew wg PN-EN 7522017
Stopień zagrożenia Przykładowe lokalizacje terenoacutew Częstość wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Bardzo mały Drogi lub otwarte przestrzenie z dala od budynkoacutew 1
Mały Tereny rolnicze w zależności od wykorzystania (np
pastwiska grunty orne) 2
Mały do średniego Otwarte przestrzenie wykorzystane do celoacutew publicznych 3
Średni Drogi lub otwarte przestrzenie w pobliżu budynkoacutew 5
Średni do wysokiego Zalania zamieszkanych budynkoacutew z wyłączeniem piwnic 10
Wysoki Głębokie zalania zamieszkanych piwnic lub przejazdoacutew
pod ulicami 30
Bardzo wysoki Infrastruktura krytyczna 50
KANALIZACJA I
6
Do projektowania nowych systemoacutew kanalizacyjnych cytowane normy (PN-EN
75220082017) zalecają przyjmowanie następujących częstości deszczu obliczeniowego
1 raz na rok - dla terenoacutew pozamiejskich
1 raz na 2 5 lub 10 lat dla terenoacutew miejskich
- przy czym nie mogą występować woacutewczas żadne przeciążenia w działaniu systemoacutew
grawitacyjnych (np praca pod ciśnieniem) co jest roacutewnoznaczne z projektowaniem kanałoacutew
na niecałkowite wypełnienia
Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do projektowania odwodnień droacuteg - wg
Rozporządzenia MTiGM z 1999 r podano w tabeli 12
Tab 12 Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do projektowania
odwodnień droacuteg w Polsce - wg Rozporządzenia MTiGM1999
Rodzaj ndash klasa drogi
Częstości projektowe
opadoacutew deszczu
[1 raz na C lat]
Lokalna (L) dojazdowa (D) 1 na 1
Głoacutewna (G) zbiorcza (Z) 1 na 2
Głoacutewna ruchu przyspieszonego (GP) 1 na 5
Autostrada (A) ekspresowa (S) 1 na 10
Ustalenie związku pomiędzy częstością deszczu obliczeniowego i częstością wylania
nie jest jednak możliwe do uogoacutelnienia zwłaszcza na etapie projektowania kanalizacji
Pomocne okazują się tutaj zalecenia niemieckie wg DWA-A 118 z 2006 r wprowadzające
pojęcie częstości nadpiętrzenia do poziomu terenu do obliczeń sprawdzających przy pomocy
modelowania hydrodynamicznego przez co staje się możliwe wyznaczenie stanu
przeciążenia ktoacutery jest najbliższy potencjalnie występującemu w dalszej kolejności wylaniu
Tab 13 Dopuszczalne częstości nadpiętrzenia do obliczeń sprawdzających nowoprojektowanych
bądź modernizowanych systemoacutew kanalizacyjnych wg DWA-A 1182006
Rodzaj zagospodarowania terenu Częstość nadpiętrzenia
[1 raz na C lat]
Tereny wiejskie 1 na 2
Tereny mieszkaniowe 1 na 3
Centra miast tereny usług i przemysłu rzadziej niż 1 na 5
Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp rzadziej niż 1 na 10
Wymiarowanie kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej w Polsce napotyka na
podstawową trudność wynikającą z braku wiarygodnego modelu opadoacutew do określania
miarodajnego natężenia deszczu Dotychczas stosowany wzoacuter Błaszczyka - oparty na opadach
z przełomu XIX i XX wieku (zarejestrowanych przeszło100 lat temu) zaniża bowiem wyniki
obliczeń obecnych natężeń deszczy o rząd 40 Ponadto stosowana dotychczas w Polsce
tzw metoda granicznych natężeń (MGN) dodatkowo redukuje strumień spływu woacuted
opadowych (Qm) w stosunku do innych metod - stosowanych przykładowo w Niemczech
(MWO i MZWS) - w podobnych warunkach hydrologicznych Roacuteżnice obliczanych strumieni
Qm sięgają nawet 100 - na niekorzyść MGN Metoda ta wymagała więc pilnej modyfikacji
co zostało zaproponowane w podręcznikach [1 2 3]
Systemy kanalizacyjne projektowane są zwykle na perspektywę minimum 50divide100 lat Z
powodu systematycznego ocieplania się klimatu w przyszłości wystąpi jeszcze więcej
ekstremalnych zjawisk opadowych prowadzących do tzw powodzi miejskich [2] ktoacutere
powodować będą jeszcze większe niż obecnie straty gospodarcze i społeczne (fot 1divide4)
Uwzględnienie tych prognoz w perspektywie 2100 roku jest niezbędne już dzisiaj do
bezpiecznego wymiarowania wspoacutełcześnie budowanych systemoacutew odwodnień terenoacutew
KANALIZACJA I
7
Fot 1 Warszawa - Trasa Toruńska w dn 9062013 r (httpkontakt24tvn24pl)
Fot 2 Gdańsk - Wrzeszcz w dn 25062013 r (httpnaszafotografiapl)
Fot 3 Wrocław ul Legnicka w dn 27052014 r (httpwwwgazetawroclawskapl)
STAN PRAWNY PROJEKTOWANIA KANALIZACJI w POLSCE
Zgodnie Ustawą z 12 września 2002 roku o normalizacji (Dz U Nr 169 poz 1386)
stosowanie Polskich Norm (PN) jest bdquodobrowolnerdquo podobnie też norm europejskich (EN) w
tym zharmonizowanych (PN-EN) a także norm międzynarodowych (ISO) Rangę prawną
mają ustawy czy rozporządzenia do ustaw Ustawa z 2002 roku dostosowała więc krajową
normalizację do reguł europejskiego systemu prawnego (UE) Dla projektantoacutew
wykonawcoacutew czy eksploatatoroacutew obiektoacutew budowlanych branży sanitarnej (i nie tylko) od
lat przyzwyczajonych do obowiązkowego stosowania polskich norm (w tym branżowych)
jest to istotna zmiana Normy nie są obecnie aktami prawnymi Oznacza to tyle że należy je
traktować jako źroacutedło przepisoacutew pozaprawnych na roacutewni np z aktualnymi wytycznymi
technicznymi projektowania (WTP) czy też publikowanymi wynikami z prac badawczych ndash
odnośnie np nowych metod wymiarowania kanalizacji [1 2 3]
Obecny stan prawny nakłada więc na projektantoacutew i wykonawcoacutew obiektoacutew
budowlanych większą odpowiedzialność tym obowiązek bezpiecznego wymiarowania i
starannego wykonywania inwestycji ndash zgodnie ze sztuką budowlaną wynikającą z najlepszej
dostępnej wiedzy technicznej (BAT ndash Best Available Techniques BMP ndash Best Menagment
Practices LID ndash Law Impact Development ZWT ndash Zasad Wiedzy Technicznej) Idea ta
znajduje zastosowanie w podręcznikach [1 2 3] w odniesieniu do nowych zasad i metod
KANALIZACJA I
8
wymiarowania systemoacutew odwodnień terenoacutew ndash w duchu zaleceń normy PN-EN 752
dostosowanej do postulatu Europejskiego Komitetu Normalizacji (CEN) - ujednolicenia
poziomu wymagań co do ochrony terenoacutew zurbanizowanych przed wylewami z systemoacutew
kanalizacyjnych w państwach UE Uwzględniono przy tym najnowsze branżowe wytyczne
Niemieckiego Stowarzyszenia Gospodarki Wodnej Ściekowej i Odpadowej wg ATV-A 110
DWA-A 117 i DWA-A 118 czy też zalecenia Krajowego Urzędu ds Środowiska Bawarii wg
Merkblatt Nr 433 i Merkblatt Nr 439
Na podstawie doniesień literaturowych odnośnie prognozowanego wzrostu
intensywności opadoacutew w perspektywie 2100 roku zaproponowano podjęcie już dzisiaj
odpowiednich działań zaradczych w tym zaprezentowano scenariusze opadoacutew do
modelowania przeciążeń kanałoacutew w przyszłości ndash stosowane już w wielu krajach
europejskich - dla zachowania obecnych standardoacutew odwodnień terenoacutew (tab 11divide13) także
w przyszłości
W II wydaniu podręcznika Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenoacutew
(z 2015 r) przedstawiono aktualne podstawy bezpiecznego projektowania grawitacyjnych
systemoacutew (tj sieci i obiektoacutew) kanalizacyjnych w Polsce
tom I dotyczy metod wymiarowania sieci kanalizacyjnych [2]
tom II ndash dotyczy obiektoacutew specjalnych takich jak przelewy burzowe separatory
strumieni objętości zbiorniki retencyjne regulatory hydrodynamiczne czy separatory
sedymentacyjno-flotacyjne [3]
W celu ułatwienia percepcji treści II wydania książki ndash w prezentowanych notatkach
do wykładoacutew zachowano oryginalną numerację rysunkoacutew tabel i wzoroacutew jak w [2 3]
(Wydaw Seidel-Przywecki Warszawa 2015) - dostępne na
wwwandrzejkotowskipl
II wydanie książki zawiera uaktualnienie i rozszerzenie treści - względem I wydania z
2011 r [1] min o
charakterystykę niekonwencjonalnych systemoacutew kanalizacyjnych
zagrożenia dla infrastruktury miast wywoływane zmianami klimatu w przyszłości
zasady kalibracji i walidacji modeli hydrodynamicznych zjawiska opad-odpływ
przykłady modelowania przeciążeń hydraulicznych w kanalizacji deszczowej
zasady projektowania i metody wymiarowania przepompowni sieciowych ściekoacutew
najnowsze wytyczne techniczne wymiarowania (WTW) systemoacutew kanalizacyjnych
bezpieczną metodę obliczania objętości użytkowej zbiornikoacutew retencyjnych ściekoacutew
Podręczniki [1 2 3] adresowane są do studentoacutew i pracownikoacutew naukowych wyższych
uczelni technicznych i rolniczych a także do projektantoacutew wykonawcoacutew i eksploatatoroacutew
systemoacutew usuwania ściekoacutew oraz zagospodarowania spływoacutew woacuted deszczowych miast i
gmin
2 OGOacuteLNA CHARAKTERYSTYKA SYSTEMOacuteW
KANALIZACYJNYCH
21 RYS HISTORYCZNY ROZWOJU KANALIZACJI
Bliski Wschoacuted Na najstarsze ślady starożytnych przewodoacutew wodnych natrafiono w
Syrii (dawniej Asyria) gdzie już ok 3500 lat pne w miejscowości Habuba Kabira nad
brzegiem Eufratu istniała rozwinięta cywilizacja Znaleziono tam ślady przewodoacutew o
przekroju kołowym z rur ceramicznych (łączonych na bdquobosy koniec-kielichrdquo) lub
prostokątnym układanych z kamieni i cegieł doprowadzających wodę pitną bądź
odprowadzających wody opadoweścieki (rys 21)
KANALIZACJA I
9
Rys 21 Historyczne sposoby budowy przewodoacutew i kanałoacutew wodnych
Historia budowy i rozwoju systemoacutew odwodnień terenoacutew (kanalizacji) sięga 3000 lat
przed narodzeniem Chrystusa Przykładowo w Babilonie stosowano już woacutewczas drenaże i
studnie chłonne do odprowadzania woacuted deszczowych z dachoacutew czy utwardzonych placoacutew i
ulic do gruntu
W Egipcie w grobowcu z ok 2700 r pne w miejscowości Saqquara przy ujściu Nilu
odkryto pierwszą bdquotoaletęrdquo ndash bdquoprzeznaczonąrdquo dla zmarłych Około roku 2500 r pne w
miastach Mezopotamii budowane były już pierwsze sieci kanałoacutew do odprowadzania ściekoacutew
z toalet domowych spłukiwanych wodą - do dołoacutew kloacznych Kanały były budowane z rur
miedzianych
Europa Początki rozwoju systemoacutew kanalizacyjnych w starożytnym Rzymie sięgają
VIII do VII wieku pne Około 610 roku pne zaczęto budować głoacutewny kanał ściekowy
zwany bdquoCloaca Maximardquo ktoacutery funkcjonuje do dzisiaj (wymiar odcinka końcowego 31541
m) Początkowo służył do odprowadzania woacuted deszczowych a poacuteźniej i ściekoacutew bytowych
Retencjonowano też wody deszczowe w zbiornikach zwanych cysternami Powstanie
nowoczesnych systemoacutew kanalizacyjnych w Europie - z oczyszczaniem ściekoacutew włącznie
wiązało się z tzw rewolucją przemysłową i burzliwym rozwojem miast w w XIX wieku
Wybuch epidemii cholery w 1831 r zdecydowanie przyspieszył ten proces
Polska Początki rozwoju kanalizacji na ziemiach polskich sięgają XIV wieku ndash
Gdańsk Krakoacutew Kamieniec Bolesławiec Reszel i inne Przykładowo na Dolnym Śląsku w
Bolesławcu od 1531 roku ścieki komunalne odprowadzane były nie do rzeki Boacutebr lecz na
łąki w celu ich rolniczego wykorzystania (naturalny nawoacutez) a jednocześnie
unieszkodliwiania (oczyszczania) System eksploatowany był do początku XX wieku W
Reszlu natomiast pozostają nadal w eksploatacji kanały bdquokrzyżackierdquo stanowiące istotny
element systemu kanalizacyjnego miasta Pierwsze bdquokompleksowerdquo systemy kanalizacyjne na
ziemiach polskich powstały w Gdańsku (1871) we Wrocławiu (1881-90) i w Warszawie
(1900 - inż Lindley) Zaczęto też wprowadzać coraz powszechniej w większych miastach
tzw klozety wodne - bdquoWCrdquo
Jak uczy historia cywilizacji powinniśmy dążyć wspoacutełcześnie do projektowania i
budowy systemoacutew kanalizacyjnych w taki sposoacuteb - stosując odpowiednie metody
obliczeniowe oraz materiały i technologie - aby mogły one sprawdzać się w działaniu za 100 i
więcej lat
22 RODZAJE I POCHODZENIE ŚCIEKOacuteW
Ścieki - definiowane jako wody zużyte odprowadzane przez kanalizację zbierane są z
gospodarstw domowych (budownictwo jedno- i wielorodzinne)
obiektoacutew użyteczności publicznej i zakładoacutew usługowych (biur urzędoacutew instytucji
szkoacuteł szpitali sklepoacutew myjni pralni basenoacutew kąpielowych itp)
zakładoacutew przemysłowych i rzemieślniczych
Ścieki powstają w wyniku wykorzystania wody wodociągowej lub z własnych ujęć na
cele
spłukiwania fekalioacutew - w ubikacjach (WC)
higieniczne - związane z myciem się kąpielami itp
KANALIZACJA I
10
gospodarcze - związane z praniem bielizny przygotowywaniem posiłkoacutew
utrzymaniem czystości pomieszczeń itp
technologiczno-produkcyjne - związane z przetwarzaniem surowcoacutew wytwarzaniem
żywności produkcją wyroboacutew itp
Ze względu na skład fizyko-chemiczny ścieki można podzielić na
ścieki bytowo-gospodarcze nazywane też bytowymi (a w żargonie inżynierskim
bdquosanitarnymirdquo) pochodzące z gospodarstw domowych zakładoacutew usługowych i
obiektoacutew użyteczności publicznej
ścieki przemysłowe zwane też poprodukcyjnymi pochodzące z zakładoacutew
przemysłowych i rzemieślniczych
Odrębne grupy stanowią
ścieki opadowe (deszczowe i roztopowe) pochodzące z opadoacutew deszczu bądźi
topnienia śniegu czy lodu - spłukujące zanieczyszczenia z uszczelnionych powierzchni
zlewni po okresach tzw suchej pogody (pogody bezopadowej bezdeszczowej)
ścieki ogoacutelnospławne (komunalne) będące najczęściej mieszaniną ściekoacutew bytowo-
gospodarczych przemysłowych woacuted podziemnych (infiltrujących do kanałoacutew przez
nieszczelności) oraz ściekoacutew opadowych
23 KLASYFIKACJA SYSTEMOacuteW USUWANIA ŚCIEKOacuteW
Kanalizacja to zespoacuteł urządzeń - czyli system (sieci i obiekty) do zbierania i
odprowadzania ściekoacutew i woacuted opadowych z terenoacutew zurbanizowanych i przemysłowych do
oczyszczalni gdzie następuje ich unieszkodliwienie Elementy składowe systemu
kanalizacyjnego jako całości to [1 2]
kanalizacja wewnętrzna (instalacje wewnętrzne) - w budynkach z przyborami
sanitarnymi (WC wanny umywalki natryski wpusty podłogowe itp)
kanalizacja zewnętrzna
sieć osiedlowa lub zakładowa (komunalna prywatna wspoacutelnotowa)
sieć zbiorcza miejska (komunalna)
specjalne obiekty sieciowe (pompowanie zbiorniki retencyjne przelewy burzowe
separatory syfony)
oczyszczalnie ściekoacutew
Kanalizację zewnętrzną można podzielić według następujących kryterioacutew
A Strumienia odprowadzanych ściekoacutew
pełna - wszystkie rodzaje ściekoacutew
częściowa - np tylko ścieki bytowo-gospodarcze
mieszana - fragmentami pełnaczęściowa
B Zasięgu terytorialnego
lokalna - osiedlowa zakładowa wspoacutelnotowa
miejska - całe miasto
grupowa - kilka miast wsi
C Konstrukcji kanałoacutew
kryta - podziemna
otwarta - powierzchniowa (rowy koryta)
mieszana
D Sposobu przepływu ściekoacutew
grawitacyjna
KANALIZACJA I
11
ciśnieniowa (pneumatyczna lub hydrauliczna)
podciśnieniowa (proacuteżniowa)
mieszana
E Rodzaju odprowadzanych ściekoacutew
bytowo-gospodarcza (ściekowa w żargonie bdquosanitarnardquo)
przemysłowa
deszczowa
ogoacutelnospławna (wszystkie rodzaje ściekoacutew)
F Funkcjonowania systemu
ogoacutelnospławna (jednoprzewodowa)
rozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa)
poacutełrozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa)
bezodpływowa (szamba i wozy asenizacyjne)
odciążona (szamba i sieć zbiorcza)
mieszana (fragmentami roacuteżna sieć)
Budowane obecnie systemy usuwania ściekoacutew można ogoacutelnie podzielić na
konwencjonalne - o grawitacyjnym przepływie ściekoacutew
niekonwencjonalne - o przepływie wymuszonym pod- bądź nadciśnieniem
mieszane - fragmentami konwencjonalne i niekonwencjonalne
Rys 22 Generalny podział systemoacutew kanalizacyjnych - ze względu na przepływ ściekoacutew
Rys 23 Szczegoacutełowy podział systemoacutew kanalizacyjnych - ze względu na warunki działania
Kanalizacja Konwencjonalna (tradycyjna)
Niekonwencjonalna
(specjalna)
Mieszana
oparta na grawitacyjnym przepływie
ściekoacutew - ze swobodną powierzchnią
przy ciśnieniu barometrycznym
oparta na wymuszonym przepływie
ściekoacutew - podciśnieniem bądź
nadciśnieniem
fragmentami kanalizacja
konwencjonalna i fragmentami niekonwencjonalna
Kanalizacja
konwencjonalna
Grawitacyjna Grawitacyjno-
pompowa
Kanalizacja niekonwencjonalna
Nadciśnieniowa (tłoczna)
Podciśnieniowa
(proacuteżniowa)
Pneuma-
tyczna Hydrauliczna
(pompowa)
Dwu
przewo-
dowa
Jedno
przewo-
dowa
KANALIZACJA I
12
24 KANALIZACJA KONWENCJONALNA
Kanalizacja grawitacyjna tj działająca pod wpływem siły ciążenia stosowana jest
powszechnie od zarania rozwoju inżynierii sanitarnej Grawitacyjne systemy usuwania
ściekoacutew stają się w chwili obecnej rozwiązaniem coraz bardziej kosztownym zwłaszcza w
płaskim terenie o rozległej i luźnej zabudowie rozwijających się wciąż aglomeracji miast
Wynika to min ze znacznych kosztoacutew budowy kanałoacutew - na głębokościach dochodzących
nawet do 6divide8 m Przykładowo dla minimalnego spadku dna kanału imin = 1permil wymagane
przegłębienie kanału wynosi 1 m na 1 km długości
Rys 24 Schemat (a) i profil (b) kanalizacji grawitacyjnej z pompownią pośrednią
(kanalizacja grawitacyjno-pompowa)
W dążeniu do zmniejszenia kosztoacutew budowy kanalizacji zaczęto już na przełomie XIX i
XX wieku stosować pośrednie pompownie ściekoacutew wyposażone początkowo w pompy
tłokowe z napędem parowym następnie gazowym (ok 1900 r) i elektrycznym (1920) ktoacutere
umożliwiły podniesienie dna kanału za pompownią do rzędnej wynikającej z możliwego -
minimalnego zagłębienia kanału (rys 24) Pośrednie pompownie ściekoacutew nie zmniejszają
jednak w zasadniczy sposoacuteb kosztoacutew budowy systemoacutew grawitacyjno-pompowych a to
głoacutewnie ze względu na fakt że same są drogie w budowie i eksploatacji Z tych też
względoacutew kanalizacja konwencjonalna należy do najdroższych elementoacutew infrastruktury
podziemnego uzbrojenia terenoacutew zurbanizowanych (miejsko-przemysłowych)
Na terenach wiejskich o luźnej zabudowie przy kryterium gęstości zaludnienia
mniejszej od 120 mieszkańcoacutew na km sieci przyjętym w Polsce (a w Europie lt 150
mieszkańcoacutew na km) stosowane są nadal bezodpływowe zbiorniki ściekoacutew (szamba)
oproacuteżniane wozami asenizacyjnymi bądź też budowane są oczyszczalnie bdquonaturalnerdquo - z
drenażem rozsączającym ścieki do gruntu Obecnie ciecz nadosadową z szamb proponuje się
odprowadzać tzw odciążoną - małośrednicową (do 100 mm) kanalizacją grawitacyjną do
lokalnych oczyszczalni ściekoacutew bądź też stosować kanalizację niekonwencjonalną
nadciśnieniową lub podciśnieniową [1 2] Układy takie wymagają jednak częstego płukania
kanałoacutew w tym wodą z hydrantoacutew pożarowych Ogoacutelnie są drogie w eksploatacji
25 KANALIZACJA NIEKONWENCJONALNA
Już na początku XX wieku w oparciu o nowe możliwości techniczne zaczęły pojawiać
się roacuteżnego rodzaju koncepcje konstruowania sieci kanalizacyjnych o przepływie
wymuszonym - w przewodach zamkniętych z wykorzystaniem nad- lub podciśnienia jako
KANALIZACJA I
13
czynnikoacutew do transportu ściekoacutew Praktycznie możliwość stosowania kanalizacji
ciśnieniowej (tzw tłocznej) bądź podciśnieniowej (tzw proacuteżniowej) zaistniała dopiero z
końcem lat sześćdziesiątych dzięki opracowaniu na zachodzie Europy i w USA konstrukcji
małych i niezawodnych urządzeń do usuwania ściekoacutew łącznie z zawartymi w nich ciałami
stałymi Urządzenia te instalowane na poszczegoacutelnych posesjach usuwają okresowo
zbierane w zbiornikach ścieki do przewodu kanalizacyjnego ułożonego na niewielkiej
głębokości Dostępność tych urządzeń powoduje że kanalizacja niekonwencjonalna staje się
coraz częściej rozwiązaniem alternatywnym do układoacutew konwencjonalnych (grawitacyjnych)
Zastosowanie kanalizacji niekonwencjonalnej uzasadnione jest zwłaszcza gdy
spadek terenu jest bliski zeru
występuje wysoki poziom woacuted podziemnych
są trudne warunki fundamentowe (np podłoże skaliste)
zabudowa ma charakter pasmowy o małej gęstości zaludnienia
odpływ ściekoacutew jest sezonowy (kempingi)
Kanalizacja niekonwencjonalna ma następujące zalety
lepiej spełnia warunki sanitarne i zasady ochrony środowiska bowiem ze względu na
wymaganą szczelność przewodoacutew kanalizacyjnych wykluczona jest zaroacutewno
eksfiltracja ściekoacutew do gruntu jak i infiltracja woacuted podziemnych do kanałoacutew co
prowadzi do zmniejszenia wymiaroacutew i kosztoacutew oczyszczalni ściekoacutew
możliwe jest płytkie układanie przewodoacutew ściekowych - bdquoroacutewnoleglerdquo do powierzchni
terenu (na głębokościach poroacutewnywalnych z przewodami wodociągowymi) co
przyczynia się do znacznego skroacutecenia czasu i kosztoacutew realizacji inwestycji (poprzez
zmniejszanie objętości roboacutet ziemnych eliminację odwodnienia wykopoacutew itp)
uzyskuje się dość istotne zmniejszenie średnic kanałoacutew (przewodoacutew ściekowych)
wskutek większych prędkości przepływu (pełnym przekrojem) co przyczynia się do
zmniejszenia kosztoacutew budowy sieci
łatwe jest rozwiązywanie kolizji z innymi instalacjami uzbrojenia podziemnego terenu
(analogicznie jak w przypadku sieci wodociągowej)
strumień ściekoacutew w stosunku do kanalizacji konwencjonalnej (grawitacyjnej)
zmniejsza się nawet o 50 wskutek min braku infiltracji woacuted podziemnych oraz
woacuted deszczowych z tzw dzikich (lub błędnych) podłączeń czy też dopływających
przez otwory wentylacyjne we włazach studzienek
Kanalizacja niekonwencjonalna ma roacutewnież wady w stosunku do tradycyjnego -
grawitacyjnego sposobu odprowadzania ściekoacutew mianowicie
większą zawodność działania ze względu na możliwość awarii elementoacutew
mechanicznych i elektrycznych w tym automatyki mogących prowadzić do skażenia
środowiska
konieczność ciągłego i niezawodnego dostarczania zmiennego w czasie strumienia
energii elektrycznej
konieczność dokonywania regularnych przeglądoacutew i konserwacji urządzeń przez
wykwalifikowanych pracownikoacutew - generalnie znacznie droższa w eksploatacji
Ponadto kanalizacja niekonwencjonalna ma jak dotychczas ograniczony zasięg
działania limitowany min
wysokością ciśnienia w sieci ndash w praktyce do 04 MPa w przypadku systemu
tłocznego co ogranicza jego zastosowanie do dzielnic mieszkaniowych czy zakładoacutew
wysokością podciśnienia w sieci ndash w praktyce do 006 MPa w przypadku systemu
proacuteżniowego co ogranicza jego zasięg działania do ok 2 km wokoacuteł centralnej stacji
proacuteżniowej (CSP) i liczbę mieszkańcoacutew objętych systemem do ok 1500 Mk
KANALIZACJA I
14
251 CHARAKTERYSTYKA KANALIZACJI CIŚNIENIOWEJ
Częściej stosowana jest obecnie kanalizacja nadciśnieniowa zwana potocznie
ciśnieniową składa się z
wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych (w budynkach)
urządzeń zbiornikowo-tłocznych typu pneumatycznego bądź hydraulicznego
(pompowego)
ciśnieniowych przyłączy domowych i przewodoacutew sieci zewnętrznych
pneumatycznych stacji do płukania bądź przewietrzania przewodoacutew (PSP)
oczyszczalni ściekoacutew
Rys 25 Schematy ideowe kanalizacji ciśnieniowej typu pompowego (po lewej) oraz typu
pneumatycznego (po prawej) a) sytuacja terenowa b) profil podłużny
Wewnętrzne instalacje kanalizacyjne budowane są analogicznie jak w kanalizacji
konwencjonalnej (grawitacyjnej) Elementem dodatkowym jest często osobny przewoacuted
wentylacyjny wyprowadzony ponad połać dachową służący do na- i odpowietrzania
urządzenia zbiornikowo-tłocznego
Urządzenia zbiornikowo-tłoczne pełnią funkcję miniaturowych pompowni ściekoacutew
co zgodnie z ideą kanalizacji ciśnieniowej umożliwia ich stosowanie nawet w najmniejszych
obiektach - budynkach jednorodzinnych Urządzenia te mogą być instalowane zaroacutewno w
piwnicach budynkoacutew jak i na zewnątrz bezpośrednio w gruncie z zachowaniem
odpowiedniego przykrycia gruntem (rys 25) Produkowane obecnie zblokowane urządzenia
zbiornikowo-tłoczne mają rozmaite rozwiązania konstrukcyjne spośroacuted ktoacuterych można
wyroacuteżnić 2 zasadnicze typy
pneumatyczne - oparte na zasadzie wytłaczania ściekoacutew sprężonym powietrzem z
ciśnieniowego zbiornika zamkniętego
hydrauliczne (pompowe) - wyposażone w pompę śrubową sprzęgniętą wspoacutelnym
wałem z rozdrabniarką umieszczone w zbiorniku - bezciśnieniowym
Niezależnie od konstrukcji urządzenia zbiornikowo - tłoczne umieszcza się poniżej
wylotu wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych dla umożliwienia ich grawitacyjnego
napełniania się Urządzenia te pracują okresowo a czynnikiem sterującym ich działanie jest
poziom ściekoacutew w zbiorniku wyroacutewnawczym W kanalizacji ciśnieniowej stosuje się też
pompownie ściekoacutew budowane według klasycznych schematoacutew - wyposażone w pompy
zatopione w ściekach o konstrukcji odpornej na zapychanie się (wirniki odpowiedniego
KANALIZACJA I
15
kształtu kraty bądź kosze na zanieczyszczenia na dopływie) bądź też wyposażone w
rozdrabniarki Ostatnio zaleca się do stosowania tzw tłocznie ściekoacutew tj pompownie
ściekoacutew zblokowane z urządzeniami do separacji ciał stałych (tzw pompownie sitowe)
Transport zanieczyszczeń grubo dyspersyjnych typu włoacuteknistego (np tekstylia
produkty stosowane do wyroboacutew środkoacutew higieny osobistej) stwarza problemy
eksploatacyjne ndash zapychanie się wirnikoacutew pomp prowadzące do awarii W tłoczniach
ściekoacutew bytowo-gospodarczych na dopływach do zbiornikoacutew retencyjnych pomp instaluje
się osadniki wyposażone w kraty i zawory zwrotne w celu niedopuszczania do pomp
zanieczyszczeń grubych Do zbiornikoacutew retencyjnych pomp dopływają tylko bdquopodczyszczone
ściekirdquo ktoacutere są następnie wytłaczane przez pompy a tłoczone ścieki przepływają przez
osadnik i płuczą go z zanieczyszczeń grubo dyspersyjnych (zwykle brak zagniwania ściekoacutew
w zbiorniku retencyjnym pompowni) Przykład tłoczni ściekoacutew podano na rysunku 251
Rys 251 Przykładowa tłocznia ściekoacutew (1 - pompa 2 ndash złącze 3 ndash prowadnice montażowe pompy
4 - krata 5 ndash dopływ ściekoacutew 6 - zawoacuter zwrotny kulowy 7 ndash osadnik 8 ndash kolano rewizyjne 9 ndash
przewoacuted tłoczny 10 ndash klapa zwrotna)
Studnie zbiorcze pompowni czy też tłoczni ściekoacutew powinny mieć odpowiednią
pojemność buforową na wypadek zaniku zasilania elektrycznego lub awarii pomp Wg ATV
A-116 pojemność ta wynosić powinna co najmniej 30 dm3 na mieszkańca i dobę
Sieć ciśnieniowych przewodoacutew kanalizacyjnych budowana jest z założenia jako
rozgałęźna Stosowane są roacutewnież układy z pozoru bdquoobwodowe - pierścieniowerdquo ktoacutere
umożliwiają jedynie okresową zmianę kierunku przepływu ściekoacutew co zwiększa
niezawodność systemu Zmiany kierunku przepływu ściekoacutew odbywają się okresowo
poprzez zamykanie i otwieranie odpowiednich zasuw działowych Tak więc z pozoru sieć
bdquopierścieniowardquo jest tutaj nadal siecią rozgałęźną ndash sterowaną (rys 25)
Pneumatyczne stacje płuczące (PSP) Doświadczenia wskazują na celowość
instalowania na końcoacutewkach sieci bądź w tzw węzłach newralgicznych urządzeń
płuczących ndash zwykle przedmuchujących sieć sprężonym powietrzem (kilka razy w ciągu
doby głoacutewnie w godzinach nocnych) Przedmuchiwanie ktoacutere trwa zwykle od 5 do 10 minut
poza tym że usuwa osady oraz skraca czas przebywania ściekoacutew w sieci natlenia je i usuwa
H2S i siarczki PSP wyposażone są w sprężarki (kompresory) ze zbiornikami powietrza
Lokalizuje się je pod ziemią bądź w budynkach wolnostojących
252 CHARAKTERYSTYKA KANALIZACJI PODCIŚNIENIOWEJ
Idee daleko posuniętej oszczędności zużycia wody a także minimalizacji kosztoacutew
oczyszczania ściekoacutew (np na statkach dalekomorskich) doprowadziły do powstania
kanalizacji podciśnieniowej - dwuprzewodowej Oddzielnym przewodem odprowadzane są
KANALIZACJA I
16
ścieki fekalne z WC oraz oddzielnym przewodem pozostałe ścieki - z wanien natryskoacutew
zlewozmywakoacutew itp Zasadą układu dwuprzewodowego jest podział ściekoacutew na silnie
zanieczyszczone ścieki fekalne (z ciałami stałymi) oraz mało stężone pozostałe ścieki i
oddzielne ich oczyszczanie odpowiednio do ich składu wydajnymi technologiami
Podstawową zaletą powyższego systemu jest więc oszczędność wody na spłukiwanie misek
ustępowych
W kanalizacji komunalnej stosowany jest jednoprzewodowy układ (rys 26)
Rys 26 Schemat kanalizacji podciśnieniowej osiedla mieszkaniowego (układ jednoprzewodowy)
Klasyczna miska ustępowa bdquozużywardquo od 5 do 10 litroacutew wody na jedno zadziałanie
zbiornika Miska ustępowa wyposażona w zawoacuter oproacuteżniający - sterowany podciśnieniem
zużywa tylko ok 15 litra wody (i do 100 litroacutew powietrza na zassanie zawartości miski)
Taki układ kanalizacji jest zwłaszcza celowy do zastosowania tam gdzie stosowany jest
podwoacutejny system wodociągowy rozprowadzający wodę o zroacuteżnicowanej jakości Np woda
powstała po uproszczonym oczyszczeniu ściekoacutew - poza fekalnymi używana jest ponownie
np do spłukiwania misek ustępowych
Kanalizację podciśnieniową zwaną potocznie proacuteżniową tworzą następujące elementy
1 Wewnętrzne instalacje kanalizacyjne (w budynkach obiektach)
2 Studzienki zbiorcze z zaworami oproacuteżniającymi
3 Podciśnieniowe przyłącza domowe i przewody sieci zewnętrznych
4 Centralna stacja proacuteżniowa (CSP)
5 Oczyszczalnia ściekoacutew
W kanalizacji podciśnieniowej ścieki są zasysane ze studzienek zbiorczych z zaworami
oproacuteżniającymi do zbiornikoacutew wodno-powietrznych znajdujących się w centralnej stacji
proacuteżniowej (CSP) skąd są następnie odprowadzane (najczęściej hydraulicznie ndash pompowo)
do oczyszczalni ściekoacutew (rys 261)
Rys 261 Schemat ideowy kanalizacji podciśnieniowej (jednoprzewodowej)
KANALIZACJA I
17
O wyborze systemu odprowadzania ściekoacutew powinna decydować każdorazowo analiza
techniczno - ekonomiczna opłacalności inwestycji tj łącznie kosztoacutew budowy i eksploatacji
systemu [1 2]
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania budowy i eksploatacji systemoacutew kanalizacji
niekonwencjonalnej podane zostaną na II stopniu studioacutew (dla specjalności ZWUŚ i ZO)
3 SYSTEMY KANALIZACJI GRAWITACYJNEJ
31 KANALIZACJA OGOacuteLNOSPŁAWNA
311 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI OGOacuteLNOSPŁAWNEJ
Historycznie pierwsze systemy kanalizacyjne były budowane jako ogoacutelnospławne
Obecnie istnieją w najstarszych fragmentach zabudowy miast Wspoacutełcześnie w wyniku
rozbudowy miast nowe fragmenty zabudowy kanalizowane są najczęściej w systemie
rozdzielczym głoacutewnie ze względu na możliwość osiągnięcia wyższej efektywności
oddzielnego oczyszczania ściekoacutew bytowych-gospodarczych przemysłowych i deszczowych
Istota kanalizacji ogoacutelnospławnej to
jednoprzewodowy transport wszystkich rodzajoacutew ściekoacutew do oczyszczalni
konieczność odciążania oczyszczalni ściekoacutew przez przelewy burzowe czy zbiorniki
retencyjne w okresie trwania opadoacutew (strumień ściekoacutew jest woacutewczas nawet kilkadziesiąt
razy większy niż w okresie tzw suchej pogody)
Poniżej podano schematy funkcjonalne grawitacyjnej kanalizacji ogoacutelnospławnej w
skali bdquomikrordquo - pojedynczych budynkoacutew oraz w skali bdquomakrordquo ndash miejscowości (rys 31 i 32)
Rys 31 Schemat funkcjonalny kanalizacji ogoacutelnospławnej - w skali bdquomikrordquo(A)
Pk ndash pion kanalizacyjny wu ndash wpust uliczny R ndash rynna st - studzienka kanalizacyjna
Rys 32 Schemat funkcjonalny kanalizacji ogoacutelnospławnej - w skali bdquomakrordquo
Pb - przelew burzowy zbr - zbiornik retencyjny OŚ- oczyszczalnia ściekoacutew
KANALIZACJA I
18
312 ODCIĄŻENIE HYDRAULICZNE KANALIZACJI OGOacuteLNOSPŁAWNEJ
Do odciążenia hydraulicznego sieci w systemie kanalizacji ogoacutelnospławnej - podczas
trwania intensywnych opadoacutew deszczu stosowane są przelewy burzowe i zbiorniki
retencyjne Schematy ideowe zabudowy takich obiektoacutew przedstawiono na rysunku 33
Przelewy burzowe
Zbiorniki retencyjne
na boczniku
na kolektorze
odpływ awaryjny
Rys 33 Schematy ideowe sposoboacutew odciążeń kanalizacji ogoacutelnospławnej (oraz deszczowej)
Przelewy burzowe na kanalizacji ogoacutelnospławnej budowane są głoacutewnie w celu
zabezpieczenia oczyszczalni ściekoacutew przed przeciążeniem hydraulicznym i spadkiem
sprawności jej działania zwłaszcza części biologicznej i chemicznej podczas pogody
deszczowej
zmniejszenia wymiaroacutew kolektora - za przelewem
Zadaniem hydraulicznym przelewu burzowego jest podział strumienia dopływu Qd
ściekoacutew do obiektu na dwa strumienie
Qo - odpływu do oczyszczalni ściekoacutew (Qo = Qd ndash Qb)
Qb - odpływu kanałem burzowym do odbiornika (Qb = Qd ndash Qo)
w ściśle określonych proporcjach
Wg RMŚ z 2014 r limitowana jest wartość średniej rocznej liczby zadziałań przelewoacutew
burzowych w roku czyli zrzutoacutew ściekoacutew z przelewu do odbiornika ndash dla miast o
roacutewnoważnej liczbie mieszkańcoacutew RLM gt 100 000 [1 2 3] Mianowicie w komunalnej
kanalizacji ogoacutelnospławnej ścieki z przelewoacutew burzowych mogą być odprowadzane do
śroacutedlądowych woacuted powierzchniowych płynących lub przybrzeżnych o ile średnia roczna
liczba zrzutoacutew burzowych z przelewoacutew nie przekracza 10 W aglomeracjach miejskich o
RLM lt 100 000 dopuszcza się zrzuty burzowe gdy w chwili rozpoczęcia działania przelewu
strumień objętości zmieszanych ściekoacutew jest co najmniej czterokrotnie większy od
średniego dobowego strumienia ściekoacutew w okresie pogody bezopadowej (Qśc(pb)) Przelewy
burzowe należy więc projektować na strumień graniczny - odpływu do oczyszczalni [3]
)( ) 1( bpścrpgro QnQQ (31)
gdzie
nrp - początkowe rozcieńczenie ściekoacutew nrp ge 3
KANALIZACJA I
19
Najczęściej stosowane są dwa rodzaje przelewoacutew burzowych
z jednostronną boczną krawędzią przelewową
z dwustronnymi bocznymi krawędziami przelewowymi
Każdy rodzaj przelewu może działać z dławionym (za pomocą rury dławiącej zastawki
czy regulatora wirowego) bądź niedławionym odpływem ściekoacutew (Qo) w kierunku
oczyszczalni Schematy urządzeń do odciążania hydraulicznego kanalizacji ogoacutelnospławnej
za pomocą przelewoacutew burzowych podano na rysunkach 34 35 i 36
Przelew boczny jednostronny
Rys 34 Schemat i przekroacutej poprzeczny jednostronnego bocznego przelewu burzowego
(z niedławionym bądź dławionym strumieniem odpływu Qo do oczyszczalni Qd ndash strumień
dopływu do przelewu Q = Qb - strumień zrzutu burzowego do odbiornika)
Przelew boczny dwustronny
Rys 35 Schemat i przekroacutej poprzeczny dwustronnego bocznego przelewu burzowego
z niedławionym bądź dławionym strumieniem odpływu Qo do oczyszczalni Qd - strumień
dopływu do przelewu Q = Qb - strumień zrzutu burzowego do odbiornika)
Rys 36 Przekroacutej podłużny bocznego przelewu burzowego z rurą dławiącą
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania i wymiarowania przelewoacutew burzowych na
kanalizacji ogoacutelnospławnej - z przykładami obliczeniowymi podane są w II tomie
podręcznika [3] (- w zakresie II stopnia studioacutew - magisterskich)
Zbiorniki retencyjne pełnią podobną funkcję hydrauliczną jak przelewy burzowe
Głoacutewnym parametrem eksploatacyjnym każdego zbiornika retencyjnego jest wspoacutełczynnik
redukcji strumieni ściekoacutew β [1 2 3]
= QoQd (32)
gdzie
Qo - strumień objętości (natężenie przepływu) ściekoacutew odpływających ze zbiornika
Qd - strumień objętości ściekoacutew dopływających do zbiornika
KANALIZACJA I
20
Zbiorniki retencyjne buduje się je najczęściej na kanalizacji ogoacutelnospławnej i
deszczowej do przetrzymywania - retencjonowania ściekoacutew jako (rys 37)
otwarte - terenowe (w zagłębieniach naturalnych lub sztucznych) bądź jako
kryte - podziemne (tradycyjnie żelbetowe lub obecnie też z tworzyw sztucznych w
tym tzw bdquorurowerdquo zbudowane z odcinkoacutew rurociągoacutewkanałoacutew o dużych średnicach
oraz bdquoskrzynkowerdquo otoczone geowłoacutekniną)
A) B)
Rys 37 Rodzaje kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych
A) zbiornik terenowy (otwarty) B) zbiornik podziemny (kryty)
Schematy przykładowych konstrukcji zbiornikoacutew retencyjnych do odciążania
hydraulicznego kanalizacji ogoacutelnospławnej podano na rysunkach 38 i 39
Rys 38 Schemat zbiornika krytego na boczniku
(widok z goacutery i przekroacutej podłużny)
Na kanalizacji ogoacutelnospławnej nie dopuszcza się zasadniczo do podtopienia kanału
dopływowego przed przelewem min ze względu na możliwość odkładania się osadoacutew Stąd
konieczność stosowania wewnątrz krytych zbiornikoacutew przelewoacutew do awaryjnego zrzutu
ściekoacutew (rys 38)
Rys 39 Schemat zbiornika otwartego na kolektorze
(przekroacutej podłużny i widok z goacutery)
KANALIZACJA I
21
Podczas pogody bezdeszczowej ścieki bytowo-gospodarcze nie wpływają do otwartej
komory retencyjnej zbiornika przedstawionego na rysunku 39 a przepływają kanałami pod
dnem zbiornika Ze względoacutew sanitarnych powierzchnie skarp i dna zbiornika powinny być
uszczelnione Zbiornik powinien być też ogrodzony i oznaczony tablicami ostrzegawczymi
W celu ochrony zwłaszcza małych odbiornikoacutew ściekoacutew stosuje się lokalne
retencjonowanie i podczyszczanie ściekoacutew pochodzących ze zrzutoacutew burzowych o wielkości
strumienia Q gt 10 SNQ - średniego niskiego przepływu wody w odbiorniku (rys 310)
Rys 310 Schematy ideowe sposoboacutew ograniczenia ładunku zanieczyszczeń odprowadzanych do
odbiornikoacutew z przelewoacutew na kanalizacji ogoacutelnosławnej (pb ndash przelew burzowy)
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania i wymiarowania zbiornikoacutew retencyjnych - z
przykładami obliczeniowymi podane są w II tomie podręcznika [3]
313 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
OGOacuteLNOSPŁAWNEJ W POLSCE
W Polsce stosowane były niewłaściwe - w świetle wspoacutełczesnej wiedzy (rozdz 5divide8
podręcznika [2]) - opracowane w latach pięćdziesiątych XX wieku metody wymiarowania
kanalizacji ogoacutelnospławnej Podczas tzw suchej pogody kanałami ogoacutelnospławnymi płyną
ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe oraz wody przypadkowe w tym infiltracyjne
Podczas pogody deszczowej - dodatkowo wodyścieki deszczowe Wymiary (średnice)
kanałoacutew dobierane były błędnie - do całkowitego wypełnienia przekroju na strumień
objętości (Q)
Q = Qh max śc + Qm (33)
gdzie
Qh max śc - maksymalny godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysło-
wych
Qm - miarodajny strumień ściekoacutew deszczowych - z wzoru Błaszczyka wg metody
granicznych natężeń (MGN) bądź metody stałych natężeń (MSN)
Stosowany w obu metodach obliczeniowych (MGN i MSN) wzoacuter Błaszczyka oparty
na opadach z przełomu XIX i XX wieku zaniża obecne natężenia deszczy we Wrocławiu o
rząd 40 [1 2] Ponadto założenia wyjściowe MGN - najczęściej dotychczas stosowanej w
Polsce prowadzą do dalszej redukcji strumienia spływu woacuted opadowych (Qm) w stosunku do
innych metod czasu przepływu stosowanych przykładowo w Niemczech w podobnych
warunkach hydrologicznych W rezultacie zaniżenie wartości bilansowanych strumieni woacuted
opadowych (Qm) sięgać może nawet 100 (rozdz 85 podręcznika [2]) Tak zwymiarowane
systemy kanalizacyjne podatne są na częste wylania ktoacutere jeszcze w większym stopniu
wystąpią w przyszłości wskutek zmian klimatu (rozdz 4 [2])
UWAGA Podstawą bezpiecznego wymiarowania nowych bądź modernizowanych systemoacutew
kanalizacji ogoacutelnospławnej jest właściwy bilans strumieni ściekoacutew (rozdz 5 [2]) oraz woacuted
opadowych (rozdz 6 7 i 8 [2]) ndash zapewniający osiągnięcie wspoacutełcześnie wymaganego
standardu odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych (rozdz 1 w II tomie [3])
KANALIZACJA I
22
32 KANALIZACJA ROZDZIELCZA
321 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI ROZDZIELCZEJ
System kanalizacji rozdzielczej ze swej istoty jest dwu- lub więcej przewodowy W
miastach na ogoacuteł dwuprzewodowy złożony z
kanałoacutew ściekowych - odprowadzających ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe
do miejskiej oczyszczalni
kanałoacutew deszczowych - ze zrzutem ściekoacutew do odbiornika (po podczyszczeniu)
W zakładach przemysłowych system ten jest na ogoacuteł troacutejprzewodowy występują
kanały ściekowe (na ścieki bytowe pracownikoacutew)
kanały deszczowe
kanały ściekoacutew przemysłowych (technologicznych) - ze zrzutem ściekoacutew (po
podczyszczeniu na terenie zakładu) do miejskiej kanalizacji ściekowej
Schematy funkcjonalne kanalizacji rozdzielczej przedstawiono w skali bdquomikrordquo ndash na
rys 311 oraz w skali bdquomakrordquo ndash całej miejscowości na rys 312
Rys 311 Schemat funkcjonalny kanalizacji rozdzielczej - w skali bdquomikrordquo
(Pk ndash pion kanalizacyjny wu ndash wpust uliczny R ndash rynna)
Rys 312 Schemat funkcjonalny kanalizacji rozdzielczej - w skali bdquomakrordquo
(zbr- zbiornik retencyjny OŚ- oczyszczalnia ściekoacutew)
W przypadku gdy odbiornik charakteryzuje się małym - średnim niskim przepływem
(SNQ) bądź jest szczegoacutelnie chroniony nie należy w trakcie trwania opadu zrzucać dużych
objętości ściekoacutew deszczowych Należy więc budować zbiorniki retencyjne z dławionym
odpływem - sterowanym np regulatorami hydrodynamicznymi (omoacutewione w rozdz 4 i 5 -
w II tomie podręcznika [3]) Na wylotach kanałoacutew deszczowych do odbiornikoacutew a najlepiej
w miejscu powstawania zanieczyszczeń wymagane jest obecnie stosowanie podczyszczalni
KANALIZACJA I
23
mechanicznych ściekoacutew opadowych ndash w postaci separatoroacutew sedymentacyjno-flotacyjnych
(omoacutewionych w rozdz 6 - w II tomie podręcznika [3])
UWAGA Zasady wymiarowania i doboru regulatoroacutew hydrodynamicznych oraz osadnikoacutew-
piaskownikoacutew i flotatoroacutew substancji ropopochodnych zostaną podane na II stopniu studioacutew
322 ODCIĄŻENIE HYDRAULICZNE KANALIZACJI DESZCZOWEJ
Do odciążenia hydraulicznego sieci deszczowej w systemie kanalizacji rozdzielczej
podczas trwania intensywnych opadoacutew deszczu stosowane są najczęściej zbiorniki
retencyjne z dławionym odpływem Zbiorniki te stanowią ważny element zaroacutewno
modernizowanych jak i nowoprojektowanych sieci kanalizacyjnych pełniąc rolę
regulacyjno-redukcyjną strumieni ściekoacutew Schematy ideowe zabudowy takich obiektoacutew
specjalnych podano już na rys 33 Na rys 312a przedstawiono dwa warianty rozbudowy
kanalizacji deszczowej związane z podłączeniem nowej zlewni deszczowej do istniejącego
kolektora o ograniczonej przepustowości (Qmax = 1000 dm3s) z zastosowaniem zbiornikoacutew
retencyjnych
a) na istniejącym kolektorze (po lewej) - znaczne koszty i utrudnienia podczas budowy
b) na bocznym kanale odpływowym z nowej zlewni (po prawej) ndash lepszy wariant
Nowa zlewnia F
Kolektor o
Qmax = 1000 ls
Regulator
QR = 1000 ls
Q3 = 1350 ls
Q2 = 600 lsZbiornik retencyjny V1
Q1 = 750 ls
Kolektor o
Qmax = 1000 ls
Q4 = 1000 ls
Q1 = 750 ls
Nowa zlewnia F
Zbiornik retencyjny V2
Regulator QR = 250 ls
Q2 = 600 ls
Q3 = 250 ls
Rys 312a Przyłączanie nowej zlewni (F) do kolektora o ograniczonej przepustowości (Qmax = 1000
dm3s) poprzez zbiornik retencyjny a) na istniejącym kolektorze (V1) b) na nowym kanale (V2)
Głoacutewnie ze względu na zasadę działania grawitacyjne zbiorniki retencyjne ściekoacutew
deszczowych podzielić można na dwie grupy a mianowicie
przepływowe - klasyczne (najczęściej jednokomorowe)
przelewowe - nowej generacji (dwu- lub więcej komorowe)
Zaroacutewno konstrukcje przepływowe jak i przelewowe mają swoje zalety i wady
Klasyczne już przepływowe zbiorniki retencyjne budowane są z reguły jako ziemne -
odkryte natomiast przelewowe (wielokomorowe) zbiorniki retencyjne nowej generacji są z
reguły żelbetowe - podziemne Ma to niewątpliwie wpływ na koszty ich budowy O wyborze
danej konstrukcji zbiornika decydować powinna analiza techniczno-ekonomiczna wariantoacutew
rozwiązań technicznych przy uwzględnieniu miejscowych uwarunkowań terenowych
Zbiornik przepływowy
max
dopływ
odpływ
dławiony
Qd
Qo
komora
retencyjna
Vu
min
Rys 312b Schemat działania jednokomorowego przepływowego zbiornika retencyjnego
KANALIZACJA I
24
Zbiornik przepływowy - klasyczny ma następujące wady
znaczna objętość użytkowa (Vu) komory retencyjnej (KR)
zmienny w czasie odpływ ze zbiornika (Qo) zależny od stopnia jego wypełnienia
odkładanie się zanieczyszczeń wleczonych na dnie zbiornika
znaczne koszty eksploatacji obiektu (płukanie po każdym opadzie)
Zbiornik przelewowy
Nowoczesne wielokomorowe przelewowe zbiorniki retencyjne (rys 33d) wyposażone
są w komorę przepływową (KP) z dławionym odpływem oddzieloną od komory retencyjnej
(KR) pionową przegrodą - z bocznym przelewem w części goacuternej i zaworem klapowym
(spustowym) przy dnie zbiornika
przegroda stała
rura wentylacyjna
kanał doprowadzający
komora akumulacyjna rura dławiąca
komora
przepływowa
zawoacuter klapowy
Rys 312d Schemat ideowy dwukomorowego zbiornika przelewowego
Zbiornik przelewowy cechuje się przede wszystkim mniejszą objętością użytkową (V1)
komory retencyjnej (KR) w poroacutewnaniu do zbiornika przepływowego ndash nawet o rząd 30
max Qd
Qo
komora
retencyjna
dopływ
odpływ
dławiony
komora
przepływowa
otwoacuter
klapowy
krawędź
przelewowa
V1
V3
Rys 312e Schemat działania dwukomorowego przelewowego zbiornika retencyjnego (Vu = V1 + V3)
V1 - objętość komory retencyjnej (KR) V3 - objętość komory przepływowej (KP)
Graficzne poroacutewnanie objętości na akumulację ściekoacutew w zbiornikach przepływowym
(tradycyjnym) i przelewowym - dwukomorowym podano na rysunku 312f
Rys 312f Przebieg akumulacji ściekoacutew deszczowych w zbiornikach retencyjnych
1 - modelowy hydrogram przepływu w kanale dopływowym - przed zbiornikiem
2 - hydrogram przepływu w kanale odpływowym - po zbiorniku przelewowym (V1+V3)
3 - hydrogram przepływu w kanale odpływowym - po zbiorniku przepływowym (V1+V2+V3)
KANALIZACJA I
25
Z analizy przebiegu retencji wynika iż objętość użytkowa (Vu) zbiornika
przepływowego składa się z trzech objętości cząstkowych Vu = V1 + V2 + V3 a zbiornika
przelewowego tylko z dwoacutech Vu = V1 + V3
323 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
ROZDZIELCZEJ W POLSCE
W Polsce stosowano (od lat pięćdziesiątych XX wieku) niewłaściwe obecnie - w
świetle wspoacutełczesnej wiedzy (rozdz 4divide8 podręcznika [2]) zasady i metody wymiarowania
grawitacyjnej kanalizacji rozdzielczej w odniesieniu zaroacutewno do kanałoacutew ściekowych a
zwłaszcza do kanałoacutew deszczowych wraz z obiektami specjalnymi
Sieć deszczowa działa okresowo - w czasie tzw mokrej pogody Podczas suchej pogody
płyną tylko wody przypadkowe w tym infiltracyjne
Kanały ściekowe (w żargonie bdquosanitarne) wymiarowane były na strumień
Q = 2Qh max śc (34)
Średnice kanałoacutew ściekowych dobierane były w uproszczeniu - na
podwojony maksymalny godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-
gospodarczych i przemysłowych tj przy uwzględnieniu woacuted
przypadkowych w tym infiltracyjnych w wysokości Qh max śc jako
mieszczących się w 100 rezerwie przepustowości dobranej
średnicy kanału
Kanały deszczowe
Q = Qm (35)
Wymiary kanałoacutew deszczowych dobierane były niewłaściwie - do
całkowitego wypełnienia przekroju Nie uwzględniano więc żadnej
rezerwy - na przyszłościowy rozwoacutej związanej ze zwiększaniem się
stopnia uszczelnienia powierzchni zlewni czy też wynikającej ze
zmian klimatycznych Miarodajny do wymiarowania kanałoacutew
deszczowych strumień ściekoacutew (Qm) obliczany był dwoma
metodami MGN lub MSN ndash obie z niewłaściwym obecnie wzorem
Błaszczyka na natężenie deszczy dla zakładanych częstości
występowania opadoacutew o wydłużonym czasie trwania (o
koncentrację terenową i retencję kanałową)
Ponadto przy wymiarowaniu kanałoacutew deszczowych w Polsce dopuszczano możliwość
częstszych ich przepełnień a więc i wylewoacutew z sieci w stosunku do kanałoacutew
ogoacutelnospławnych Przykładowo kolektory deszczowe w terenach płaskich wymiarowane
były na częstość występowania opadoacutew C = 2 lata a kanały boczne tylko na C = 1 rok (W
kanalizacji ogoacutelnospławnej przyjmowano odpowiednio C = 5 i C = 2 lata) Wspoacutełczynnik
spływu powierzchniowego woacuted deszczowych uzależniano wyłącznie od stopnia uszczelnienia
terenu tj z pominięciem jego spadkoacutew oraz natężeń opadoacutew projektowych
W celu zapewnienia odpowiedniego standardu odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych
w Polsce (- zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 752) oraz podniesienia niezawodności
działania kanalizacji rozdzielczej (ściekowej i deszczowej) w rozdz 5 podręcznika [2]
przedstawiono nowe zasady bilansowania strumieni ściekoacutew i woacuted przypadkowych a w
rozdz 8 zaproponowano modyfikację metody granicznych natężeń (MGN) do postaci tzw
metody maksymalnych natężeń (MMN) w tym zastąpienie wzoru Błaszczyka
wspoacutełczesnymi modelami opadoacutew maksymalnych W tomie II w rozdz 1 [3] przedstawiono
nowe zalecenia w formie wytycznych technicznych wymiarowania (WTW) sieci
odwodnieniowych i obiektoacutew specjalnych w Polsce Omoacutewiono także wymagania odnośnie
KANALIZACJA I
26
zachowania wspoacutełczesnych standardoacutew odwodnień terenoacutew także w przyszłości jako
przeciwdziałanie skutkom prognozowanych zmian klimatu w perspektywie 2100 roku
33 KANALIZACJA POacuteŁROZDZIELCZA
331 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI POacuteŁROZDZIELCZEJ
System kanalizacji poacutełrozdzielczej stosowany zwłaszcza przy modernizacjach
istniejących systemoacutew rozdzielczych czy przebudowywanych ogoacutelnospławnych jest
najczęściej dwuprzewodowy Zawiera kanały deszczowe i kanały ściekowe (bytowo-
gospodarcze i przemysłowe) połączone tzw separatorami tj obiektami specjalnymi na
kanałach deszczowych do kierowania tzw pierwszej fali odpływu - zawierającej
zanieczyszczenia spłukiwane ze zlewni oraz osady wypłukiwane z kanałoacutew deszczowych (po
okresie suchej pogody) do kanałoacutew ściekowych i do oczyszczalni ściekoacutew (rys 313)
Następna (II) fala deszczu przy wzroście strumienia Q - jako mniej zanieczyszczona
odpływa już kanałami deszczowymi do odbiornika
Rys 313 Schemat funkcjonalny kanalizacji poacutełrozdzielczej w skali bdquomakrordquo
(s ndash separator zbr ndash zbiornik retencyjny OŚ ndash oczyszczalnia ściekoacutew)
Z doświadczeń eksploatacyjnych wynika że celowe jest stosowanie separatoroacutew o
działaniu ciągłym tzn w całym okresie trwania odpływu deszczowego takich jak np
przelewy boczne z dławionym odpływem czy też upusty denne z progiem piętrzącym a
technologicznie niewłaściwe jest stosowanie separatoroacutew o działaniu okresowym - jedynie
dla pierwszej fali odpływu jak np separatory kaskadowe czy rynnowe [1 2 3]
Rys 314 Schemat separatora kaskadowego - o działaniu okresowym (dla I fali deszczu)
Rys 315 Schemat separatora rynnowego - o działaniu okresowym (dla I fali deszczu)
KANALIZACJA I
27
Rys 316 Schemat separatora w postaci przelewu bocznego z rurą dławiącą - o działaniu ciągłym
Kanalizacja poacutełrozdzielcza zapewnia dobrą ochronę odbiornika ściekoacutew ndash środowiska
bowiem najbardziej zanieczyszczone ścieki opadowe (zwłaszcza tzw I fali) kierowane są
poprzez separatory na oczyszczalnię miejską pracującą pod stałym nadzorem
332 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
POacuteŁROZDZIELCZEJ W POLSCE
Dotychczas stosowane zasady wymiarowania kanalizacji poacutełrozdzielczej są obecnie
niewłaściwe zaroacutewno w odniesieniu do kanałoacutew ściekowych jak i kanałoacutew deszczowych za
separatorami Kanały ściekowe - za separatorami były wymiarowane na maksymalny
godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych (Qh max śc) plus
strumień ściekoacutew deszczowych tzw I-szej fali (QmI) - zależnej od natężenia granicznego
deszczu płuczącego qs przyjmowanego w zakresie qs [6 15] dm3s ha stąd
Q = Qh max śc + Qm I (36)
Obecnie wg RMŚ qs ge 15 dm3s ha ndash dla zanieczyszczonej zlewni [1 2] Kanały
deszczowe wymiarowane były na zaniżony strumień Qm - obliczany z zastosowaniem
niewłaściwego obecnie wzoru Błaszczyka
Q = Qm (37)
Nowe zasady ndash bezpiecznego projektowania i wymiarowania hydraulicznego kanalizacji
poacutełrozdzielczej z separatorami strumieni objętości ściekoacutew deszczowych podano w II tomie
książki [3] (w rozdz 1 i 3)
34 ZALETY I WADY SYSTEMOacuteW KANALIZACYJNYCH
341 CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA WYBOacuteR SYSTEMU
System kanalizacji ogoacutelnospławnej
Zalety Wady
1 Kroacutetsza łączna sieć kanałoacutew 1 Małe prędkości przepływu ściekoacutew przy
suchej pogodzie (odkładanie się osadoacutew)
2 Prostszy układ sieci ndash mniejsza możliwość
kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym
2 Nieroacutewnomierna praca miejskiej
oczyszczalni ściekoacutew
3 Sieć zajmuje mniej miejsca (np pod
jezdnią)
3 Duże średnice i zagłębienia kanałoacutew
(kolizje z innym uzbrojeniem)
4 Mniejsze koszty przyłączy posesji (jeden
przykanalik)
4 Konieczność budowy przelewoacutew
burzowych zbiornikoacutew retencyjnych
5 Mniejsze koszty budowy i eksploatacji 5 Niebezpieczne dla środowiska skutki
przepełnień kanałoacutew ndash wylewoacutew
6 Brak błędnych przyłączy (jedna sieć) 6 Gnilne zapachy ze studzienek i
wpustoacutew
KANALIZACJA I
28
System kanalizacji rozdzielczej
Zalety Wady
1 Efektywniejszy proces oddzielnego
oczyszczania ściekoacutew
1 Praktycznie podwoacutejna sieć
2 Bardziej roacutewnomierna praca oczyszczalni
ściekoacutew
2 Skomplikowany układ sieci (kolizje
kanałoacutew ściekowych z deszczowymi)
3 Mniejsze średnice kanałoacutew ściekowych
(większe prędkości przepływu)
3 Podwoacutejny pas zabudowy terenu
4 Mniejsze zagrożenie środowiskowe
wylewoacutew z kanałoacutew deszczowych
4 Większe koszty przyłączy
5 Możliwość etapowania budowy kanalizacji
(np najpierw ściekowa poacuteźniej deszczowa)
5 Występowanie błędnych podłączeń
(np kanałoacutew ściekowych do kanałoacutew
deszczowych lub odwrotnie)
6 Możliwość przebudowy na kanalizację
poacutełrozdzielną ndash dobudowa separatoroacutew
6 Najczęściej większe koszty budowy
i eksploatacji
Na wyboacuter systemu kanalizacyjnego wpływ mają następujące czynniki [1 2]
Istniejąca sieć hydrograficzna (rzeki potoki kanały otwarte) rozwinięta - sprzyja
wyborowi kanalizacji rozdzielczej
Wielkość odbiornikoacutew ściekoacutew i ich zdolność do samooczyszczania się duże rzeki
sprzyjają kanalizacji ogoacutelnospławnej
Ilość i rodzaj ściekoacutew ndash zwłaszcza przemysłowych (podczyszczonych na terenie
zakładu) ndash czy mogą być odprowadzane przez przelewy najczęściej nie ndash sprzyja
kanalizacji rozdzielczej
Gęstość zabudowy terenu zwarta zabudowa sprzyja kanalizacji ogoacutelnospływowej
Możliwości finansowe w przypadku konieczności etapowania inwestycji ndash sprzyja
kanalizacji rozdzielczej
Czynniki przemawiające za wyborem kanalizacji ogoacutelnospławnej
Brak rozwiniętej sieci hydrograficznej do odprowadzania woacuted deszczowych
Odbiornik gwarantuje samooczyszczanie się ndash możliwe zrzuty ściekoacutew z przelewoacutew
Gęsta zabudowa - znaczne uszczelnienie terenu
Analiza ekonomiczna innego wariantu (kosztoacutew budowy i eksploatacji) systemu
wskazuje na większe koszty
Czynniki przemawiające za wyborem systemu rozdzielczego bądź poacutełrozdzielczego
Rozwinięta sieć hydrograficzna ndash kroacutetkie kanały deszczowe
Brak możliwości zrzutu z przelewoacutew ściekoacutew mieszanych ndash małe odbiorniki
Luźna zabudowa - mniejsze uszczelnienie terenu mniejszy odpływ woacuted deszczowych
Większa pewność poprawnego działania z punktu widzenia ochrony środowiska (w
poroacutewnaniu do systemu ogoacutelnospławnego)
Możliwość etapowania inwestycji - z braku środkoacutew finansowych (najczęściej
większe koszty budowy i eksploatacji w poroacutewnaniu do systemu ogoacutelnospławnego)
KANALIZACJA I
29
342 ETAPOWANIE BUDOWY KANALIZACJI
System rozdzielczy częściowy - w I etapie budowa kanalizacji ściekowej Sprzyjają
temu następujące czynniki
Dostarczanie wody z sieci wodociągowej co przyczynia się do większego jej zużycia
przez odbiorcoacutew i konieczność odprowadzania większego strumienia ściekoacutew bytowo-
gospodarczych w poroacutewnaniu do braku wodociągu
Niski poziom woacuted podziemnych grunt przepuszczalny i duże spadki powierzchni terenu
Luźna zabudowa małe uszczelnienie powierzchni terenu i duża infiltracja opadoacutew do woacuted
podziemnych
System rozdzielczy częściowy - w I etapie budowa kanalizacji deszczowej gdy
Mniejsze wskaźniki odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych (np brak wodociągu)
Wysoki poziom woacuted podziemnych grunt słabo przepuszczalny i małe spadki
powierzchni
Brak naturalnych odbiornikoacutew woacuted deszczowych
Etapowanie budowy kanalizacji stosuje się obecnie rzadko głoacutewnie na terenach
pozamiejskich (wiejskich) Etap II realizowany jest najczęściej po okresie 10divide20 lat
W Europie odchodzi się obecnie od idei pełnego odwodnienia terenoacutew
zurbanizowanych tj odprowadzania do kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej
wszystkich woacuted opadowych Prawidłowa gospodarka wodna w zlewniach rzek powinna
polegać na pozostawianiu na miejscu (w zlewni) jak największej objętości bdquoczystychrdquo woacuted
deszczowych aby zapobiec trwałemu obniżaniu się poziomoacutew woacuted podziemnych Przyczynia
się to też do lepszej ochrony przeciwpowodziowej miast - mniejsze maksymalne stany i
przepływy wody w rzekach [1 2 3]
4 KWANTYFIKACJA ZMIAN KLIMATU DO WYMIAROWANIA
ODWODNIEŃ TERENOacuteW
41 ZAGROŻENIA WYNIKAJĄCE ZE ZMIAN KLIMATU
W Polsce podobnie jak w innych krajach Europy i świata obserwowane są zmiany
klimatu przejawiające się głoacutewnie wzrostami
średniej rocznej temperatury powietrza
intensywności opadoacutew atmosferycznych
częstości występowania zdarzeń ekstremalnych (susze powodzie huragany trąby
powietrzne itp)
Wzrost średniej rocznej temperatury powietrza odnotowywany jest we wszystkich
regionach kraju Według raportu Międzyrządowego Zespołu ds Zmian Klimatu -
IPCC2007 tylko w okresie 1960-2005 (46 lat) nastąpił wzrost średniej rocznej temperatury
globu o 074 degC Przyrost temperatury wynioacutesł więc już około 016 degC na dekadę Natomiast
poziom moacuterz i oceanoacutew na przestrzeni lat 1901-2010 podnioacutesł się o 019 m - wg IPCC2014
Przyczyna ocieplania się klimatu ndash paradoksalnie największy przyrost temperatury
obserwuje się w zimie nie jest w pełni rozpoznana i budzi wciąż kontrowersje (tzw efekt
cieplarniany wywołany głoacutewnie emisją pary wodnej i CO2 do atmosfery) Bezsprzecznie
wzrost temperatury powietrza wywołuje istotne zmiany w cyrkulacji wody w cyklu
hydrologicznym (parowanie ndash kondensacja ndash opad) i nasilenie się występowania zwłaszcza w
ostatnich dziesięcioleciach ekstremalnych zjawisk pogodowych takich jak susze czy
powodzie Według prognoz opartych na globalnym modelu klimatu w bieżącym stuleciu
temperatura powietrza może się podnieść o dalsze 17 oC do nawet 44 oC a na każdy stopień
KANALIZACJA I
30
wzrostu temperatury przewiduje się globalnie wzrost intensywności opadoacutew o około 7
Natomiast poziom moacuterz i oceanoacutew może się podnieść nawet o 10 m co zagraża już zalaniem
znacznych powierzchni przybrzeżnych (IPCC2014)
Z powodu ocieplenia klimatu zmieni się istotnie struktura opadoacutew w Polsce w tym
roczna wysokość i częstość występowania ekstremalnych opadoacutew regionalnych Zmiany w
strukturze opadoacutew objawiają się min tym że kroacutetkie (pojedyncze) intensywne opady
deszczu będą ulegać przegrupowaniu w dłuższe nawet kilkudniowe okresy o sumie
wysokości znacznie wyższej niż dawniej Przykładowo we Wrocławiu na przestrzeni
ostatnich 5 pełnych dekad (1960-2009) odnotowano
spadkowy trend rocznej wysokości opadoacutew
wzrostowy trend odnośnie liczby dni deszczowych w roku
wzrostowy trend intensywności opadoacutew o czasach trwania od 5 minut do 3 dni -
średnio na poziomie 13 [2]
Wywoływane zmianami klimatu zagrożenia ludności i infrastruktury miast związane są
przede wszystkim z niedoborem bądź nadmiarem wody Ryzyko zaistnienia niekorzystnych w
skutkach zjawisk takich jak susza czy powoacutedź określa się zwykle jako kombinację
prawdopodobieństwa wystąpienia oraz miary ich negatywnych skutkoacutew - najczęściej jako
iloczyn miary zagrożenia i miary zawodności (straty gospodarcze i społeczne)
Przewidywanie zagrożeń związanych z niskimi oraz wysokimi stanami i przepływami woacuted w
warunkach zmieniającego się klimatu jest niezbędne dla racjonalnej gospodarki wodnej
miast Dotyczy to zwłaszcza podstaw projektowania budowy i eksploatacji ujęć wody
(powierzchniowej i podziemnej) czy też odwodnień - kanalizacji deszczowej czy
ogoacutelnospławnej na terenach zurbanizowanych
Obserwowanym efektem zmian klimatycznych i poza klimatycznych jest zjawisko
wzrostu temperatury powietrza w miastach w stosunku do terenoacutew otaczających ndash tzw
Miejska Wyspa Ciepła MWC jest wynikiem min uwalniania się ciepła w środowisku
miejskim z procesoacutew przemysłowych i komunalnych ktoacutere modyfikują lokalnie warunki
meteorologiczne Związany z niedoborem wody w miastach spadek wilgotności gleby
przejawia się przede wszystkim przesuszeniem zieleni miejskiej co ogranicza możliwości
terenoacutew biologicznie czynnych w łagodzeniu wpływu wysokiej temperatury (rys 41)
Rys 41 Prądy konwekcyjne i opady w rejonie miejskiej wyspy ciepła [wwwwikipediapl]
Zagrożenia wynikające z warunkoacutew termicznych w miastach (MWC) wzrastają na ogoacuteł
liniowo wraz ze wzrostem wielkości miast Przeciętnie intensywność oddziaływania MWC
charakteryzują lokalne przyrosty temperatury od wartości niewiele przekraczających 10 ordmC -
w małych miastach do około 25 ordmC - w dużych miastach Jednakże w dużych aglomeracjach
w przypadku wystąpienia upałoacutew ponad 35 oC roacuteżnica temperatury powietrza pomiędzy
miastem a terenami otwartymi może sięgać nawet 10 oC Skutkuje to już istotnym wzrostem
wskaźnika śmiertelności mieszkańcoacutew
Zagrożeniami w funkcjonowaniu sieci i obiektoacutew infrastruktury miast takich jak
systemy wodociągowe z ujęciami systemy kanalizacyjne z oczyszczalniami ściekoacutew czy
składowiska odpadoacutew związanymi z nadmiarem wody są głoacutewnie powodzie i podtopienia
Według prognoz opartych na pesymistycznym scenariuszu zmian klimatu (SRES A1B)
przykładowo woda stuletnia w państwach środkowej Europy będzie zdarzać się średnio
KANALIZACJA I
31
częściej niż raz na 50 lat [2] Powodzie zagrażają więc większości polskich miast -
położonych w dolinach rzecznych (powodzie rzeczne) i w strefie wybrzeża (powodzie
sztormowe) Natomiast lokalne podtopienia terenoacutew (powodzie miejskie) mogą wystąpić w
efekcie gwałtownych ulew bądź też długotrwałych intensywnych opadoacutew Sprzyja temu duże
zagęszczenie zabudowy miejskiej oraz uszczelnienie powierzchni terenu prowadzące do
zmniejszenia bądź znacznego ograniczenia infiltracji woacuted opadowych do gruntu
Zagrożenia i straty generowane powodziami miejskimi (ang Flash Flood Urban
Flood) objawiają się lokalnymi wylewami z kanałoacutew deszczowych czy ogoacutelnospławnych
(zalewanie ulic piwnic) wskutek min niedostatecznej przepustowości i retencji istniejących
sieci kanalizacyjnych - zwymiarowanych w przeszłości nieodpowiednimi obecnie metodami
Konieczna staje się więc modernizacja infrastruktury wodno-kanalizacyjnej na terenie kraju
(zwiększenie przepustowości sieci budowa zbiornikoacutew retencyjno-infiltracyjnych itp)
42 ROGNOZOWANE ZMIANY STRUKTURY OPADOacuteW W PRZYSZŁOŚCI
421 TRENDY ZMIAN ROCZNYCH WYSOKOŚCI OPADOacuteW
Przykłady badań i prognoz
bull W Niemczech w XX wieku odnotowano ogoacutelnie wzrost rocznych wysokości opadoacutew na
poziomie około 10 Jednak w środkowej i wschodniej części Niemiec wykazano
zaroacutewno istotne statystycznie trendy rosnące (np Jena) jak i malejące (np Goumlrlitz) - wg Haumlnsel S Petzold S Matschullat J Precipitation Trend Analysis for Central Eastern Germany 1851ndash
2006 Bioclimatology and Natural Hazards 2009 vol 14
bull W Polsce analizowano trendy zmian rocznych wysokości opadoacutew (na 28 stacjach
IMGW) dla danych z lat 1951ndash2009 wykazano istotny statystycznie trend rosnący np
dla Rzeszowa ale też istotny trend malejący opadoacutew np na Śnieżce Ogoacutelnie przewaga
trendoacutew malejących - wg Pińskwar I Projekcje zmian w ekstremach opadowych w Polsce Monografia KGW PAN 2010
bull Badania szeregoacutew czasowych opadoacutew w dorzeczu Goacuternej Odry (na 4 stacjach IMGW
Kłodzko Legnica Opole i Wrocław) dla danych z okresu 60 lat (1954-2013) wykazały
zmniejszanie się rocznej i sezonowej wysokości opadoacutew - wg Kaźmierczak B Kotowski A Wdowikowski M Analiza tendencji rocznych i sezonowych zmian
wysokości opadoacutew atmosferycznych w zlewni Goacuternej Odry Ochrona Środowiska 2014 vol 36 nr 3
Zagrożenia wynikające z niedoboru wody
Zasoby wodne Polski należą do najuboższych w Europie Ich wielkość w przeliczeniu
na rok i mieszkańca jest trzykrotnie mniejsza od średniej europejskiej 4560 m3 w Europie w
Polsce ndash tylko 1580 m3 Wg danych GUS znakomita większość ujmowanej wody - około
85 pochodzi z zasoboacutew woacuted powierzchniowych a 15 z zasoboacutew woacuted podziemnych W
przyszłości zwiększać się będzie ryzyko zagrożenia tzw suszami hydrologicznymi
pogłębiającymi w wieloleciu niedobory wody w miastach (niskie stany i przepływy)
422 TRENDY ZMIAN CZĘSTOŚCI WYSTĘPOWANIA
INTENSYWNYCH OPADOacuteW
Przykład badań i prognoz
We Wrocławiu na przestrzeni 50 lat (1960-2009) stwierdzono trend wzrostowy
częstości występowania intensywnych opadoacutew odpowiednio dla
C ge 1 rok o 8 - na poziomie istotności 69
C ge 2 lata o 13 - na poziomie istotności 75
C ge 5 lat o 43 - na poziomie istotności 98
C ge 10 lat o 68 - na poziomie istotności 99
KANALIZACJA I
32
C ge 1 rok C ge 2 lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
C ge 5 lat C ge 10 lat
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
mlata
Rys 12 Trendy zmian przedziałowych wysokości opadoacutew maksymalnych dla częstości
występowania C ge 1 C ge 2 C ge 5 oraz C ge 10 lat we Wrocławiu w okresie 1960-2009
- wg Kaźmierczak B Kotowski A The influence of precipitation intensity growth on the urban drainage
systems designing Theoretical and Applied Climatology 2014 vol 118 nr 1
W perspektywie 2050 r we Wrocławiu przewiduje się wzrost wysokości opadoacutew
kroacutetkotrwałych i spadek wysokości opadoacutew o dłuższych czasach trwania
- wg Kaźmierczak B Prognozy zmian maksymalnych wysokości opadoacutew deszczowych we Wrocławiu Oficyna
Wydaw Politechniki Wrocławskiej Wrocław 2019
Zagrożenia wynikające z nadmiaru wody
Według prognoz opartych na pesymistycznym scenariuszu zmian klimatu (IPCC2007
- SRES A1B) przykładowo bdquowoda 100-letniardquo w państwach środkowej Europy będzie
zdarzać się średnio częściej niż raz na 50 lat - wg Kundzewicz Z W Zmiany ryzyka powodziowego w Europie Sympozjum Paryż - Orlean 28-3003 2012
Powodzie zagrażają więc większości polskich miast położonych w dolinach rzecznych -
powodzie rzeczne i w strefie wybrzeża - powodzie sztormowe (cofkowe) - wg VI Raport Rządowy RP dla Konferencji Stron Ramowej Konwencji NZ w sprawie zmian klimatu
Warszawa 2013
Lokalne podtopienia terenoacutew - powodzie miejskie mogą wystąpić wszędzie najczęściej
w efekcie gwałtownych ulew bądź też długotrwałych intensywnych opadoacutew czy roztopoacutew
Zagrożenia i straty (gospodarcze i społeczne) generowane powodziami miejskimi objawiają
się lokalnymi wylewami z kanałoacutew deszczowych czy ogoacutelnospławnych (zalewanie ulic
posesji piwnic) wskutek niedostatecznej przepustowości i retencji istniejących sieci
kanalizacyjnych - zwymiarowanych w przeszłości nieodpowiednimi obecnie metodami
Niezawodność działania systemoacutew kanalizacji deszczowej czy ogoacutelnospławnej nie jest
w pełni możliwa do osiągnięcia ze względu na losowy charakter opadoacutew Dążyć należy zatem
do bezpiecznego ich wymiarowania tj gwarantującego osiągnięcie wspoacutełcześnie
wymaganego standardu odwodnienia terenoacutew ktoacutery definiuje się jako przystosowanie
systemu do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych) strumieni woacuted opadowych z
częstością roacutewną dopuszczalnej (akceptowalnej społecznie) częstości wystąpienia wylania na
powierzchnię terenu (tab 11) ndash także w przyszłości
KANALIZACJA I
33
Tab 11 Zalecane częstości projektowe deszczu obliczeniowego wg PN-EN 75220082017
i dopuszczalne częstości wystąpienia wylania wg PN-EN 7522008 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Rodzaj zagospodarowania terenu
- standard odwodnienia terenu
Częstość wystąpienia
wylania
[1 raz na C lat]
1 na 1 I Tereny pozamiejskie 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
Biorąc pod uwagę obecną wiedzę na temat trendoacutew zmian klimatu do 2100 roku
dostosowanie typowych opadoacutew projektowych do wymiarowania i modelowania odwodnień
terenoacutew (tab 11 divide 13) można dokonać poprzez korektę ich intensywności - krzywych IDF o
obecnych częstościach występowania lub zmieniając częstości występowania wspoacutełczesnych
opadoacutew projektowych Oznacza to że dzisiejsze intensywności opadoacutew należy zwiększyć o
około 20 dla C = 1 rok do około 50 dla C = 10 lat lub też częstości występowania
obecnych opadoacutew należy zredukować około 2 razy Na tej podstawie opracowano wytyczne
do identyfikacji przyszłych przeciążeń hydraulicznych w systemach kanalizacyjnych Flandrii
w Belgii [2]
W Niemczech zalecono korektę częstości opadoacutew projektowych przyjmowanych
obecnie do weryfikacji nadpiętrzeń i wylewoacutew - wg standardoacutew DWA-A1182006 i EN
7522008 Przykładowo dla terenoacutew mieszkaniowych zaproponowano scenariusz opadoacutew C
= 5 lat zamiast C = 3 lata (wg tab 13) - do weryfikacji występowania przyszłych nadpiętrzeń
oraz scenariusz opadoacutew ekstremalnych o C = 100 lat - dla zapewnienia wymaganej obecnie
dopuszczalnej częstości wylewoacutew raz na 20 lat (wg tab 11) Na tej podstawie Krajowy
Urząd ds Środowiska w Bawarii wydał w 2009 roku zalecenie odnośnie częstości opadoacutew do
identyfikacji przyszłych przeciążeń kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej w Poacutełnocnej
Nadrenii-Westfalii co przedstawiono w tabeli 44
Tab 44 Zmiany do zaleceń DWA-A1182006 i EN 752 odnośnie scenariuszy opadoacutew do
identyfikacji przeciążeń systemoacutew kanalizacyjnych w przyszłości dla Poacutełnocnej Nadrenii-Westfalii
wg Merkblatt Nr 4332009
Rodzaj zagospodarowania terenu
Częstości opadoacutew do symulacji
- nadpiętrzeń - wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Tereny wiejskie 3 zamiast 2 50 zamiast 10
Tereny mieszkaniowe 5 zamiast 3 100 zamiast 20
Centra miast tereny usług i przemysłu 10 zamiast 5 100 zamiast 30
43 DZIAŁANIA PREWENCYJNE I ZARADCZE
431 Identyfikacja potencjalnych przeciążeń systemoacutew kanalizacyjnych w przyszłości
Z powodu globalnych regionalnych i lokalnych zmian klimatycznych w przyszłości
wystąpi jeszcze więcej ekstremalnych zjawisk opadowych ktoacutere będą powodować lokalne
szkody na terenach zurbanizowanych Odpowiednie działania prewencyjne i zaradcze w celu
zminimalizowania negatywnych skutkoacutew takich zdarzeń w przyszłości są już dziś pilnie
potrzebne bowiem budowane obecnie systemy odwodnień terenoacutew powinny sprawdzać się w
działaniu w horyzoncie czasowym 2100 roku Tak więc wymiarując dzisiejsze systemy
kanalizacyjne powinniśmy uwzględniać prognozowane scenariusze opadoacutew w przyszłości
Pierwszym etapem do identyfikacji przeciążeń kanałoacutew i obiektoacutew w przyszłości
powinna być symulacja działania istniejącego bądź nowoprojektowanego systemu
KANALIZACJA I
34
odwodnienia odnośnie nadpiętrzeń Parametrami kryterialnymi do wykazania konieczności
dostosowania danego systemu odwodnienia do zmian klimatycznych mogą być objętość
właściwa wylewoacutew (OWW) stopień zatopienia studzienek (SZS) i stopień wykorzystania
kanałoacutew (SWK) Wskaźnik OWW (w m3ha) wynika z obliczonej objętości wylewoacutew z
kanałoacutew (V w m3) względem uszczelnionejzredukowanej powierzchni Fzr zlewni (w ha)
zrF
VOWW (46)
Wskaźnik SZS ujmuje stosunek liczby zalanych do powierzchni terenu studzienek (Nz)
do ogoacutelnej liczby studzienek (N) danego systemu lub powiązanych wzajemnie jego części
N
NSZS
z (47)
Wskaźnik SWK pozwala na ocenę średniego ważonego stopnia wykorzystania
przepustowości hydraulicznej całej sieci danego systemu odwadniającego lub jego części
i
n
iproj
i
i
l
Q
Ql
SWK1
max
(48)
gdzie
Qmaxi - maksymalna obliczona wartość strumienia odpływu i-tego odcinka kanału m3s
Qproji - maksymalna projektowa wartość strumienia odpływu i-tego odcinka m3s
li - długość i-tego odcinka sieci kanalizacyjnej złożonej z n odcinkoacutew m
Wartości graniczne wskaźnikoacutew OWW SZS i SWK powinny być ustalane indywidualnie
dla danego systemu Przykład z [2] podano w tab 49
Tab 49 Parametry do oceny konieczności adaptacji kanalizacji do zmian klimatu Skala wartości wskaźnikoacutew
SWK [-]
00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 2 gt2
SZS [-]
0 005 01 015 02 025 03 035 04 045 05 gt05
OWW [m3ha]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 gt20
Potrzeba
dostosowania brak średnia duża
W przypadku gdy zidentyfikowane zostaną lokalne przeciążenia systemu (wg
scenariuszy z tab 44) konieczne są dalsze analizy ryzyka podatności Można tego dokonać
na podstawie ocen GIS ilub in-situ a w przypadku stwierdzenia rozległych przeciążeń
niezbędna staje się dodatkowa symulacja działania systemu w połączeniu z cyfrowym
modelem terenu Zalecane jest to zwłaszcza w przypadku gdy co najmniej dwa kryterialne
parametry oceny (OWW i SZS lub SWK) wskazują na wysoką potrzebę adaptacji (tab 49)
Szczegoacutełowa analiza wynikoacutew symulacji pozwala na wytyczenie granic terenoacutew zalewowych
a także na specyfikację głębokości wody szybkości strumienia i objętości spływu wody
Dalsze kroki planowania powinny polegać na wskazaniu potencjalnych rezerwuaroacutew
(np zagłębień terenowych) do retencjonowania lub ewentualnie kierowania fali spływu
powierzchniowego na tereny słabiej zagospodarowane (nieużytki ogrody działkowe boiska
sportowe) z ewentualnym zaleceniem podwyższenia krawężnikoacutew lub też budowy wałoacutew
przeciw powodziowych (trwałych bądź zastawkowych)
432 Zasady miejscowego zagospodarowania woacuted opadowych
Zagrożenia dla systemoacutew kanalizacyjnych wynikające ze zmian klimatu wywoływane
są zaroacutewno omoacutewionymi już czynnikami klimatycznymi (wzrost temperatury powietrza i
KANALIZACJA I
35
zmiany w strukturze opadoacutew) jak i poza klimatycznymi związanymi min ze zmianami
sposobu zagospodarowania czy użytkowania terenu Na zmiany klimatu nakłada się więc
wpływ szeregu procesoacutew urbanizacyjnych w tym intensywna działalność gospodarcza i
zajmowanie nowych obszaroacutew szczegoacutelnie wrażliwych na skutki zmian klimatu (np obszary
zalewowe) Wzrasta też na ogoacuteł udział powierzchni nieprzepuszczalnych na terenach już
zabudowanych
Naturalny obieg wody w przyrodzie charakteryzuje się roacutewnowagą pomiędzy
zjawiskami opadoacutew atmosferycznych a procesami spływu powierzchniowego infiltracji do
gruntu (i do woacuted podziemnych) oraz parowania do atmosfery Dynamiczna urbanizacja
terenoacutew miejskich przyczynia się do zwiększenia powierzchni uszczelnionych na obszarach
do niedawna słabo zagospodarowanych lub pokrytych roślinnością Skutkuje to zmianami
intensywności spływu powierzchniowego woacuted opadowych Wielkość infiltracji woacuted
opadowych do gruntu w warunkach naturalnych szacowana jest zwykle na poziomie
80divide100 przy spływie powierzchniowym wynoszącym 20divide0 Rozwoacutej miast i związany z
tym proces uszczelniania powierzchni burzy te proporcje W zależności od stopnia
urbanizacji spływ powierzchniowy może sięgać nawet powyżej 80 a naturalna infiltracja
woacuted opadowych może zostać ograniczona do poziomu poniżej 20 (rys 47)
Rys 47 Spływ powierzchniowy i podziemny woacuted opadowych w zależności
od stopnia urbanizacji terenu [httplincolnnegov]
Zgodnie z zasadą zroacutewnoważonego rozwoju prawidłowa gospodarka wodna na
terenach zurbanizowanych powinna polegać na zagospodarowaniu jak największej objętości
bdquoczystychrdquo woacuted opadowych tak aby
zmniejszyć i opoacuteźnić spływ powierzchniowy woacuted do odbiornikoacutew oraz
zapobiec obniżaniu się poziomoacutew woacuted podziemnych w miastach
Wykorzystuje się w tym celu procesy retencji infiltracji i ewapotranspiracji w
takich obiektach jak zbiorniki retencyjno-infiltracyjne naturalne niecki terenowe czy
lansowane ostatnio tzw zielone dachy [2] Unikać przy tym należy generalnie nadmiernego
uszczelniania powierzchni terenu (stosować np utwardzanie ażurowe) Przyczyni się to w
bezpośredni bądź pośredni sposoacuteb do ochrony terenoacutew zurbanizowanych przed powodziami
miejskimi ndash wylewami z kanałoacutew
Wodyścieki opadowe (deszczowe i roztopowe) pochodzące z zanieczyszczonych
uszczelnionych powierzchni terenoacutew zurbanizowanych przed wprowadzeniem ich do gruntu
powinny być podczyszczane Wynika to z Rozporządzeń Ministra Środowiska (RMŚ) z 2006
i 2014 roku Nie dotyczy to woacuted opadowych pochodzących z niezanieczyszczonych
szczelnych powierzchni (np z dachoacutew budynkoacutew na terenach mieszkaniowych)
KANALIZACJA I
36
Infiltracja z retencją powierzchniową stosowana jest na terenach zielonych Najczęściej
wykorzystuje się do tego celu naturalne zagłębienia terenu jako tzw niecki rozsączające w
ktoacuterych napełnienie wodą nie przekracza zwykle 03 m Zbiorniki rozsączające to zazwyczaj
wyprofilowane zagłębienia terenu w ktoacuterych napełnienie wodą nie przekracza 10 m
Poprawę zdolności chłonnych zbiornikoacutew oraz efektoacutew samooczyszczania woacuted opadowych
można uzyskać poprzez obsianie dna i skarp odpowiednio dobranymi mieszankami traw i
innej roślinności
Infiltracja z retencją podziemną - rozsączanie podziemne woacuted opadowych może się
odbywać poprzez skrzynki czy komory rozsączające oraz studnie czy drenaże chłonne [2] a) b) c)
Rys 48 Schematy przykładowych urządzeń do rozsączania podziemnego woacuted deszczowych
a) skrzynki rozsączające b) komora rozsączająca c) studnia chłonna
Skrzynki rozsączające umieszcza się zwykle w odpowiednio głębokich wykopach w
ktoacuterych wykonuje się warstwę drenażową - o dużej wartości wspoacutełczynnika filtracji Komory
rozsączające charakteryzują się na ogoacuteł bardziej wytrzymałą konstrukcją nośną w stosunku
do skrzynek rozsączających Są najczęściej stosowane do odwadniania dużych powierzchni
Studnie i drenaże chłonne znajdują zastosowanie przy braku naturalnych odbiornikoacutew i przy
ograniczonych możliwościach zastosowania urządzeń o większej powierzchni infiltracji
5 METODY BILANSOWANIA STRUMIENI ŚCIEKOacuteW
51 ŚCIEKI BYTOWO-GOSPODARCZE I PRZEMYSŁOWE
Grawitacyjne kanały ściekowe (tj bytowo-gospodarcze i przemysłowe) wymiaruje się
na maksymalny godzinowy strumień objętości ściekoacutew bytowo-gospodarczych i
przemysłowych (w dobie maksymalnej) z uwzględnieniem strumienia woacuted przypadkowych
tj infiltracyjnych i deszczowych (w okresie mokrej pogody) Miarodajny do wymiarowania
strumień objętości ściekoacutew Qm śc (w dm3s) obliczać należy z wzoru [2]
Qm śc = Qbg + Qp + Qinf + Qwd (513)
lub ogoacutelnie
Qm śc = Qbg + Qp + Qprzyp (513a)
gdzie
Qbg - strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych dm3s
Qp - strumień ściekoacutew przemysłowych dm3s
Qinf - strumień woacuted infiltracyjnych (przypadkowy) dm3s
Qwd - strumień woacuted deszczowych (przypadkowy) dm3s
Qprzyp - łączny strumień woacuted przypadkowych (Qinf + Qwd) dm3s
Kanały ściekowe należy więc dobierać na miarodajną wartość strumienia ściekoacutew i woacuted
przypadkowych Qm śc (z wzoroacutew (513) lub (513a)) z pozostawieniem rezerwy na
przyszłościowy rozwoacutej tj na potencjalny wzrost wartości strumienia ściekoacutew w przyszłości
(w perspektywie większej niż 50 lat)
KANALIZACJA I
37
Bilans odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych opracowuje się wg
podobnych zasad jak bilans zapotrzebowania na wodę - do wymiarowania wodociągoacutew
Obecnie odstępuje się od sporządzania szczegoacutełowych bilansoacutew wodnych zwłaszcza na
perspektywę ge 50 lat na rzecz bilansoacutew opartych na wskaźnikach jednostkowych bądź
scalonych
W metodach bilansowania odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
wykorzystuje się wskaźniki zużycia wodyodpływu ściekoacutew
jednostkowe średnio-dobowe (w dm3d) - w przeliczeniu na mieszkańca (Mk)
scalone maksymalne-godzinowe (w dm3s) - w przeliczeniu na mieszkańca (Mk)
ilub na powierzchnię jednostkową danej zlewni (w ha)
Strumień objętości odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych (Qbg) i przemysłowych
(Qp) można więc zbilansować dwoma metodami
A metodą wskaźnikoacutew średnich dobowych (MWŚD) bądź
B metodą wskaźnikoacutew maksymalnych godzinowych (MWMG)
Ad A Bilans ściekoacutew Qbg i Qp wg metody wskaźnikoacutew średnich dobowych (MWŚD)
Średnie dobowe w roku (Qdśr) zużycie wodyodpływ ściekoacutew (w m3d) wynosi
idisrd QQ
365
1365
1
(51)
Rys 51 Nieroacutewnomierność poboru wody bądź odpływu ściekoacutew w roku (0274=100365 d)
Wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności dobowej (Nd) i maksymalny dobowy odpływ
ściekoacutew (Qdmax) wynosi
ddsrd
dsr
dd NQQ
Q
QN max
max (52)
Wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności godzinowej (Nh) i maksymalny godzinowy odpływ
ściekoacutew (Qhmax) w dobie o Qdmax wynosi
hhsrh
d
h
hsr
hh NQQ
Q
Q
Q
QN max
max
maxmax 24 (53)
Rys 52 Nieroacutewnomierność odpływu ściekoacutew w dobie (4167=10024 h)
Stąd maksymalny godzinowy strumień objętości ściekoacutew (w dm3s) wyniesie
86400max srdhdh QNNQ (54)
KANALIZACJA I
38
UWAGA Wielkość zużycia wody w danej jednostce osadniczej określić można
najdokładniej na podstawie zarejestrowanego poboru wody (z wodomierzy) Odpływ
ściekoacutew bytowo-gospodarczych czy przemysłowych jest mniejszy od 100 rejestrowanego
poboru wody i ma mniejszą nieroacutewnomierność godzinową (retencja sieci) w stosunku do
poboru wody w tym przesuniętą w czasie (rys 53)
Rys 53 Nieroacutewnomierność poboru wody i odpływu ściekoacutew w dobie
Najpierw bilansuje się średnie dobowe (w m3d) zapotrzebowanie na wodę w
poszczegoacutelnych elementach zagospodarowania przestrzennego (Lp od 1 do 4 w tab 51a)
posługując się liczbą mieszkańcoacutew (LMk) miastaosiedlastrefy i wskaźnikiem jednostkowego
średniego dobowego zapotrzebowania na wodę (qj)
Qd śr = 0001
4
1i
q j middot LMk (55)
gdzie
qj - wskaźnik jednostkowego dobowego zużycia wody na mieszkańca w dm3d (tab 51a)
LMk - liczba mieszkańcoacutew miastaosiedlastrefy Mk
Tab 51a Wskaźniki jednostkowego zapotrzebowania na wodę w miastach [1 2]
Lp
Elementy zagospodarowania
przestrzennego
terenu zurbanizowanego
Jedno-
stka
Wskaźnik
zużycia wody
qj dm3d
Wspoacutełczynnik
nieroacutewnomierności
dobowej Nd
1
Mieszkalnictwo
wielo- i jednorodzinne I
wg klasy wyposażenia II
instalacyjnego mieszkań III
Mk
Mk
Mk
140 divide 160
80 divide 100
70 divide 90
15 divide 13
15 divide 13
20 divide 15
2 Usługi ogoacutelnomiejskie Mk 60 13
3 Komunikacja zbiorowa Mk 4 12
4 Tereny przemysłowo-składowe Mk 70 115
I klasa - pełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z dostawą ciepłej wody użytkowej z zewnątrz
II klasa - pełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z lokalnym źroacutedłem ciepłej wody użytkowej
III klasa - niepełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z lokalnym źroacutedłem ciepłej wody użytkowej
UWAGA Podane w tabeli 51a informacje dotyczące wskaźnikoacutew zapotrzebowania na wodę dla
bdquomieszkalnictwardquo (wg RMI z 2002 roku) w odniesieniu do I klasy wyposażenia instalacyjnego
mieszkań (tj z dostawą ciepłej wody użytkowej z zewnątrz ndash np z miejskiej ciepłowni) są obecnie
zawyżone 140divide160 dm3d na Mk w stosunku do wskaźnika dla II klasy (tj mieszkań z lokalnym
źroacutedłem ciepłej wody użytkowej) 80divide100 dm3d na Mk Według najnowszych badań [2]
należałoby na perspektywę dla I klasy przyjmować wskaźnik jednostkowy w granicach 100divide160
dm3d na Mk (niższe wartości dla małych miast)
Następnie oblicza się maksymalny dobowy strumień odpływu ściekoacutew (w m3d) z
wykorzystaniem wzoroacutew [2]
Qdmax śc = Σ (Qd śr middot Nd middot η) (56)
lub
Qdmax śc = 0001 Σ (qj middot LMk middot Nd middot η) (57)
KANALIZACJA I
39
gdzie
Nd ndash wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności dobowej (wg tab 51a) -
η ndash wspoacutełczynnik (zmniejszający) określający strumień odpływu ściekoacutew -
Dobowy odpływ ściekoacutew jest mniejszy od poboru wody wodociągowej o wartość
mnożnika [1 2]
η = 095 - dla mieszkalnictwa (wielo- i jednorodzinnego)
η = 095 - dla usług ogoacutelnomiejskich
η = 10 - dla komunikacji zbiorowej
η = 085 - dla terenoacutew przemysłowo-składowych
Przyjmując za podstawę obliczony z wzoroacutew (56) lub (57) maksymalny dobowy
strumień ściekoacutew w poszczegoacutelnych elementach zagospodarowania przestrzennego (Lp 1 divide 4
ndash wg tab 51a) jako Qdmax śc = 100 sporządza się histogramy odpływoacutew godzinowych
ściekoacutew (w m3h) wykorzystując do tego (z braku odpowiednich badań) istniejące modele
symulacyjne zapotrzebowania na wodę tj procentowe rozbiory w poszczegoacutelnych godzinach
(w dobie maksymalnej) podane w tabeli 52a Zwykle decydujący o wielkości odpływu
ściekoacutew jest udział mieszkalnictwa ndash najczęściej 60divide80 Qd max śc
Tab 52a Modele symulacyjne rozkładoacutew godzinowych zapotrzebowania
na wodęodpływu ściekoacutew w dobie maksymalnej [1 2]
Godziny
od - do
Elementy zagospodarowania przestrzennego
Mieszkalnictwo Usługi
ogoacutelno-
miejskie
Komunika-
cja zbiorowa
Tereny
przemy-
słowe wieloro-
dzinne
jedno-
rodzinne
0 ndash 1 125 135 100 - 050
1 ndash 2 085 065 100 1650 050
2 ndash 3 085 065 100 1650 050
3 ndash 4 085 065 100 1650 050
4 ndash 5 210 085 100 1650 050
5 ndash 6 250 (300) 300 100 - 050
6 ndash 7 545 (625) 515 100 - 875
7 ndash 8 625 (545) 475 200 - 875
8 ndash 9 495 (445) 445 300 - 875
9 ndash 10 440 420 700 850 875
10 ndash 11 420 340 1000 850 875
11 ndash 12 405 340 1200 850 875
12 ndash 13 390 340 1200 850 875
13 ndash 14 430 400 1200 - 875
14 ndash 15 440 420 1000 - 325
15 ndash 16 475 380 700 - 325
16 ndash 17 565 435 300 - 325
17 ndash 18 530 500 300 - 325
18 ndash 19 565 685 300 - 325
19 ndash 20 630 915 300 - 325
20 ndash 21 660 900 200 - 325
21 ndash 22 680 745 200 - 325
22 ndash 23 545 550 100 - 050
23 ndash 24 320 480 100 - 050
Suma 100 100 100 100 100
- przy założonej zmianowości pracy I zmiana - 70 II zmiana - 26 III zmiana - 4
( ) - w nawiasach podano wartości dla miast o przewadze funkcji przemysłowych
Zsumowanie odpływoacutew ściekoacutew w poszczegoacutelnych godzinach z wszystkich elementoacutew
zagospodarowania (tab 52a) prowadzi do określenia największej wartości godzinowego
odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych (w m3h) - najczęściej
występującej w godzinach rannych 600 divide 800 lub wieczornych - 1900 divide 2200
Qhmax śc = Qbg + Qp
- ktoacutera jest następnie przeliczana na dm3s (dzieląc przez 36) i podstawiana do roacutewnań
bilansowych ściekoacutew Qm śc - do wzoroacutew (513) i (513a))
KANALIZACJA I
40
Ad B Bilans Qbg i Qp wg metody wskaźnikoacutew maksymalnych godzinowych (MWMG)
W Niemczech średnie dobowe zużycie wody przez mieszkańca łącznie z usługami
kształtuje się na poziomie od 80 do 200 dm3d W Polsce odpowiednio od 90 dm3d do 220
dm3d Wartości przeciętne są na podobnym poziomie ok 130 dm3(dmiddotMk) Z braku
aktualnych danych o wskaźnikach nieroacutewnomierności dobowej (Nd) i godzinowej (Nh)
odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych w Polsce można posługiwać się wytycznymi
niemieckimi wg DWA-A118 z 2006 r [1 2 3] ktoacutere na perspektywę 50 lat przewidują
wskaźnik scalony
qbg = 0004divide0005 dm3s - na 1 mieszkańca
- jako maksymalny godzinowy odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych z mieszkalnictwa
wraz z usługami ogoacutelnomiejskimi Stąd strumień ściekoacutew Qbg (w dm3s) można oszacować z
wzoroacutew [2]
Qbg = qbg middot Z middot Fbg (58)
lub
Qbg = qbg middot LMk (58a)
gdzie
qbg - wskaźnik maksymalnego odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych dm3(s∙Mk)
Z - gęstość zaludnienia miast Mkha
Fbg - powierzchnia zlewni miejskiej ściekoacutew bytowo-gospodarczych ha
LMk - liczba mieszkańcoacutew miastaosiedlastrefy Mk
Zaludnienie na terenach zurbanizowanych (Z) kształtuje się zwykle na poziomie od 20
Mkha do 300 Mkha
Odnośnie ściekoacutew przemysłowych ndash na wydzielonych powierzchniach miasta (Fp w
ha) można posługiwać się wskaźnikami scalonymi maksymalnego godzinowego odpływu
ściekoacutew przemysłowych wg DWA-A118 skąd strumień Qp (w dm3s) oszacować można z
ogoacutelnego wzoru [2]
ppp FqQ (59)
gdzie
qp(n) = 02divide05 dm3(s∙ha) - wskaźnik odpływu ściekoacutew z przemysłu niewodochłonnego
qp(w) = 05divide10 dm3(s∙ha) - wskaźnik odpływu ściekoacutew z przemysłu wodochłonnego
Fp ndash powierzchnia zlewni ściekoacutew przemysłowych (powierzchnia wydzielonych terenoacutew
przemysłowych) ha
UWAGA 1 Wartość strumienia jednostkowego qp zależny od branży i technologii produkcji
ale też od czasu pracy - zmianowości itp W Polsce dotychczasowe wytyczne (z lat 60-tych
XX wieku) przewidywały qp(n) = 03divide12 dm3(s∙ha) oraz qp(w) = 12divide58 dm3(s∙ha) co jest
obecnie wysoce nie racjonalne ()
Rys 54 Wpływ zmianowości pracy w przemyśle na nieroacutewnomierność godzinową odpływu ściekoacutew
KANALIZACJA I
41
UWAGA 2 Przemysł min ze względu na zmianowość pracy może mieć istotny wpływ na
nieroacutewnomierność godzinową odpływu ściekoacutew Przykład na rysunku 54
UWAGA 3 Odpływ ściekoacutew z terenoacutew przemysłowych może być większy od
rejestrowanego poboru wody wodociągowej Zakłady przemysłowe posiadają często własne
ujęcia wody woacutewczas wartość strumienia (Qp) i nieroacutewnomierność odpływu ściekoacutew
przemysłowych należy ustalać na podstawie ankiet ilub pomiaroacutew
52 BILANS WOacuteD PRZYPADKOWYCH
Szczegoacutełowe ustalenie strumieni ściekoacutew - miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew
powinno uwzględniać dodatkowo dopływ woacuted przypadkowych tj głoacutewnie infiltracyjnych i
opadowych Qprzyp = Qinf + Qwd (w dm3s) Głoacutewnie wskutek starzenia się materiałoacutew ndash
kanałoacutew dochodzi do ich uszkodzeń i rozszczelnień co powoduje
infiltrację woacuted podziemnych do wnętrza kanałoacutew bądź też
eksfiltrację ściekoacutew do gruntu i skażenie woacuted podziemnych
Wg nieaktualnych polskich wytycznych technicznych z 1965 roku w przypadku gdy
dno kanału zagłębione jest pod zwierciadłem wody podziemnej o H le 4 m (wg rys 55)
jednostkową wartość infiltracji (qinf ) należało przyjmować
dla sieci osiedlowej qinf = 10 m3(d∙km) lub odpowiednio 05 divide 20 m3(d∙ha)
dla sieci miejskiej
qinf = 10 m3(d∙km) lub 05divide20 m3(d∙ha) - kanały murowane i tworzywowe
qinf = 30 m3(d∙km) lub 15divide60 m3(d∙ha) - kanały kamionkowe
qinf = 40 m3(d∙km) lub 20divide80 m3(d∙ha) - kanały betonowe
Rys 55 Zagłębienie kanału względem zwierciadła wody podziemne
Przy zagłębieniu kanałoacutew H gt 4 m należało zwiększyć qinf o 20 co 1 m - powyżej 4
m Dla przykładu dla H = 6 m i kanału miejskiego z kamionki qinf = 14 middot 30 = 42 m3(d∙km)
UWAGA Obecnie wykonuje się proacuteby szczelności nowych kanałoacutew - przy odbiorze
technicznym - mniejsza będzie infiltracja w przyszłości
Obok woacuted infiltracyjnych wody przypadkowe stanowią wody deszczowe dopływające
do kanałoacutew ściekowych (podczas pogody deszczowej) przez
otwory wentylacyjne we włazach studzienek kanalizacyjnych
błędne podłączenia np rynien dachowych wpustoacutew podwoacuterzowych itp
Tabela 53 Możliwe składowe woacuted przypadkowych w zależności od rodzaju kanałoacutew [ATV A-118]
Kanał ogoacutelnospławny Kanał deszczowy Kanał ściekowy - infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- dopływające wody drenażowe i
źroacutedlane
- dopływające wody drenażowe
źroacutedlane oraz powierzchniowe (ze
strumieni potokoacutew itp)
- dopływające wody drenażowe i
źroacutedlane
- dopływające ścieki (bdquosanitarnerdquo)
poprzez błędne podłączenia
- dopływające wody deszczowe
poprzez włazy studzienek i błędne
podłączenia
KANALIZACJA I
42
Strumień dopływu woacuted przypadkowych zależy od charakterystyki miastaosiedla tj
rodzaju materiału kanałoacutew jakości wykonania i wieku kanałoacutew oraz zagłębienia pod
zwierciadłem wody podziemnej spadkoacutew powierzchni terenu rodzaju nawierzchni droacuteg itp
Można go oszacować przez pomiar strumienia przepływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i
przemysłowych w godzinach nocnych - przy odciętym dopływie wody wodociągowej
podczas pogody deszczowej i bezdeszczowej
Na podstawie wytycznych niemieckich DWA-A 1182006 zaleca się przyjmowanie
następujących wartości wskaźnikoacutew jednostkowych woacuted przypadkowych [1 2 3]
qinf [005 015] dm3(s∙ha) - dla infiltracji (wg polskich wytycznych np dla H le 40
m wskaźnik ten wynosiłby qinf = 0006divide010 dm3(s∙ha))
qwd [02 07] dm3(s∙ha) - dla dopływu woacuted deszczowych (nie uwzględniany w
bilansach ściekoacutew wg dotychczasowych polskich wytycznych )
czyli łącznie
qprzyp [025 085] dm3(s∙ha) - do bilansu ściekoacutew wg wzoru (513a)
Strumień woacuted przypadkowych Qprzyp = Qinf + Qwd (w dm3s) można określać oddzielnie ndash
dla powierzchni cząstkowych zlewni ściekoacutew bytowo-gospodarczych (Fbg w ha) oraz zlewni
ściekoacutew przemysłowych (Fp w ha) korzystając z wzoroacutew [1 2]
Qprzyp b-g = Qinf + Qwd = (qinf + qwd) middot Fbg
Qprzypp = Qinf + Qwd = (qinf + qwd) middot Fp
Przykład metodyczny Podział zlewni ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych na
powierzchnie cząstkowe przynależne do danego odcinka kanału ściekowego (A-B-C) i
obliczenia strumieni ściekoacutew do doboru średnic ndash schemat na rys 57
Rys 57 Schemat podziału zlewni ściekoacutew na powierzchnie cząstkowe
Wymiar kanału na odcinku AB dobieramy na strumień miarodajny - maksymalny
godzinowy QB (w dm3s) - bezpośrednio przed węzłem B
QB = qbg middot Z middot sumFbg AB + [(qinf + qwd) middot sumFbg AB]
a wymiar kanału na odcinku BC na łączny strumień QC (na odcinkach AB i BC) -
bezpośrednio przed węzłem C
QC = QB + qbg middot Z middot Fbg BC + [(qinf + qwd) middot Fbg BC] + qpmiddot Fp BC + [(qinf + qwd) middot Fp BC]
KANALIZACJA I
43
53 ZALECANE WYPEŁNIENIA KANAŁOacuteW ŚCIEKOWYCH
Dotychczas w Polsce (wg WTP z 1965 r) błędnie przyjmowano ryczałtowo strumień
woacuted przypadkowych w tym infiltracyjnych z rezerwą na przyszłościowy rozwoacutej w
wysokości 100 Qh max śc tj ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych a wymiar
kanału dobierano na 2Qh max śc - do całkowitego wypełnienia kanału Zmienione zasady
projektowe w 1983 roku [wg IKŚ] zalecały przyjmowanie wypełnień względnych kanałoacutew
ściekowych hD le 06 (tj do 60 średnicy) dla kanałoacutew o średnicach D lt 10 m ale dla
miarodajnego (maksymalnego godzinowego) strumienia samych ściekoacutew Q = Qbg + Qp
czyli do 67 obliczeniowej przepustowości całkowitej (Qo = 100) kanału kołowego Tym
samym ograniczono rezerwę przepustowości takich kanałoacutew ndash łącznie na wody przypadkowe
i infiltracyjne oraz na przyszłościowy rozwoacutej - z ok 50 do ok 33 (rys 56)
przepustowości całkowitej (Qo) Prowadziło to do niedowymiarowania średnic kanałoacutew
Rys 56 Przykładowe krzywe sprawności hydraulicznej kanału kołowego (QQo od hD)
Wypracowane w Niemczech zasady wymiarowania kanałoacutew ściekowych są
poprawniejsze bowiem rezerwa bezpieczeństwa przepustowości kanałoacutew (na przyszłościowy
rozwoacutej) jest uwzględniana dopiero po wyznaczeniu miarodajnego odpływu ściekoacutew Qm śc tj
łącznie ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych oraz woacuted przypadkowych
(infiltracyjnych i woacuted deszczowych) Tak więc miarodajny strumień objętości ściekoacutew
wyznacza się dla 4 składowych dopływu
Qm śc = Qbg + Qp + Qinf + Qwd (513)
- a kanały ściekowe dobiera się na wypełnienie hD od 50 do 70 co odpowiada
przepustowości całkowitej (Qo = 100) przekroju kołowego od 50 do 83 (rys 56) czyli
pozostaje bdquoczystardquo rezerwa na przyszłościowy rozwoacutej od 50 do 17 Qo ndash w zależności od
ważności kanału ściekowego w systemie Powstająca w ten sposoacuteb bdquonadwyżkardquo
przepustowości kanału nie może być w żadnym wypadku traktowana w kategorii
bdquorozrzutnościrdquo lecz jako zabezpieczenie pewności działania systemu (ochrony przed
wylaniem) a także jako rezerwa rozwojowa do ewentualnego wykorzystania w przyszłości
Zalecenia do doboru średnic kanałoacutew ściekowych
Obecnie wg wytycznych DWA-A 1182006 jako minimalną średnicę kanałoacutew bytowo-
gospodarczych i przemysłowych w miastach należy przyjmować Dmin = 025 m a tylko w
uzasadnionych przypadkach dopuszcza się (jak w dotychczas) Dmin = 020 m ndash na
początkowych odcinkach sieci przy znacznych spadkach terenu i luźnej zabudowie
Minimalne spadki dna kanałoacutew ściekowych można obliczać z formuły imin = 1D (imin
w [permil] dla D w [m]) Jednakże dla małych względnych wypełnień kanałoacutew ściekami hD le
03 spadki dna powinny być znacznie większe niż obliczane z formuły 1D ze względu na
niespełnianie woacutewczas hydromechanicznych warunkoacutew transportu zawiesin (organicznych i
mineralnych) zawartych w ściekach w tym wleczonych przy dnie kanału (podano to w
notatkach - wg rozdz 9 z podręcznika [2]) Spadek maksymalny dna kanałoacutew ściekowych
(imax) powinien wynikać z warunku nieprzekraczania prędkości maksymalnej Vmax = 30 ms
KANALIZACJA I
44
6 PODSTAWY BILANSOWANIA WOacuteD OPADOWYCH 61 OGOacuteLNA CHARAKTERYSTYKA SPŁYWOacuteW OPADOWYCH
611 OPADY ATMOSFERYCZNE
Opady atmosferyczne w naszej szerokości geograficznej występują głoacutewnie w postaci
deszczu (ciekłej) oraz śniegu i gradu (stałej) Ze względu na odmienny charakter spływu
natychmiastowy w przypadku deszczu
przesunięty w czasie w przypadku topnieniu śniegu czy lodu
do wymiarowania kanalizacji rozważane są wyłącznie opady deszczowe jako dające
największe chwilowe odpływy Spływy woacuted pochodzące z topnienia śniegu czy lodu
stwarzają problemy natury jakościowej - są silnie zanieczyszczone min pyłami
atmosferycznymi po długim okresie zalegania na powierzchni terenu Ogoacutelnie zjawisko
opadoacutew deszczowych charakteryzują 3 parametry
intensywność deszczu I = ΔhΔt (zmiany wysokości opadu Δh w czasie Δt)
czas trwania deszczu t
zasięg terytorialny F
Intensywność deszczu nie jest stała w czasie jego trwania jak też w przestrzeni objętej
opadem Deszcze wyjątkowo intensywne (tzw ulewne czy nawalne) zdarzają się rzadko (raz
na kilka czy raz na kilkanaście lat) trwają kroacutetko i mają mały zasięg terytorialny Przykład
lokalne bdquooberwanie chmuryrdquo Deszcze mało czy średnio intensywne występują częściej
trwają dłużej i obejmują większe obszary Przykład opad regionalny typu bdquokapuśniaczekrdquo UWAGA W kanalizacji posługujemy się częściej pojęciem jednostkowego natężenia
deszczu q w dm3s ha zamiast intensywności deszczu I = ΔhΔt w mmmin Między tymi
wielkościami zachodzi związek wynikający z przeliczenia jednostek miar
q = 16667∙I (63)
i odwrotnie I = q 16667
Zasięg deszczu (w km2) opisuje w przybliżeniu formuła Rosłońskiego dla I lt 5
mmmin
F = 5(5 ndash I)3 (64)
Przykładowo
- dla I = 1 mmmin (q = 167 dm3s ha) - F = 320 km2 (- obszar dużego miasta)
- dla I = 2 mmmin (q = 333 dm3s ha) - F = 135 km2 (- mniejsze miasto)
- dla I = 3 mmmin (q = 500 dm3s ha) - F = 40 km2 (- dzielnica miasta)
- dla I = 4 mmmin (q = 667 dm3s ha) - F = 5 km2 (- osiedle mieszkaniowe)
612 POROacuteWNANIE ILOŚCIOWE SPŁYWOacuteW DESZCZOWYCH ZE ŚCIEKAMI
Nie cały opad na obszarze zurbanizowanym - zlewni deszczowej o całkowitej
powierzchni F spływa do kanalizacji Część opadu deszczowego zwilża powierzchnie i
wyparowuje część wypełnia nieroacutewności terenu i wsiąka w grunt bądź też odpływa poza
zlewnię zgodnie ze spadkiem terenu Wysokość opadu ktoacutera nie stała się częścią spływu
określa się jako straty Pozostała część ndash tzw opad efektywny (dający już spływ
powierzchniowy) związany jest z tzw zlewnią zredukowaną Fzr (szczelną)
FFzr (65)
gdzie
ψ - wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego ψ = (H ndash (E + straty))H ψ[0 1]
H - wysokość opadu normalnego (średniego rocznego z wielolecia min 30 lat) mrok
E - wysokość parowania terenowego mrok bdquostratyrdquo - głoacutewnie wsiąkanie mrok
KANALIZACJA I
45
Przykładowe poroacutewnanie spływoacutew ściekoacutew i woacuted opadowych w roacuteżnym czasie
Jednostkową wielkość spływu powierzchniowego z opadoacutew w okresie obliczeniowym
np 1 roku z powierzchni zlewni F = 10 ha oszacować można (w m3rok) z wzoru
FHQ (66)
Przyjmując dla Polski opad normalny H = 060 m spływ woacuted opadowych z 1 ha
powierzchni przykładowo zlewni miejskiej przy średnim wspoacutełczynniku spływu ψ = 03
wyniesie
Odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych z 10 ha zabudowy miejskiej przy przyjęciu
gęstości zaludnienia Z = 200 Mkha i wskaźnika odpływu ściekoacutew qj = 02 m3Mk∙d ndash wraz z
usługami wyniesie w roku
rokmha
haMk
dMkmdFZqQ j
rocz
ść
33
1460001200)(
20365365
odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych jest ok 8 razy większy od odpływu woacuted opadowych
18180014600 rocz
op
rocz
ść QQ
Poroacutewnując jednak odpływy woacuted deszczowych i ściekoacutew w kroacutetkich okresach czasu -
w czasie trwania intensywnych opadoacutew (miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew
ogoacutelnospławnych i deszczowych) powyższe relacje odwroacutecą się Przykładowo przyjmując
średnie natężenie deszczu np q = 100 dm3s ha przy wspoacutełczynniku spływu ψ = 03
otrzymamy z powierzchni 1 ha
sdmhahasdmFqQ sek
op
33
300130)(100
a maksymalny godzinowy odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych przy Nd = 13 Nh = 20
qj = 200 dm3Mkmiddotd i Z = 200 Mkha wyniesie z powierzchni 1 ha
sdmha
haMk
dMkdmFZqNNQ jhd
sek
ść
33
2186400
01200)(
20023186400
Wynika stąd stosunek 252130 sek
ść
sek
op QQ 1 (czasem nawet 1001 - przy bardzo
rzadkich częstościach występowania intensywnych opadoacutew)
62 POMIARY OPADOacuteW DESZCZOWYCH 621 DESZCZOMIERZE KLASYCZNE
Do rejestracji wysokości opadoacutew atmosferycznych powszechnie stosowany jest
deszczomierz Hellmanna (rys 62) Składa się z cylindrycznej osłony i dwoacutech naczyń
montowanych na wysokości 10 m npt Naczynie goacuterne zakończone lejkiem kieruje opady
do naczynia dolnego - zbiornika Średnica wlotu wynosi 1596 cm stąd F = 200 cm2 Zwarta
budowa urządzenia zmniejsza parowanie Deszczomierze umieszcza się w okolicy
pozbawionej wysokich drzew
Rys 62 Deszczomierz Hellmanna
rokmmrokmFHQrocz
op
32 1800100003060
KANALIZACJA I
46
Odczyty odbywają się raz na dobę (najczęściej o godz 7 rano) Woda przelewana jest
woacutewczas ze zbiornika do szklanej menzurki gdzie odczytuje się jej objętość skąd wysokość
opadu h = VF (10 mm wysokości opadu oznacza 10 dm3m2)
Deszczomierz Hellmanna nie pozwala na rejestrację zmian intensywności opadoacutew w
czasie czy też czasu trwania poszczegoacutelnych faz opadoacutew Do tego celu służą (od połowy XX
wieku) tzw pluwiografy pływakowe - z graficznym zapisem zdarzeń na pluwiogramach
papierowych (rys 63) Dokładność pomiaru i zapisu takich urządzeń jest rzędu 01 mm
wysokości opadu tj 01 dm3m2
Rys 63 Schemat pluwiografu pływakowego
622 DESZCZOMIERZE NOWEJ GENERACJI - BEZOBSŁUGOWE
Pluwiometry wagowe Istotną wadą klasycznych deszczomierzy jest ich uciążliwa
obsługa - codzienna w przypadku deszczomierza Hellmanna i co kilka dni w przypadku
pluwiografu pływakowego (w tym także obecnie konieczność digitalizacji zapisoacutew na
pluwiogramach papierowych do formatu cyfrowego - do ich interpretacji czy archiwizacji)
Rozwoacutej automatyki elektroniki i radiotelefonii nowej generacji skutkował opracowaniem
nowych konstrukcji urządzeń do rejestracji opadoacutew deszczowych (ciekłych) i śnieżnych
(stałych) zwanych też pluwiointensometrami
Rys 64 Schemat pluwiointensometru wagowego
Pluwiointensometry wagowe pozwalają na rejestrację opadoacutew atmosferycznych (śniegu
i deszczu - opad łączny) z dokładnością do 001 mm wysokości opadu (h) Termostat z
grzałką umożliwia eksploatację urządzenia w okresach wczesnowiosennych i
poacuteźnojesiennych ndash przymrozki (rys 64) Pluwiogram w zapisie cyfrowym jest analogiczny
do wyżej omoacutewionego (papierowego) przesyłany może być drogą radiową do centrali
KANALIZACJA I
47
Pluwiometry korytkowe Deszczomierze z naczyniami wywrotnymi (korytkami)
stosowane są w automatycznych stacjach meteorologicznych min od 2007 r w sieci
IMGW-PIB - deszczomierze typu RG 50 firmy SEBA Wyposażone są w dwa na przemian
napełniane i oproacuteżniane zbiorniczki o małej pojemności (2 cm3)
Rys 65 Fragment zapisu opadu z dnia 7 VII 2009 r z deszczomierza SEBA na
stacji IMGW w Legnicy (suma wysokości opadu 1820divide2255 ndash h = 387 mm)
Impulsy zadziałania rejestrowane są z dokładnością sekundową i wysyłane drogą
radiową do centrali w zapisie cyfrowym - w formie zestawień tabelarycznych wykresoacutew
słupkowych (hietogramoacutew) czy pluwiogramoacutew - przykład na rysunku 65 Jeden impuls
odpowiada opadowi o wysokości h = 01 mm (tj 01 dm3m2)
623 DOKŁADNOŚĆ POMIAROacuteW OPADOacuteW I REPREZENTATYWNOŚĆ STACJI
Rejestratory elektroniczne mają istotne wady W odniesieniu do tradycyjnych
pluwiografoacutew pływakowych ktoacutere funkcjonują w zasadniczo niezmienionej postaci od
kilkudziesięciu lat urządzenia automatyczne są wrażliwe na zanieczyszczenia i ulegają często
rozregulowaniu a co za tym idzie ich wskazania stają się woacutewczas niemiarodajne
Przestawiając system pomiarowy wyłącznie na rejestrację elektroniczną nie można
więc zapominać o okresowych kontrolach i kalibracji tych urządzeń - na podstawie
tradycyjnych metod i urządzeń pomiarowych (jak np deszczomierz Hellmanna czy
pluwiograf pływakowy) Na rysunku 66 przedstawiono przykład rejestracji opadoacutew na stacji
meteorologicznej IMGW-PIB w Legnicy przez kilka urządzeń celem weryfikacji wynikoacutew
Rys 66 Deszczomierze na stacji meteorologicznej IMGW w Legnicy od lewej
pluwiografy pływakowy i korytkowy (SEBA) oraz deszczomierz Hellmanna
63 CHARAKTERYSTYKA ILOŚCIOWA OPADOacuteW
631 KRZYWE WZORCOWE OPADOacuteW
O zjawisku (tzw reżimie) opadowym określonego obszaru decyduje
położenie geograficzne
odległość od moacuterz i oceanoacutew
ukształtowanie powierzchni i wyniesienie nad poziomem morza
pokrycie i sposoacuteb użytkowania terenu
KANALIZACJA I
48
Ekstremalnie intensywne opady występujące w warunkach polskich nie roacuteżnią się
znacząco pod względem zwłaszcza dobowych sum wysokości od notowanych w krajach
ościennych (położonych na granicy klimatu morskiego i kontynentalnego jak Niemcy czy
Czechy) podobnie jak i opady we Wrocławiu (na Strachowicach) w poroacutewnaniu do
Warszawy (na Bielanach) ndash tabela 62
Tab 62 Maksymalne wysokości opadoacutew (w mm) o czasie trwania od 5 minut do 72 godzin w
wybranych krajach Europy na tle Wrocławia (Strachowice) i Warszawy (Bielany) [1 2]
Kraj
Miejscowość
Czas trwania opadu
minuty godziny doby
5 10 15 30 1 2 3 6 12 1 2 3
Polska 253 80 798 126 1761 1179 220 2218 - 300 428 557
Niemcy - 126 - 40 200 239 246 112 - 312 3799 458
Czechy 298 398 502 799 928 117 1266 1585 2036 3451 380 5367
Wrocław 131 187 247 329 353 577 619 631 642 801 1039 1169
Warszawa 206 219 28 366 408 495 504 57 68 801 1097 1133
Podstawową formą ilościowego opisu opadoacutew deszczowych są modele na zależność
intensywności I (mmmin) lub natężenia jednostkowego q (dm3s ha) bądź wysokości h (mm)
opadu od czasu jego trwania t i prawdopodobieństwa wystąpienia p lub zamiennie częstości
(powtarzalności) C opadu (lata) typu
( ) ( ) ( )I I t p q q t p h h t p (67)
Związek intensywności (czy natężenia jednostkowego) bądź wysokości opadu z czasem
jego trwania prezentowany jest najczęściej w postaci krzywych typu IDF (Intensity-Duration
Frequency) bądź typu DDF (Depth-Duration Frequency) dla roacuteżnych prawdopodobieństw p
(zamiennie częstości C) wystąpienia opadu Krzywe te stanowią rodzinę hiperbol o roacutewnaniu
cbt
aI
n
)( (68)
w ktoacuterym a b c n - wspoacutełczynniki empiryczne zależne od prawdopodobieństwa pojawienia
się danego deszczu oraz od czynnikoacutew klimatycznych i fizjograficznych zlewni
Krzywe deszczy typu IDF czy DDF są tworami syntetycznymi ustalanymi na
podstawie materiału empirycznego Na ich podstawie tworzony jest opad blokowy - o stałej
wartości natężenia w czasie ktoacutery jest podstawą wymiarowania kanalizacji deszczowej
632 ZWIĄZEK NATĘŻENIA OPADU Z CZĘSTOŚCIĄ WYSTĘPOWANIA
Zależność pomiędzy natężeniem jednostkowym a czasem trwania deszczu o określonym
prawdopodobieństwie pojawiania się - czyli częstości występowania (tj powtarzalności w
latach) przedstawiono poglądowo na rysunku 68
Rys 68 Zależność typu IDF - natężenia jednostkowego q od czasu trwania t deszczu o określonym
prawdopodobieństwie p pojawiania się ndash zamiennie częstości występowania C
KANALIZACJA I
49
Prawdopodobieństwo (p) pojawienia się danego deszczu z częstością (C) jego
występowania ujmuje związek
C
p100
(69)
gdzie p ndash prawdopodobieństwo występowania deszczu wyrażane w (bądź w ułamku
woacutewczas p = 1C) określa ile razy w przeciągu 100-lecia zostanie osiągnięte lub
przekroczone dane natężenia deszczu q (w dm3s ha)
C ndash częstość pojawiania się deszczu wyrażana w latach oznacza że w danym C letnim
cyklu zdarzy się przynajmniej raz deszcz o natężeniu roacutewnym lub większym od q
p
C100
(610)
- co interpretujemy jako 1 raz na C lat
W niektoacuterych krajach Europy funkcjonuje pojęcie częstotliwości n występowania opadu
bdquoCzęstotliwośćrdquo df
C
n1
[1rok] (611)
- stąd fizykalnie n = p100 gdy p w oraz n = p gdy p wyrazimy w ułamku (tab 63)
Tab 63 Prawdopodobieństwo (p) częstotliwość (n) a częstość (C) występowania opadoacutew
Z przyczyn ekonomicznych systemy kanalizacyjne nie mogą być tak projektowane aby w
czasie dowolnie intensywnego deszczu zagwarantować pełną ochronę terenu przed wylaniem
Nieopłacalne jest bowiem projektowanie kanalizacji na bardzo niskie prawdopodobieństwo
pojawienia się deszczy np o p = 001 = 1 tj zdarzających się 1 raz na 100 lat gdyż
średnice kanałoacutew byłyby woacutewczas bardzo duże i niewykorzystywane przez dziesięciolecia
Nie można też za pomocą obliczeń w wiarygodny sposoacuteb określić fizycznie największego
(np o C = 100 lat) odpływu ze względu na losowy charakter opadoacutew
Do projektowania odwodnień terenoacutew brane są pod uwagę intensywne opady o
częstości występowania C [1 10] lat oraz o C [10 50] lat - do weryfikacji częstości
wylewoacutew Wymagany standard odwodnienia terenu wg PN-EN 752 definiowany jest jako
przystosowanie systemu kanalizacyjnego do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych)
strumieni woacuted opadowych z częstością roacutewną akceptowanej społecznie częstości wystąpienia
wylania z kanalizacji na powierzchnię terenu [1 2 3]
64 MODELE OPADOacuteW DO PROJEKTOWANIA KANALIZACJI
641 MODELE OPADOacuteW O ZASIĘGU OGOacuteLNOPOLSKIM
Model Reinholda
W 1940 roku Reinhold opublikował zasady projektowania kanalizacji obiektoacutew
komunikacyjnych typu autostrady mosty i wiadukty przejścia i przejazdy pod ulicami czy
lotniska w ktoacuterych sformułował model fizykalny opadoacutew postaci [1 2]
Prawdopodobieństwo
występowania
deszczu p
Częstotliwość
występowania
deszczu n
Częstość
- powtarzalność
deszczu C
[] [-] [rok-1] [1 raz na C lat]
100 1 1 1
50 05 05 2
20 02 02 5
10 01 01 10
5
1
005
001
005
001 20
100
KANALIZACJA I
50
368409
3836840
1
9
38 41154115
C
tq
ntqq (612)
gdzie
q - jednostkowe (maksymalne) natężenie deszczu dm3(s∙ha)
q151 - natężenie deszczu (wzorcowego) o czasie trwania t = 15 min i częstotliwości
występowania n = 1 rok-1 (czyli dla częstości występowania C = 1 rok) dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu min
n - częstotliwość występowania deszczu o natężeniu q lub większym (n = 1C) rok-1
W modelu Reinholda przestrzenna zmienność natężenia opadoacutew (q) uzależniona była
od przyjmowanej wartości lokalnego natężenia deszczu wzorcowego (q151) Po II Wojnie
Światowej model Reinholda był stosowany do projektowania kanalizacji w państwach
zachodnich (Niemcy Szwajcaria Austria) a także w państwach Europy środkowej min w
Polsce Najczęściej do wymiarowania odwodnień terenoacutew przyjmowano q151 = 100
dm3(s∙ha) Obecnie w Niemczech zaleca się odczytywanie jednostkowego natężenia deszczu
wzorcowego z atlasu KOSTRA - indywidualnie dla każdej zlewni miejskiej bowiem q151
zmienia się w granicach od 90 do 170 dm3(s∙ha)
UWAGA model Reinholda (z 1940 roku) zaniża wyniki jednostkowych natężeń
wspoacutełczesnych deszczy o rząd 15 [1 2]
Model Błaszczyka
Dotychczas najczęściej stosowanym do projektowania kanalizacji deszczowej w Polsce
był fizykalny model opadoacutew ndash w postaci wzoru Błaszczyka (z 1954 r)
32
3 26316
t
CHq (614)
gdzie
q - jednostkowe natężenie deszczu dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu min
H - wysokość opadu normalnego (średniego rocznego z wielolecia min 30 lat) mm
C - częstość (powtarzalność) występowania deszczu o natężeniu q z przewyższeniem lata
Wzoacuter Błaszczyka (614) oparty został na analizie statystycznej (79) intensywnych
deszczy zarejestrowanych w Warszawie w latach 1837divide1891 i 1914divide1925 ndash czyli od 180 do
90 lat temu ndash jest obecnie nieaktualny Zmienność opadoacutew na obszarze kraju
scharakteryzowana była za pomocą tzw opadu normalnego (średniego w wieloleciu min 30
lat) Dla wartości średniej dla Polski H = 600 mm wzoacuter Błaszczyka upraszczał się do postaci
32
3470
t
Cq (615)
UWAGA 1 Na podstawie pomiaroacutew na stacji meteorologicznej IMGW-PIB we Wrocławiu z
okresu 1960-2009 wykazano że wzoacuter Błaszczyka zaniża wyniki obecnych jednostkowych
natężeń deszczoacutew o rząd 40 (np q151 = 77 dm3(s∙ha) wobec q151 = 112 dm3(s∙ha)) - wg Kotowski A Kaźmierczak B Dancewicz A Modelowanie opadoacutew do wymiarowania kanalizacji Wyd
Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN Studia z zakresu Inżynierii nr 68 Warszawa 2010
UWAGA 2 Na podstawie ogoacutelnopolskich danych o opadach z lat 1986divide2015 ze 100 stacji
IMGW-PIB wykazano że wzoacuter Błaszczyka zaniża obecne jednostkowe natężenia deszczoacutew
średnio o 33 na terenie całego kraju oraz o 36 w Warszawie - wg Licznar P Siekanowicz-Grochowina K Oktawiec M Kotowski A Burszta-Adamiak E Empiryczna
weryfikacja formuły Błaszczyka do obliczania wartości natężenia deszczu miarodajnego Ochrona Środowiska
2018 vol 40 nr 2 s 17-22
KANALIZACJA I
51
Model Bogdanowicz i Stachy
Bogdanowicz i Stachy na podstawie ogoacutelnopolskich pomiaroacutew deszczy - w latach
1960divide1990 na 20 stacjach meteorologicznych IMGW opublikowali w 1998 roku tzw
bdquocharakterystyki projektowerdquo opadoacutew w postaci modelu probabilistycznego opadoacutew
maksymalnych
5840330
max )ln() (421 ptRth (616)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
t - czas trwania deszczu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p(01]
α - parametr (skali) zależny od regionu Polski i czasu t (rys 610)
R1
R1
R1
Wrocław Wrocław Wrocław
R2
R3
R3
c)b)a)
Rys 610 Regiony opadoacutew maksymalnych a) dla czasoacutew trwania deszczy t [5 60) min b) dla
t [60 720) min c) dla t [720 4320] min (R1 - region centralny R2 - region poacutełnocno-zachodni
R3 - regiony południowy i nadmorski)
Dla p = 1 (czyli dla C = 1 rok) model (616) upraszcza się do funkcji będącej dolnym
ograniczeniem przyjętego rozkładu prawdopodobieństwa postaci
330
max 421 th (617)
Dla prawdopodobieństw przewyższenia p lt 1 (czyli dla C gt 1) w regionie centralnym
Polski (R1) parametr α obliczany jest z wzoroacutew (rys 610)
2491)1ln(6934)( ttR - dla t [5 120) min (618)
63910)1ln(2232)( ttR - dla t [120 1080) min (619)
1735)1ln(013)( ttR - dla t [1080 4320] min (620)
Analogicznie dla regionu poacutełnocno-zachodniego (R2) parametr α obliczany jest z
wzoroacutew (dla czasoacutew trwania opadoacutew ge 60 minut region R2 zanika przechodząc w R1)
6621)1ln(923)( ttR - dla t [5 30] min (621)
619)1ln(1609)( ttR - dla t (30 60) min (622)
Dla regionoacutew południowego i nadmorskiego (R3) parametr α obliczany jest z wzoru
03237)1ln(4729)( ttR - dla t [720 4320] min (623)
UWAGA 1 Model Bogdanowicz i Stachy nie obejmuje obszaroacutew goacuterskich i podgoacuterskich
UWAGA 2 Model Bogdanowicz-Stachy obarczony jest błędem odnośnie wysokości opadoacutew
dla częstości deszczy pojawiających się raz na rok (tj C = 1 rok) Łatwo wykazać że z
przekształcenia wzoru Bogdanowicz-Stachy (617) do postaci wzoru na jednostkowe
natężenie deszczu q (w dm3(s∙ha)) dla p = 1 otrzymamy
q(max) = 2367t 067 (624)
a z wzoru Błaszczyka (615) dla H = 600 mm i C = 1 rok mamy
q = 470t 067 (625)
Tak więc dla C = 1 rok wynik obliczeń q z wzoru (624) jest dwukrotnie mniejszy
UWAGA 3 Dla częstości deszczy C = 2 5 i 10 lat z modelu Bogdanowicz-Stachy
otrzymamy maksymalne natężenia opadoacutew bliskie zmierzonym we Wrocławiu [1 2]
KANALIZACJA I
52
642 MODELE OPADOacuteW O ZASIĘGU LOKALNYM ndash DLA WROCŁAWIA
Model Lambora
Model fizykalny Lambora (z 1953 r) na intensywność opadoacutew we Wrocławiu ma
postać
70)030(
log15743
t
pI (626)
gdzie
I - intensywność opadu deszczu mmh
p - prawdopodobieństwo wystąpienia opadu
t - czas trwania deszczu h
Przykładowo dla t = 15 min i p = 100 (C = 1 rok) z modelu Błaszczyka (615) otrzymujemy
q151 = 77 dm3s ha a z modelu (626) Lambora (dla Wrocławia) q151 = 928 dm3s ha
Model Licznara i Łomotowskiego
Licznar i Łomotowski dla danych pluwiograficznych ze stacji UP Wrocław-Swojczyce
z wielolecia 1975-2002 wyestymowali wspoacutełczynniki empiryczne fizykalnego modelu
opadoacutew o ogoacutelnej postaci
cbt
aq
n
)(max
(627)
gdzie
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadoacutew dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu t [5 180] min
a b c n - wspoacutełczynniki regresji zależne od prawdopodobieństwa empirycznego
Tab 64 Wartości wspoacutełczynnikoacutew a b c i n do wzoru (627)
Prawdopodobieństwo p
10 20 50 100
a = 7138329 a = 8241363 a = 6436455640 a = 1573239
b = -388429 b = 1957292 b = 6488700 b = 4787518
c = -210067 c = 2040978 c = 2062691 c = 6351722
n = 0218073 n = 1752958 n = 3535880 n = 0949642
Modele Kotowskiego i Kaźmierczaka
Dla danych pluwiograficznych z wielolecia 1960-2009 ze stacji IMGW Wrocław-
Strachowice opracowano dwa modele (fizykalny i probabilistyczny) na maksymalną
wysokość opadoacutew we Wrocławiu [1 2]
1 Model fizykalny opadoacutew maksymalnych w zakresie t [5 4320] minut i C [1 50]
lat ma postać
2650
max )4503()5300ln(67716706 tCh (628)
a przekształcony na maksymalne natężenia opadoacutew
12650
max ])4503()5300ln(67716706[7166 ttCq (629)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(s∙ha)
t - czas trwania opadu min
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu (z przewyższeniem) lata
2 Model probabilistyczny (oparty na kwantylu rozkładu prawdopodobieństwa Fishera-
Tippetta typ IIImin) dla zakresu t [5 4320] minut i p [1 001] (tj C [1 100] lat)
KANALIZACJA I
53
8090022202420
max ln 675981059741275834 ptth (630)
a przekształcony na maksymalne jednostkowe natężenia opadoacutew
18090022202420
max ]ln675981059741275834[7166 tpttq (631)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(s∙ha)
t - czas trwania opadu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p (0 1] -
643 POROacuteWNANIE MODELU BŁASZCZYKA Z INNYMI MODELAMI OPADOacuteW
Do celoacutew poroacutewnawczych przyjęto wynik obliczeń natężenia opadu z wzoru
Błaszczyka (qB) za 100 Względne przewyższenia obliczeń q z innych modeli względem
modelu Błaszczyka (qqB) zaznaczono pogrubioną czcionką (tab 65) Przewyższenia qqB
w roacuteżnych zakresach t i C sięgają nawet 60 Przeciętnie są na poziomie o 40 większym
Tab 65 Poroacutewnanie natężeń deszczy obliczonych z modeli roacuteżnych autoroacutew względem modelu
Błaszczyka (qqB) - najczęściej stosowanego w Polsce do wymiarowania kanalizacji
Czę
sto
ść d
eszc
zu
C
lata
Cza
s tr
wa
nia
des
zczu
t m
in
Bła
szcz
yk
qB
= 1
0
(100
)
Rei
nh
old
q151
= 1
00
dm
3s
ha
Bo
gd
an
ow
icz-
Sta
chy
- r
egio
n p
oacutełn
ocn
o-
zach
od
ni
Bo
gd
an
ow
icz-
Sta
chy
- r
egio
n c
entr
aln
y
La
mb
or
- W
rocł
aw
Lic
zna
r- Ł
om
oto
wsk
i
- W
rocł
aw-S
wo
jczy
ce
Ko
tow
ski
-
Ka
źmie
rcza
k
mo
del
fiz
yk
alny
- W
rocł
aw-
Str
ach
ow
ice
Ko
tow
ski-
Ka
źmie
rcza
k
mo
del
pro
bab
ilis
tycz
ny
- W
rocł
aw-
Str
acho
wic
e
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C = 1
10 100 125 050 050 118 127 147 138
15 100 130 050 050 121 128 149 140
30 100 127 050 050 123 125 148 141
60 100 115 050 050 123 119 144 140
120 100 098 050 050 121 117 139 138
180 100 087 050 050 107 120 136 137
C = 2
10 100 129 122 146 124 136 158 144
15 100 134 125 149 127 146 160 149
30 100 131 127 149 129 142 159 153
60 100 118 146 146 130 119 155 153
120 100 101 139 139 128 112 149 150
180 100 090 130 130 127 125 145 148
C = 5
10 100 131 128 157 144 138 146 130
15 100 136 132 161 148 141 150 139
30 100 133 134 161 150 131 149 144
60 100 120 157 157 150 113 145 144
120 100 102 149 149 149 106 139 141
180 100 091 138 138 147 113 136 138
C = 10
10 100 130 120 148 115 125 132 117
15 100 135 124 152 117 128 135 125
30 100 132 126 152 119 135 134 131
60 100 119 148 148 119 132 130 131
120 100 101 140 140 118 105 126 128
180 100 090 130 130 117 067 123 125
UWAGI Z poroacutewnania wynika konieczność zastąpienia wzoru Błaszczyka (z 1954 r)
wspoacutełczesnymi modelami opadoacutew maksymalnych Dla C = 1 rok model Bogdanowicz-Stachy
zaniża wyniki o 50 względem wzoru Błaszczyka Dla częstości C = 2 5 i 10 lat z modelu
Bogdanowicz-Stachy np dla regionu R1 otrzymamy maksymalne natężenia nieznacznie
wyższe względem zmierzonych obecnie we Wrocławiu (czyli w klasie dokładności modeli)
KANALIZACJA I
54
7 DOTYCHCZASOWE METODY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
DESZCZOWEJ
71 METODY CZASU PRZEPŁYWU
711 ZASADY OBLICZENIOWE MCP
Zjawisko opad-odpływ w danej zlewni zurbanizowanej jest zagadnieniem złożonym i
trudnym do uogoacutelnienia Proces spływu woacuted opadowych można podzielić na 3 fazy
tworzenia spływu
koncentracji terenowej
odpływu kanałowego
Tworzenie spływu obejmuje procesy fizyczne takie jak zwilżanie wypełnianie
zagłębień terenu parowanie i wsiąkanie w grunt poprzedzające przekształcenie opadu w
efektywny spływ powierzchniowy Część opadu ktoacutera nie tworzy spływu określa się jako
straty Efektywny spływ powierzchniowy zależy od wielu czynnikoacutew jak
rodzaj i stopień uszczelnienia (utwardzenia) powierzchni
nachylenie terenu (powierzchni przepuszczalnych i nie przepuszczalnych)
natężenie deszczu i czas jego trwania
rodzaj gruntu i pokrycie roślinnością powierzchni przepuszczalnych
wilgotność i temperatura powietrza
Koncentracja terenowa obejmuje przekształcenie powierzchniowo rozdzielonego
opadu efektywnego w powstający w najniższym punkcie rozpatrywanej zlewni hydrogram
odpływu Odgrywają przy tym rolę procesy spływu na powierzchni (przesunięcie w czasie) i
efekty opoacuteźniające (retencja terenowa)
Odpływ w kanałach podlega roacutewnież efektom przesunięcia w czasie i retencji min w
wyniku istnienia oporoacutew przepływu (spowodowanych chropowatością ścian kanałoacutew na
zwilżonym obwodzie) jak i wypełnianiem się kanałoacutew do przepływu obliczeniowego
Wymiarowanie kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej opiera się z konieczności
na założeniach upraszczających Mianowicie zakłada się że
dana zlewnia (F) zasilana jest deszczem o stałym natężeniu - opad blokowy
rozdział powierzchniowy opadu jest roacutewnomierny - zlewnia homogeniczna
- woacutewczas uzyskuje się miarodajny do wymiarowania systemoacutew kanalizacyjnych odpływ
woacuted deszczowych (Qm)
Rys 71 Schemat zlewni deszczowej o powierzchni F
Historycznie wzoacuter wyjściowy na miarodajny odpływ woacuted deszczowych Qm (w dm3s)
ze zlewni ma postać
FqQm (71)
gdzie
q - natężenie jednostkowe deszczu q = q(td C) dm3(s∙ha)
φ - wspoacutełczynnik opoacuteźnienia odpływu (redukcji natężenia deszczu) -
ψ - wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego -
F - powierzchnia zlewni ha
KANALIZACJA I
55
Wspoacutełczynnik opoacuteźnienia (φ) zwany też wspoacutełczynnikiem redukcji natężenia deszczu
związany jest z czasem spływu woacuted deszczowych od najdalszego punktu zlewni do przekroju
obliczeniowego Zależy od wielu czynnikoacutew (opoacuteźnienia i retencji) tj głoacutewnie od czasoacutew
przepływu w kanale (tp) oraz koncentracji terenowej (tk) i retencji kanałowej (tr)
Wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego (ψ) ujmuje stosunek wielkości spływu woacuted
opadowych Qsp ze zlewni (o powierzchni F) do wielkości opadu Qop w tej zlewni
1op
sp
Q
Q (72)
Wartość wspoacutełczynnika spływu zależy głoacutewnie od rodzaju zagospodarowania
(uszczelnienia) terenu zlewni ale także od spadkoacutew powierzchni oraz natężenia deszczu (C)
Dotychczas w wymiarowaniu kanalizacji obliczano zastępczy ndash tj średni ważony
wspoacutełczynnik spływu dla zlewni cząstkowej (podzlewni) przyporządkowanej do danego
odcinka kanału z wzoru
F
F
F
F
FFF
FFF zr
n
i
i
n
i
ii
n
nn
1
1
21
2211
)(
(73)
gdzie
ψi - wspoacutełczynnik spływu (i-tej) powierzchni składowej podzlewni kanału -
Fi - (i-ta) powierzchnia składowa podzlewni F ha
Spływ powierzchniowy utożsamiano ze zlewnią zredukowaną - o roacutewnoważnej
szczelnej powierzchni - Fzr obliczanej ze wzoru
FFzr (74)
UWAGA W projektowaniu odwodnień terenoacutew w Polsce wspoacutełczynnik spływu był błędnie
utożsamiany ndash tylko ze stopniem uszczelnienia powierzchni zlewni - niezależnie od spadkoacutew
terenu oraz natężenia deszczu obliczeniowego (q(t C)) Wartość wspoacutełczynnika spływu (ψi)
danej powierzchni cząstkowej (Fi) zlewni deszczowej określano więc wyłącznie w zależności
od rodzaju pokrycia - stopnia uszczelnienia terenu
Gdy znane były szczegoacutełowe plany zagospodarowania przestrzennego terenoacutew
dachy szczelnehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]95090[
drogi asfaltowe helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]900850[
bruki kamienne klinkierowe helliphelliphelliphelliphelliphellip ]850750[
drogi tłuczniowehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]600250[
drogi żwirowe helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]300150[
parki ogrody łąki zieleńce helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]10000[
Gdy brak było szczegoacutełowych planoacutew zagospodarowania przestrzennego miast
zabudowa zwarta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]7050[
zabudowa luźna helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]5030[
zabudowa willowahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]3020[
powierzchnie niezabudowanehelliphelliphelliphelliphelliphellip ]2010[
parki i duże obszary zieleni helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]1000[
Edel (w 2002 roku) zaproponował uzależnianie wartości wspoacutełczynnika spływu
dodatkowo od spadkoacutew powierzchni co przedstawiono w tabeli 71 Był to już pewien postęp
metodyczny Nadal jednak nie uwzględniano wpływu natężenia opadoacutew deszczu (o danej
częstości występowania) na wartość wspoacutełczynnika spływu co proponuje się obecnie w
metodzie MMN (rozdz 83 [2]) - na wzoacuter niemieckiej metody MWO (wg rozdz 73 [2])
KANALIZACJA I
56
Tab 71 Wartości wspoacutełczynnika spływu w zależności od rodzaju i spadku powierzchni wg Edela
Rodzaj powierzchni
zagospodarowanie
terenu
Spadek powierzchni []
05 10 25 50 75 100
Wartość wspoacutełczynnika spływu ψ
Dachy 085 090 096 098 099 100
Bruki szczelne 070 072 075 080 085 090
Bruki zwykłe 050 052 055 060 065 070
Aleje spacerowe 020 022 025 030 035 040
Parki i ogrody 010 012 015 020 025 030
Grunty rolne 005 008 010 015 020 025
Lasy 001 002 004 006 010 015
Zabudowa zwarta 080 082 085 090 095 100
Zabudowa luźna 060 062 065 070 075 080
Zabudowa willowa 040 042 045 050 055 060
Norma PN-EN 752 podaje tutaj ogoacutelne graniczne wartości
ψ = 10 dla dachoacutew o powierzchni F lt 100 m2 i ψ = 05 dla dachoacutew żwirowych i z
zielenią ekstensywną o F gt 1 ha
ψ = 09divide10 dla powierzchni nieprzepuszczalnych i stromych dachoacutew
ψ = 0divide03 dla powierzchni przepuszczalnych
W przypadku występowania wysokich budynkoacutew powierzchnię dachoacutew zaleca
zwiększać do 30
UWAGA Należy zdawać sobie sprawę z faktu że w wraz z rozwojem miast w efekcie
postępującego doinwestowania terenoacutew rośnie wartość wspoacutełczynnika spływu w skutek
wzrostu stopnia uszczelnienia powierzchni terenoacutew zurbanizowanych
712 WYBOacuteR CZASU TRWANIA DESZCZU MIARODAJNEGO
Po przyjęciu określonej częstości C występowania deszczu obliczeniowego (wg PN-EN
752) pojawia się pytanie jakie jest miarodajne natężenie deszczu (qm) - zależne od
miarodajnego do zwymiarowania kanału czasu jego trwania (tdm) w konkretnym węźle
obliczeniowym
Rys 72 Zależność (typu IDF) natężenia deszczu q od jego czasu trwania td
- dla danej częstości C występowania
UWAGA Każdemu przekrojowi (x) kanału na jego trasie (patrz schemat na rys 73)
odpowiada inny czas spływu deszczu a zatem inna wartość qm(tdm) jest miarodajna do
zwymiarowania kanału w kolejnym przekroju (x+1) Im dalszy przekroacutej obliczeniowy tym
dłuższy czas spływu i tym mniejsze są miarodajne wartości qm - dla danej częstości C
KANALIZACJA I
57
Rys 73 Idea wymiarowania kanałoacutew w poszczegoacutelnych węzłach obliczeniowych zlewni deszczowej
W przekroju x kanału obliczeniowy strumień objętości Qm zapisać można jako
zrdmmzrxm FtqFqQ )(
(76)
gdzie
qφ = qm(tdm) - zredukowane natężenie deszczu (w dm3(s∙ha)) względem miarodajnego do
wymiarowania kanalizacji czasu trwania tdm =
Dla ideowej - modelowej zlewni deszczowej o F = Fzr (rys 75) zostaną rozpatrzone 3
przypadki związane z czasem trwania deszczu (td) w relacji do czasu przepływu (tp) w kanale
deszczowym (A-B) tj od początku zlewni (punktu A) do przekroju obliczeniowego (p B)
I przypadek td gt tp Q max 1
II przypadek td lt tp Q max 2
III przypadek td = tp Q max 3
Okaże się że dla td = tp qm(B) Qm(B) ndash strumień ten będzie największy
Rys 74 Przykładowa krzywa natężenia deszczu o częstości występowania C
Dla przyjętej częstości występowania (C) - z krzywej deszczu typu IDF (rys 74)
ustalono następujące natężenia jednostkowe opadoacutew
dla tdm 1 gt tp q1
dla tdm 2 lt tp q2
dla tdm 3 = tp q3
Rys 75 Schemat ideowy modelowej zlewni deszczowej (F = Fzr) kanału A ndash B
KANALIZACJA I
58
I przypadek td gt tp
Dla modelowej zlewni deszczowej kanału A-B (rys 75) gdy td gt tp = t3
- po czasie t1 do punktu B spłynie deszcz z powierzchni F1 o strumieniu 111 qFQ
- po czasie t2 1212 )( qFFQ
- a po czasie t3 = tp 1max13213 )( QqFFFQ - cała zlewnia objęta już będzie spływem
Rys 76 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td gt tp = t3
II przypadek td lt tp
Na przykład gdy td = t2 lt tp = t3 woacutewczas 211
qFQ oraz 2max2212
)( QqFFQ
Ponieważ q2 gt q1 pomimo że deszcz nie objął całej zlewni to najczęściej Qmax 2 gt Qmax 1
Rys 77 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td lt tp = t3
III przypadek td = tp
Dla td = tp = t3 woacutewczas311
qFQ 3212
)( qFFQ i 3max33213
)( QqFFFQ
Ponieważ q1 lt q3 lt q2 a deszcz obejmuje całą zlewnię to przepływ Qmax 3 w punkcie B
będzie największy (rys 78)
Rys 78 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td = tp = t3
KANALIZACJA I
59
Tak więc gdy maxmpd Qtt - co jest podstawą dotychczasowych metod (czasu
przepływu) wymiarowania kanalizacji w wielu krajach świata tj
metody wspoacutełczynnika opoacuteźnienia (MWO) - w krajach niemieckojęzycznych
rational method - w krajach anglojęzycznych (RM)
metody granicznych natężeń (MGN) ndash dotychczas stosowanej w Polsce
metody maksymalnych natężeń (MMN) ndash zalecanej do stosowania w Polsce [1 2 3]
72 METODA GRANICZNYCH NATĘŻEŃ (MGN)
721 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MGN
W MGN przyjmowano że miarodajny strumień objętości ściekoacutew deszczowych (Qm) w
rozpatrywanym przekroju kanału występuje z pewnym opoacuteźnieniem w stosunku do momentu
rozpoczęcia opadu (co jest prawdą ale tylko po okresie suchej pogody ) o czas niezbędny
na
tk - koncentrację terenową - zwilżenie powierzchni wypełnienie nieroacutewności teren i
dopływ po powierzchni do kanału (poprzez wpust deszczowy)
tr - retencję kanałową - wypełnianie się kanału od wysokości bdquo0rdquo do wysokości
wypełnienia obliczeniowego h(Qm)
tp - przepływ w kanale - od początku kanału do przekroju obliczeniowego
Tak więc w MGN oproacutecz opoacuteźnienia (redukcji) odpływu związanego z czasem
przepływu (tp) uwzględniano dodatkowo czasy opoacuteźnienia-retencji tk i tr ndash czyli dodatkowo
redukujące wartość natężenia jednostkowego opadoacutew stąd dla
)()()( pmdmmdmprkdmd tQtQtqttttt (77)
gdzie FtqtQ dmdmm )()( (78)
lub FtqtQ pdmm )()( (79)
UWAGA Założenia wyjściowe metody MGN są poprawne jedynie w przypadku opadu
deszczu występującego po długim okresie suchej pogody Ponieważ opady kryterialne do
wymiarowania kanałoacutew deszczowych (o częstości C = 1divide10 lat) występują z reguły w
okresach długotrwałej mokrej pogody założenie to prowadzi do niedowymiarowania średnic
kanałoacutew bowiem miarodajny strumień objętości ściekoacutew deszczowych Qm(tdm) jest woacutewczas
zawsze mniejszy od Qm(tp) ndash wg relacji (77) Zostało to wykazane w podręcznikach [1 2] na
przykładach wymiarowania i modelowania działania kanalizacji
Czas koncentracji terenowej - tk
Czas koncentracji terenowej zależy głoacutewnie od rodzaju i stopnia uszczelnienia terenu
spadkoacutew powierzchni oraz natężenia deszczu ale także pośrednio od gęstości zabudowy czy
rozmieszczenia wpustoacutew deszczowych na trasie kanału itp Jest to czas niezbędny na
zwilżenie powierzchni wypełnienie nieroacutewności terenu (- jedynie po okresie suchej pogody)
jak i sam dopływ po powierzchni do wpustu deszczowego i dalej przykanalikiem do kanału
UWAGA 1 Z punktu widzenia niezawodności działania kanalizacji bezpieczniejsze jest
pomijanie wartości tk Czas tk powiększa bowiem czas trwania deszczu a więc redukuje
natężenie q(tdm) miarodajne do wymiarowania kanałoacutew Qm(tdm) lt Qm(td = tp)
UWAGA 2 W przypadku serii występujących po sobie intensywnych opadoacutew wartość tk jest
znikomo mała
UWAGA 3 Koncentracja terenowa jest pomijana w niemieckich metodach czasu przepływu
wymiarowania kanalizacji deszczowej
KANALIZACJA I
60
Prawdopodobieństwo p (zamiennie częstość C) pojawiania się deszczu miarodajnego
było przyjmowane w dostosowaniu do zalecanych woacutewczas standardoacutew ochrony terenoacutew
przed wylaniami ndash odrębnych dla kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej Według WTP z
1965 r uśredniony czas tk - w warunkach miejskich przyjmowano od 2 do 10 minut Wg
Zasad planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych w aglomeracjach miejsko -
przemysłowych i dużych miastach z 1984 r zmniejszono zalecane czasy koncentracji
terenowej tk z 2divide10 minut do 2divide5 minut (tab 71 [2])
Tab 71 Zalecane prawdopodobieństwa (częstości) występowania deszczu miarodajnego do
projektowania kanalizacji w Polsce wg WTP z 1965 r
Lp
Warunki terenowe w zlewni deszczowej
Prawdopodobieństwo p (częstość C)
występowanie opadoacutew dla
kanalizacji
Czas
koncentracji
terenowej
tk min - deszczowej - ogoacutelnospławnej
1 Kanały boczne w płaskim terenie 100 (C = 1 rok) 50 (C = 2 lata) 10 (5)
2 Kolektory kanały boczne przy spadku
terenu powyżej 2
50 (C = 2 lata) 20 (C = 5 lat) 5 (2)
3 Kolektory w głoacutewnych ulicach o trwałych
nawierzchniach kanały boczne przy spadku
terenu powyżej 4
20 (C = 5 lat) 10 (C = 10 lat) 2
4 Szczegoacutelnie niekorzystne warunki terenowe
(niecki o utrudnionym odpływie zbocza
głębokie piwnice przy gęstej zabudowie)
10 (C = 10 lat) 5 (C = 20 lat) 2
5 Rowy otwarte w obrębie miast 10 (C = 10 lat) 2 (C = 50 lat) 2
wartości zalecane wg bdquoZasad planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych helliprdquo z 1984 r
wartości zalecane do projektowania przepustoacutew pod torami kolejowymi w wojewoacutedztwie dolnośląskim
Czas retencji kanałowej - tr
W okresie braku opadoacutew kanały deszczowe są prawie puste Płyną jedynie wody
przypadkowe najczęściej infiltracyjne Czas wypełniania się kanałoacutew do wysokości
obliczeniowej h(Qm) tj wypełnienia normalnego hn(Qm) w ruchu roacutewnomiernym w MGN
wyrażano w procentach czasu przepływu (tp) ściekoacutew - od początku sieci do przekroju
obliczeniowego Czas ten szacowany był na
tr = (14 divide 20) tp (711)
Wg zaleceń WTP z 1965 r w MGN należało przyjmować wartość tr w wysokości 20
czasu tp czyli tr = 02tp
UWAGA 1 Z punktu widzenia niezawodności działania kanalizacji bezpieczniejsze jest
pomijanie czasu retencji kanałowej bowiem wartość tr znacznie redukuje natężenie deszczu
q(tdm) miarodajne do wymiarowania kanałoacutew w MGN
UWAGA 2 W przypadku wystąpienia serii intensywnych opadoacutew czas tr ma małą wartość ndash
kanały są częściowo wypełnione po poprzednim opadzie
UWAGA 3 Czas tr jest pomijany w obliczeniach kanalizacji metodami czasu przepływu
stosowanymi w Niemczech (MWO MZWS) gdzie przyjmuje się td = tp
722 TOK OBLICZEŃ W WYMIAROWANIU KANAŁOacuteW w MCP
Czas przepływu ściekoacutew tp (w minutach) w kanale A-B (wg rys 79) - od jego początku
(A) do przekroju obliczeniowego (B) określa się z wzoru
60
Lt p (712)
- znając długość kanału L (w m) i prędkość przepływu υ (w ms)
KANALIZACJA I
61
Przykład Dla danych Qm(B) i projektowanego spadku dna kanału ik należy dobrać przekroacutej
(średnicę) kanału i ustalić wypełnienie h( ) oraz prędkość υ( ) przepływu (dla Qm(B) ik
h( ) υ( ))
Rys 79 Schemat przykładowej zlewni deszczowej do doboru średnicy kanału A-B
UWAGA Ponieważ do obliczenia strumienia objętości Qm(B) potrzebny jest nieznany a priori
- rzeczywisty czas przepływu tp toteż wymiarowanie kanału prowadzi się iteracyjnie W
pierwszym przybliżeniu w MCP zakłada się bdquodowolnąrdquo prędkość przepływu np υz(1) = 10
ms i oblicza czas przepływu tp(1) = L60υz(1)
Przykładowo w MGN wyznaczano bdquomiarodajnyrdquo czas trwania deszczu tdm(1) z wzoru
krpdm tttt (713)
w ktoacuterym podstawiano za tr = 02tp stąd
kpkppdm tttttt 2120 (714)
Dalej - w 1 przybliżeniu w MPC należy obliczyć natężenie jednostkowe deszczu
miarodajnego q(tdm)(1) a następnie strumień objętości Qm(tdm)(1) oraz dobierać wymiar kanału
z ustaleniem jego wypełnienia h(1) oraz bdquorzeczywistejrdquo prędkość przepływu υrz(1)
W 2 przybliżeniu dla nowo założonej prędkości υz(2) = υrz(1) należy obliczyć nowe
czasy tp(2) i tdm(2) oraz strumienie q(tdm)(2) i Qm(tdm)(2) Dla dobranej już średnicy kanału należy
ustalić nowe wartości h(2) oraz υrz(2) Obliczenia należy prowadzić do momentu aż prędkość
rzeczywista w n-tym przybliżeniu υrz(n) dla Qm(n) w dobranym kanale o wypełnieniu h(n)( )
nie roacuteżni się więcej niż plusmn 01 ms od υrz(n-1)
Przykładowo w MGN dla kanału złożonego z wielu odcinkoacutew obliczeniowych czas tp
był sumowany - od początku kanału do ostatniego przekroju obliczeniowego z wzoru
kpdm ttt 21 (716)
a minimalny czas trwania deszczu miarodajnego przyjmowano jako
tdm min = 10 min
- co oznaczało w praktyce że bdquokroacutetkierdquo kanały - na początkowych odcinkach sieci gdzie tdm le
10 minut były wymiarowane na stały opad q10(C) tj dla tdm = 10 minut
724 METODA UPROSZCZONA ndash STAŁYCH NATĘŻEŃ (MSN)
Do wymiarowania kanalizacji deszczowej stosowana była też uproszczona metoda
zwana metodą stałych natężeń (MSN) mająca jednak ograniczone zastosowanie - do
projektoacutew wstępnych i do zlewni o F le 50 ha Nie wyznaczano tutaj czasu trwania deszczu
miarodajnego a natężenie deszczu redukowano najczęściej funkcją uwzględniającą przyrost
powierzchni zlewni (F) Wzoacuter do obliczania miarodajnego strumienia Qm (w dm3s) w MSN
ma postać
zrIICm FqQ )(10 (723)
gdzie
q10C - natężenie jednostkowe deszczu o czasie trwania tdm = 10 minut dla danej częstości
występowania C lat (w dm3(s∙ha)) obliczane z wzoru (717) Błaszczyka postaci
KANALIZACJA I
62
constAA
t
CHq
dm
C 64410
6316667032
3 2
10 (724)
φ(II) - wspoacutełczynnik redukcji natężenia deszczu (oznaczony w MSN indeksem II - dla
odroacuteżnienia od MGN) obliczany najczęściej z formuły Buumlrkli-Ziglera w
zależności od wielkości powierzchni zlewni dla F ge 10 ha
nII
F
1)( (725)
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha
n - parametr zależny od spadkoacutew powierzchni terenu i kształtu zlewni -
Dla przeciętnych warunkoacutew terenowych gdy spadek terenu warunkuje prędkość
przepływu w kanałach rzędu 12 ms a długość zlewni była około dwa razy większa niż jej
szerokość zalecano przyjmowanie (intuicyjnie) n = 6 Dla spadkoacutew mniejszych i zlewni
wydłużonych n = 4 a dla spadkoacutew większych i zlewni zwartych n = 8
UWAGA MSN jako nie należąca do tzw metod czasu przepływu w świetle zaleceń PN-
EN 752 nie powinna być stosowna do wymiarowania kanalizacji deszczowej
725 OSOBLIWOŚCI OBLICZENIOWE W MCP
Wszystkie metody czasu przepływu wymagają obliczeń sprawdzających tj poroacutewnań
aktualnie obliczanej wartości Qm(x) - w węźle (przekroju) niżej położonym względem
obliczonej już wartości Qm(x-1) - w węźle (przekroju) wyżej położonym W tzw zlewni
regularnej zawsze
Qm(x) ge Qm(x-1) (726)
W przypadku gdy Qm(x) lt Qm(x-1) - do wymiarowania dolnego odcinka kanału należy
przyjmować większą wartość strumienia tj Qm(x-1) - z goacuternego odcinka Dotyczy to
przypadkoacutew występowania tzw zlewni nieregularnych tj
zlewni o roacuteżniących się znacznie parametrach podzlewni (Fi ψi li iihellip)
występowania kanałoacutew tranzytowych
połączeń w węźle kilku kanałoacutew
Przykład zlewni regularnej kanału A-B-C przedstawiono poglądowo na rys 712
Rys 712 Schemat zlewni regularnej kanału deszczowego A-B-C (Fc ψsr = Fzr c Fc = F1 + F2)
Cechy szczegoacutelne przykładowej zlewni regularnej
kanał A-B-C złożony jest z dwoacutech odcinkoacutew o podobnych długościach l1 + l2 = l
podzlewnie deszczowe F1 i F2 są podobnej wielkości
wspoacutełczynniki spływu ψ1 i ψ2 są podobnej wartości
spadki terenu czy dna kanałoacutew i1 i i2 są podobnej wartości
Dla zlewni regularnej
QmC gt QmB
)(1)(2 BC DD
zrmm FqQ - strumień zwiększa się
pomimo że maleje qm ale szybciej rośnie Fzr
średnice kanałoacutew nie mogą maleć
wraz ze wzrostem długości kanału
KANALIZACJA I
63
Przykłady obliczeń zlewni nieregularnych ndash konieczne sprawdzenia Qm w węzłach
Nieregularność zlewni powodowana jest najczęściej znacznymi roacuteżnicami wielkości
powierzchni zlewni cząstkowych (Fi) bądź wspoacutełczynnikoacutew spływu (ψi) na wymiarowanych
odcinkach (i) kanału lecz nie tylko Nieregularność może być też wywołana znacznymi
roacuteżnicami wartości takich parametroacutew kanału jak długość czy spadek dna a więc
związanych z czasem przepływu (tp) Dla przykładu w podręcznikach [1 2] przedstawiono 4
klasyczne przykłady występowania zlewni nieregularnych - zwanych także wspoacutełzależnymi
lub wzajemnie oddziaływującymi na siebie Poniżej omoacutewiono 2 - najczęstsze przypadki
Przykład 1 21
Rys 713 Schemat zlewni nieregularnej gdy ψ1 gtgt ψ2
Wymiarowanie w przekroju B (odcinka A-B o długości l1 ndash rys 713)
1
1
1 )()(60
zrdmBmBdmBdmBpAB FtqQtqtl
t
Wymiarowanie w przekroju C (odcinka B-C o długości l2)
2
2
60
lt pBC )()()( 21 zrzrdmCmCdmCdmCpACpBCpABp FFtqQtqttttt
Sprawdzenie relacji wynikoacutew obliczeń strumieni QmB i QmC
- jeżeli QmB gt QmC to odcinek B-C wymiarujemy na strumień QmB Ma to miejsce zawsze
woacutewczas gdy pACpAB tt i jednocześnie 21 zrzr FF
Uzasadnienie prawdziwości hipotezy podano na rys 714
Rys 714 Wpływ relacji tpAB ltlt tpAC i Fzr1gtgt Fzr2 na wynik obliczeń strumieni QmB i QmC
KANALIZACJA I
64
Przykład 2 Połączenie dwoacutech kanałoacutew w węźle początkowym sieci
Założenie wyjściowe tp1 ltlt tp2 - wg rys 718
Rys 718 Schemat zlewni nieregularnej wywołanej połączeniem kanałoacutew węźle C gdy tp1 ltlt tp2
Kanał A-C wymiarujemy na strumień miarodajny w węźle C QmAC - dla czasu przepływu tp2
Kanał B-C wymiarujemy na strumień miarodajny w węźle C QmBC - dla czasu przepływu tp1
Kanał C-D wymiarujemy na strumień miarodajny dla węzła D - największy z 4 możliwych
1) dla sumy czasoacutew tp2 + tp3 i zlewni Fzr = Fzr1 + Fzr2 + Fzr3 (najczęściej w praktyce)
2) dla sumy czasoacutew tp1 + tp3 i zlewni Fzr = Fzr1 + Frsquozr2 + Fzr3 (sprawdzenie)
3) dla czasu tp2 i zlewni Fzr = Fzr1 + Fzr2 (sprawdzenie)
4) dla czasu tp1 i zlewni Fzr = Fzr1 + Frsquozr2 (sprawdzenie)
Aby obliczyć Frsquozr2 (do sprawdzeń 2 i 4) należy określić położenie punktu Arsquo tak aby
czas przepływu od Arsquo do C był roacutewny tp1 tzn długość odcinka ArsquoC = tp1 2 Zakładając
proporcjonalny do długości kanału przyrost powierzchni zlewni
2
2
zr
zr
F
F
AC
CA (727)
Otrzymamy
AC
FCAF zr
zr2
2
(728)
73 METODA WSPOacuteŁCZYNNIKA OPOacuteŹNIENIA
731 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MWO
W metodzie wspoacutełczynnika opoacuteźnienia (MWO) należącej do MCP pomija się czasy
retencji terenowej i kanałowej - czyli przyjmuje się z założenia td = tp Wyznaczone w ten
sposoacuteb spływy woacuted deszczowych (Qm) są miarodajne do bezpiecznego wymiarowania
kanałoacutew deszczowych (są one znacznie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN)
W MWO miarodajny strumień woacuted deszczowych Qm (dla td = tp) określa się z wzoroacutew
KANALIZACJA I
65
- dawniej (do 1999 r)
FCtqQ sdm )(115 (729)
- obecnie (od 1999 r)
FCtqQ sdm )( (730)
gdzie
q151 - wzorcowe jednostkowe natężenie deszczu - o czasie trwania td = 15 minut i
częstości występowania C = 1 rok przyjmowane dawniej jako średnie dla
Niemiec q151 = 100 dm3s ha Obecnie ustalane z atlasu KOSTRA q151 [90
170] dm3(s∙ha)
(tdC) - wspoacutełczynnik opoacuteźnienia odpływu (redukcji natężenia deszczu) dla czasu trwania
deszczu td (w minutach) i częstości wystąpienia C (w latach)
368409
38)( 4
C
tCt
d
d (731)
q(tdC) - miarodajne (maksymalne) natężenie jednostkowe deszczu (w dm3(s∙ha)) dla
czasu trwania td = tp i częstości występowania C obecnie ustalane na podstawie
krzywych IDF z atlasu KOSTRA - indywidualnie dla każdej miejscowości
ψs - szczytowy wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych przyjmowany w zależności
od stopnia uszczelnienia powierzchni nachylenia terenu i natężenia deszczu
wzorcowego - q15C -
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha
Miarodajne do wymiarowania kanalizacji - zredukowane jednostkowe natężenie deszczu
wg bdquostaregordquo wzoru (729)) wynosi więc
)36840(9
38)( 4
115115
Ct
qCtqd
d (732)
Np dla q151 = 100 dm3(s∙ha) z (732) otrzymamy natężenia deszczy zależne od C
q152 = 130 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 2 lata ((tdC) = 1300)
q155 = 180 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 5 lat ((tdC) = 1784)
q1510 = 225 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 10 lat ((tdC) = 2232)
Najkroacutetsze miarodajne czasy trwania deszczu (td min) przyjmowane są w MWO w
zależności od spadku terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni ndash wg tab 75
Tab 75 Najkroacutetsze czasy trwania deszczu (td min) w MWO w zależności
od spadku terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni wg ATV A-118
W MWO maksymalny spływ powierzchniowy (Qm dawniej wg (729) lub obecnie wg
(730)) pochodzi z miarodajnej - zredukowanej zlewni deszczowej o zastępczej
powierzchni
Fm zr = ψs middot F
Wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu (ψs) zależy od stopnia uszczelnienia
zlewni (ψ) i spadkoacutew powierzchni terenu (it) oraz od natężenia ndash częstości deszczu (C) (wg
tab 76)
Średni spadek
terenu
Stopień
uszczelnienia
Minimalny czas
trwania deszczu
Deszcz
obliczeniowy
lt 1 le 50 15 minut q15C
gt 50 10 minut
q10C 1 do 4 gt 0 10 minut
gt 4 le 50 10 minut
gt 50 5 minut q5C
KANALIZACJA I
66
Tab 76 Szczytowe wspoacutełczynniki spływu (s) dla roacuteżnych natężeń (częstości) deszczy
obliczeniowych (q15C) o czasie trwania 15 minut w zależności od grupy spadkoacutew terenu (it)
oraz stopnia uszczelnienia (ψ) wg ATV A-1181999 DWA A-1182006 cytow w [1 2]
() Stopnie uszczelnienia le 10 wymagają uwzględnienia lokalnych uwarunkowań wspoacutełczynnika s
() natężenia q15C = 100 130 180 i 225 dm3(s∙ha) odpowiadają C = 1 2 5 i 10 lat
732 OSOBLIWOSCI OBLICZENIOWE W MWO
Procedura wymiarowania hydraulicznego kanalizacji deszczowej wg MWO jest
podobna jak w MGN W szczegoacutelności dla każdego przekroju obliczeniowego kanału (węzła
x sieci) wyznacza się miarodajny czas trwania deszczu (td) odpowiadający sumarycznemu
czasowi przepływu (tp) w kanałach (sieci) wyżej położonych (td = tp)
Dla bardzo zroacuteżnicowanych powierzchni cząstkowych zlewni - pod względem kształtu
spadkoacutew terenu czy wartości wspoacutełczynnikoacutew spływu szczytowego występowanie zlewni
wspoacutełzależnych (oddziałujących na siebie) ndash czyli nieregularnych jest często spotykane [1
2] Przykładowo w przypadku połączenia większej liczby (n) kanałoacutew o zroacuteżnicowanych
czasach przepływu (tpi) wyznacza się skorygowany - średni ważony czas przepływu tps z
wzoru
n
mi
n
mipips QQtt11
(737)
8 WSPOacuteŁCZESNE STANDARDY ODWODNIENIA TERENOacuteW
ZURBANIZOWANYCH
81 WYMAGANIA DO WYMIAROWANIA KANALIZACJI DESZCZOWEJ
Z przyczyn ekonomicznych systemy kanalizacyjne na terenach zurbanizowanych nie
mogą być tak projektowane aby dla każdego intensywnego opadu deszczu w wieloleciu
mogły zagwarantować pełną ochronę terenoacutew przed wylaniem tj zapobiec w pełni szkodom
w wyniku podmoknięcia terenu czy podtopienia budowli czy też utrudnieniom
komunikacyjnym Zapewnienie odpowiedniego standardu odwodnienia terenu definiuje się
jako przystosowanie sieci kanalizacyjnej do przyjęcia maksymalnych - prognozowanych
strumieni woacuted opadowych z częstością roacutewną dopuszczalnej - akceptowalnej społecznie
częstości wystąpienia wylania na powierzchnię terenu
Określenie dopuszczalnych częstości z jaką średnio w okresie wieloletnim użytkownik
systemu kanalizacyjnego ma tolerować występowanie zaburzeń w funkcjonowaniu
kanalizacji powinno uwzględniać każdorazowo we właściwy sposoacuteb miejscowe
uwarunkowania terenu (tab 81)
Stopień
uszczel-
nienia
terenu
ψ
Szczytowe wspoacutełczynniki spływu s
Grupy spadkoacutew terenu
1) it le 1 2) 1 lt it le 4 3) 4 lt it le 10 4) it gt 10
Wzorcowe natężenie deszczu q15C - w dm3s ha ()
100 130 180 225 100 130 180 225 100 130 180 225 100 130 180 225
0 () 0 0 010 031 010 015 030 (046) 015 020 (045) (060) 020 030 (055) (075)
10 () 009 009 019 038 018 023 037 (051) 023 028 050 (064) 028 037 (059) (077)
20 018 018 027 044 027 031 043 056 031 035 055 067 035 043 063 080
30 028 028 036 051 035 039 050 061 039 042 060 071 042 050 068 082
40 037 037 044 057 044 047 056 066 047 05 065 075 050 056 072 084
50 046 046 053 064 052 055 063 072 055 058 071 079 058 063 076 087
60 055 055 061 070 060 063 070 077 062 065 076 082 065 070 080 089
70 064 064 070 077 068 071 076 082 070 072 081 086 072 076 084 091
80 074 074 078 083 077 079 083 087 078 08 086 090 080 083 087 093
90 083 083 087 090 086 087 089 092 086 088 091 093 088 089 093 096
100 092 092 095 096 094 095 096 097 094 095 096 097 095 096 097 098
KANALIZACJA I
67
Tab 81 Zalecane wg PN-EN 7522008 dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanalizacji [1 2]
Częstość deszczu
obliczeniowego C ) [1 raz na C lat]
Kategoria standardu odwodnienia terenu
(Rodzaj zagospodarowania)
Częstość
wystąpienia wylania
Cw
[1 raz na C lat] 1 na 1 I Tereny pozamiejskie (wiejskie) 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne przejścia i przejazdy
pod ulicami itp
1 na 50
) Dla deszczu obliczeniowego nie mogą wystąpić żadne przeciążenia systemoacutew
Wdrożona w Polsce norma europejska PN-EN 752 z 2008 r przyjmowała dopuszczalną
częstość wylania (Cw) jako miarę stopnia ochrony terenoacutew przed wylaniem - w zależności od
rodzaju jego zagospodarowania Jak wynika z tabeli 81 o wymaganym standardzie
odwodnienia terenu decydował rodzaj zagospodarowania w tym obecność obiektoacutew
specjalnych infrastruktury podziemnej Tym samym wyroacuteżniono cztery kategorie standardu
odwodnienia terenu roacuteżniące się istotnie dopuszczalną częstością wystąpienia wylania (Cw)
Podobną kategoryzację (I - IV) przyjęto w Polsce w latach osiemdziesiątych ubiegłego
wieku - w zależności od zagospodarowania i spadkoacutew terenu rozroacuteżniając przy tym jeszcze
rodzaj systemu kanalizacyjnego (tab 82) Były to jednak znacznie niższe dopuszczalne
wartości częstości (1 2 5 i 10 lat ndash dla kanalizacji deszczowej) wystąpienia wylania w
poroacutewnaniu do podanych w tabeli 81
Tab 82 Dopuszczalne prawdopodobieństwa (częstości) wystąpienia zalewoacutew terenu dla kanałoacutew
deszczowych i ogoacutelnospławnych wg IKŚ [1 2]
Kategoria
standardu
odwodnie-nia
terenu
Rodzaju ukształtowania i zagospodarowania terenu -
w standardach odwodnienia I II III i IV kategorii
Prawdopodobieństwo p w
(częstość Cw w latach)
- kanalizacja
deszczowa
- kanalizacja
ogoacutelnospławna
I Wszystkie rodzaje zagospodarowania z wyjątkiem dzielnic
śroacutedmiejskich centroacutew miast oraz ulic E i P - teren płaski 100 (1) 50 (2)
II
Wszystkie rodzaje zagospodarowania jw teren o spadkach
2divide4 Dzielnice śroacutedmiejskie i centra miast oraz ulice klasy E i
P na terenach płaskich
50 (2) 20 (5)
III
Wszystkie rodzaje zagospodarowania jak w 1 lecz w szczegoacutelnie
niekorzystnych warunkach ze względu na odwodnienie (niecki
terenowe) Dzielnice śroacutedmiejskie i centra miast oraz ulice klasy
E i P na terenach o spadkach 2divide4
20 (5) 10 (10)
IV
Dzielnice śroacutedmiejskie centra miast oraz ulice klasy E i P na
terenach szczegoacutelnie niekorzystnych ze względu na odwodnienie
lub form zagospodarowania wymagających wyjątkowej
pewności odwodnienia
10 (10) 5 (20)
) Instytut Kształtowania Środowiska Zasady planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych w
aglomeracjach miejsko-przemysłowych i dużych miastach Warszawa 1983
Zalecenia PN-EN 7522008 są więc na tym tle bardzo rygorystyczne a przy tym nie
roacuteżnicują częstości wylewoacutew dla kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej
Zgodnie z niemiecką praktyką kanalizacyjną
wylanie należy wiązać ze szkodami względnie zakłoacuteceniami funkcjonowania jezdni
czy podziemnych obiektoacutew komunikacyjnych spowodowanymi wystąpieniem woacuted
opadowych z systemu kanalizacyjnego na powierzchnię terenu lub niemożnością ich
odprowadzenia do systemu wskutek jego przeciążenia
samo wystąpienie wody opadowej na ulicę nie spełnia warunku faktycznego stanu
wylania dopoacuteki spływ w przekroju poprzecznym ulicy uniemożliwia dalszy wzrost
poziomu lustra wody - powyżej krawężnikoacutew i przekroczenie granic posesji
KANALIZACJA I
68
Przy niewystarczającym spadku podłużnym jezdni czy braku wpustu zwierciadło wody
może jednak podnieść się powyżej wysokości krawężnika i doprowadzić do wylania wody na
teren posesji a stamtąd do potencjalnego wnikania do budynkoacutew
Zwymiarowane metodami czasu przepływu - większe systemy kanalizacyjne (o
powierzchni zlewni F gt 2 km2 lub o tp gt 30 minut) zaleca się obecnie sprawdzać pod kątem
ich maksymalnej przepustowości hydraulicznej (sieci i obiektoacutew) w oparciu o skalibrowane
modele symulacyjne (hydrodynamiczne) dla spełnienia wymagań PN-EN 752 odnośnie
akceptowalnych społecznie częstości wylewoacutew (wg tab 81)
Zalecenia PN-EN 7522008 co do dopuszczalnych częstości wylewoacutew z kanalizacji są
trudne do weryfikacji na etapie projektowania nowych systemoacutew ponieważ nie da się
uogoacutelnić związku pomiędzy częstością opadoacutew projektowych a częstością wylewoacutew
Pomocne okazują się tutaj wytyczne ATV-A 1181999 i DWA-A 1182006 ktoacutere
wprowadzają pojęcie częstości nadpiętrzenia (Cn) jako pomocniczą wielkość wymiarującą
do obliczeń sprawdzających (w modelowaniu) działania sieci kanalizacyjnych (tab 83)
Tab 83 Zalecane wg ATV A-118 częstości nadpiętrzenia do obliczeń sprawdzających
nowoprojektowanych bądź modernizowanych systemoacutew kanalizacyjnych
(poziom odniesienia powierzchnia terenu)
Rodzaj zagospodarowania terenu Częstość nadpiętrzenia Cn
[1 raz na C lat]
I Tereny pozamiejskie 2
II Tereny mieszkaniowe 3
III Centra miast tereny usług i przemysłu rzadziej niż 5
IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp rzadziej niż 10)
) Przy przejazdach należy wziąć pod uwagę że nadpiętrzeniu powyżej powierzchni terenu z reguły towarzyszy
bezpośrednio wylanie o ile nie są stosowane lokalne środki zabezpieczające Tutaj częstości nadpiętrzenia i
wylania odpowiadają wymienionej w tabeli 81 wartości bdquo1 na 50rdquo
Przez nadpiętrzenie w sieci (studzience) kanalizacyjnej należy rozumieć przekroczenie
przyjętego poziomu odniesienia - najczęściej powierzchni terenu Obliczenia sprawdzające
przepustowości kanałoacutew ograniczono więc zatem do takich stanoacutew systemu przy ktoacuterych
lustro ściekoacutew pozostaje wewnątrz systemu względnie osiąga poziom powierzchni terenu
Takie stany dają się w poprawny sposoacuteb odwzorować przy wykorzystaniu istniejących modeli
hydrodynamicznych (np SWMM) na podstawie danych o geometrii sieci wymiaroacutew
kanałoacutew i obiektoacutew Przez to zostaje wyznaczony obliczeniowo stan przeciążenia ktoacutery jest
najbliższy potencjalnie występującemu w dalszej kolejności wylaniu (tab 83)
Trendy zmian standardoacutew wymiarowania kanalizacji deszczowej
Odnośnie europejskich standardoacutew wymiarowania systemoacutew kanalizacji deszczowej
pierwowzorem polskiej normy PN-EN 752 z 2008 roku była norma PN-EN 752 z lat
20002001 (tab 83a)
Tab 83a Historycznie zalecane częstości deszczu obliczeniowego do wymiarowania kanalizacji
deszczowej i dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew wg PN-EN 75220002001
Częstość deszczu
obliczeniowego )
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
Częstość
wylewoacutew
[1 raz na C lat]
1 na 1 Tereny wiejskie 1 na 10
1 na 2 Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 2
1 na 5
Centra miast tereny usług i przemysłu
- ze sprawdzaniem wystąpienia wylania
- bez sprawdzania wystąpienia wylania
1 na 30
----
1 na 10
Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
) Dla deszczu obliczeniowego nie mogą wystąpić żadne przeciążenia systemoacutew
KANALIZACJA I
69
Najnowsza wersja normy PN-EN 752 z 2017 roku utrzymuje zalecane wg PN-EN 752 z
2008 roku (tab 81) częstości projektowe deszczu obliczeniowego tj C = 1 rok - dla terenoacutew
pozamiejskich (wiejskich) oraz C = 2 5 lub 10 lat - dla terenoacutew miejskich (w zależności od
rodzaju zagospodarowania terenu) ale przewiduje już możliwość przyjmowania większych
niż podane w tabelach 81 i 83b - częstości projektowych deszczu obliczeniowego (C)
Biorąc pod uwagę przewidywany wzrost częstości występowania intensywnych opadoacutew
w przyszłości do wymiarowania zwłaszcza głoacutewnych kanałoacutew i przy braku możliwości
modelowania przeciążeń (nadpiętrzeń i wylewoacutew) celowe jest już obecnie przyjmowanie
większych częstości deszczu obliczeniowego niż zalecane w standardach projektowych PN-
EN 75220002001 PN-EN 7522008 PN-EN 7522017 oraz MTiGM1999 wg propozycji
podanej w tabeli 83c - na podstawie podręcznikoacutew [1 2 3]
Tab 83b Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do wymiarowania
kanalizacji deszczowej wg najnowszej normy PN-EN 7522017 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
1 na 1 Tereny pozamiejskie (wiejskie)
1 na 2 Tereny mieszkaniowe
1 na 5 Centra miast tereny usług i przemysłu
1 na 10 Podziemne obiekty komunikacyjne
Przejścia i przejazdy pod ulicami itp
Tab 83c Proponowane zmiany częstości deszczy obliczeniowych dla zachowania
w przyszłości obecnie dopuszczalnych częstości wylewoacutew wg [2 3] Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
2 zamiast 1 Tereny wiejskie
5 zamiast 2 Tereny mieszkaniowe
10 zamiast 5 Centra miast tereny usług i przemysłu
50 zamiast 10 Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp Podobne zalecenia do wymiarowania systemoacutew odwodnieniowych w tym do
sprawdzania niezawodności ich działania (z uwzględnieniem kryterium nadpiętrzeń w
kanałach) są już stosowane w Belgii (Flandria) czy w Niemczech (Nadrenia Poacutełnocna -
Westfalia - wg Merkblatt Nr 433) Pozwoli to prawdopodobnie na zachowanie także w
przyszłości obecnie dopuszczalnych częstości występowania zagrożeń wylewami z kanałoacutew
Odnośnie dopuszczalnej częstość wylewoacutew z kanalizacji normy PN-EN 752 - z
20002001 r (tab 83a) i z 2008 r (tab 81) ograniczały to zagrożenie do rzadkich częstości
(C) występowania w dostosowaniu do 4 rodzajoacutew zagospodarowania przestrzennego terenoacutew
zurbanizowanych Najnowsza wersja normy PN-EN 7522017 roacuteżnicuje już dopuszczalną
częstość wylewoacutew z kanałoacutew w siedmiostopniowej skali wpływu zagrożenia na środowisko -
dla przykładowo zdefiniowanych lokalizacji terenoacutew Jednocześnie zastrzega że podane w
tabeli 83d wartości dopuszczalnych częstości wylewoacutew mogą być zaroacutewno podwyższane bdquow
przypadku szybko przemieszczających się woacuted powodziowychrdquo ale także obniżane bdquow
przypadku przebudowy istniejących systemoacutew gdy osiągnięcie tych samych kryterioacutew
projektowych dla nowych systemoacutew pociąga za sobą zbyt wysokie kosztyrdquo Ta druga
możliwość jest dyskusyjna wobec prognozowanego wzrostu częstości występowania
intensywnych opadoacutew w przyszłości Ponieważ norma nie jest aktem prawnym (wg Ustawy o
normalizacji z 2002 r) zalecenia normatywne należy traktować jako wskazoacutewki do
autorskich projektoacutew [1 2 3]
KANALIZACJA I
70
Tab 83d Kryteria oceny zagrożeń oraz dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew i podtopień
terenoacutew wg PN-EN 7522017
Stopień zagrożenia Przykładowe lokalizacje Częstość wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Bardzo mały Drogi lub otwarte przestrzenie z dala od budynkoacutew 1
Mały Tereny rolnicze w zależności od wykorzystania (np
pastwiska grunty orne) 2
Mały do średniego Otwarte przestrzenie wykorzystane do celoacutew publicznych 3
Średni Drogi lub otwarte przestrzenie w pobliżu budynkoacutew 5
Średni do wysokiego Zalania zamieszkanych budynkoacutew z wyłączeniem piwnic 10
Wysoki Głębokie zalania zamieszkanych piwnic lub przejazdoacutew
pod ulicami 30
Bardzo wysoki Infrastruktura krytyczna 50
82 POROacuteWNANIE DOTYCHCZASOWYCH METOD WYMIAROWANIA
KANALIZACJI DESZCZOWEJ W POLSCE i W NIEMCZECH
821 Analiza jakościowa dotychczasowych metod czasu przepływu
W podręcznikach [1 2] poroacutewnano dwie metody (czasu przepływu) wymiarowania
kanalizacji deszczowej stosowanej dotychczas w Polsce - MGN z wzorem Błaszczyka oraz
podobnie w Niemczech - MWO z wzorem Reinholda
UWAGA Poroacutewnywane metody roacuteżnią się ilościowo - pod względem wartości obliczanych
strumieni Qm(C) lecz wykazują wysoką zgodność jakościową pod względem podobnych
przyrostoacutew strumieni przy zwiększaniu częstości opadoacutew projektowych (C)
Wykazane to będzie na przykładzie całkowicie wypełnionych kanałoacutew o przekroju
kołowym gdzie łatwo udowodnić że wzrost ich przepustowości całkowitej (Q) zależy od
średnicy kanału (d) w funkcji
3 8
1
3 8
11 d
d
dQ
dQ iii (81)
Dowoacuted Korzystając z wzoru Manninga na prędkość średnią [1 2 3]
21321iR
nh (82)
dla promienia hydraulicznego Rh = d4 i wspoacutełczynnika szorstkości kanału n = 0013 sm13
otrzymamy
21322132 5330)4
(1
idid
n (83)
stosując roacutewnanie ciągłości ruchu
ididd
AQ 3 821322
982353304
(84)
przy spadku linii energii roacutewnemu spadkowi dna kanału ii = i1 = idem otrzymamy
3 8
1
3 8
13 8
1
3 8
11 9823
9823
)(
)(
d
d
id
id
dQ
dQ iiiii (85)
Na wykresie na rys 81 przedstawiono bezwymiarowe zależności did1 od QiQ1 equiv
qmiqm1 ndash wyliczone z MGN i MWO Z wykresu wynika że dwukrotne zwiększenie wartości
częstości deszczu np z C = 1 rok na C = 2 lata powoduje wzrost wartości strumienia deszczu
o wartość mnożnika 127 - wg wzoru Błaszczyka (MGN) lub o 13 - wg wzoru Reinholda
(MWO) a więc wymaga wzrostu przepustowości kanału o rząd 30 co wymaga z kolei
wzrostu średnicy kanału tylko rzędu 10 Przykładowo dziesięciokrotne zwiększenie
wartości częstości deszczu np z C = 1 rok na C = 10 lat powoduje względny wzrost wartości
KANALIZACJA I
71
strumienia deszczu o wartość mnożnika ok 22 (w MGN i MWO) i wymaga wzrostu średnicy
kanału jedynie rzędu 35
Rys 81 Jakościowa zależność względnej średnicy kanału od względnego strumienia objętości
Jak z tego wynika bdquobezpiecznerdquo projektowanie średnic kanałoacutew na większą wartość C
np na C = 2 w poroacutewnaniu z C = 1 lub na C = 5 w poroacutewnaniu z C = 2 czy też na C = 10 w
poroacutewnaniu z C = 5 wymaga tylko nieznacznego wzrostu średnicy o około 10 a więc
praktycznie nie podnosi kosztoacutew budowy kanalizacji zapewniając jednocześnie większą
pewność poprawnego jej działania
Racjonalne jest więc zapewnianie bdquowyższego standardurdquo ochrony terenoacutew
zurbanizowanych przed wylaniami z kanalizacji poprzez podnoszenie (w pewnym zakresie)
wartości częstości obliczeniowych deszczy (C) - miarodajnych do projektowania kanalizacji
czyli obniżanie przyjmowanych wartości prawdopodobieństwa (p) ich pojawiania się
822 Analiza ilościowa dotychczasowych metod czasu przepływu
Obliczane wg MWO miarodajne do wymiarowania kanalizacji strumienie ściekoacutew
deszczowych (Qm) są znacznie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN Wynika to
głoacutewnie z roacuteżnic stosowanych modeli opadoacutew ale także z odmiennych założeń wyjściowych
samych metod obliczeniowych co do miarodajnego czasu trwania deszczu (w MWO td = tp)
czy też wartości wspoacutełczynnikoacutew spływu (s - w MWO) Wyniki obliczeń strumieni Qm wg
MWO mogą być nawet dwukrotnie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN - dla
tych samych parametroacutew zlewni deszczowych tj czasu przepływu i częstości występowania
deszczu obliczeniowego [1 2]
W tabeli 84 poroacutewnano natężenia deszczy 10-minutowych odczytane z atlasu
KOSTRA dla granicznych polskich miast na tle zmierzonych we Wrocławiu i w Bochum
oraz obliczonych z modeli Reinholda (612) Błaszczyka (614) i Bogdanowicz-Stachy (616)
Wzajemne roacuteżnice wynikoacutew obliczeń natężeń deszczy q10C - obliczonych z modelu
Reinholda względem obliczonych z modelu Błaszczyka są rzędu 30 (tab 84 wiersz 12) -
na niekorzyść modelu Błaszczyka Średnie wartości natężeń deszczy q10C dla polskich miast
mieszczących się w zasięgu atlasu KOSTRA (z 1997 roku) są niemal identyczne ze
zmierzonymi we Wrocławiu [1 2] i zbliżone wartościami do obliczonych z modelu
Reinholda (tab 84 - wiersze 8 9 i 10) Średnie te są znacznie wyższe od obliczonych z
modelu Błaszczyka od 44 do 19 w praktycznym do projektowania kanalizacji
deszczowej zakresie C [1 10] lat (wiersz 13)
UWAGA Wg modelu Bogdanowicz-Stachy w regionie centralnym Polski (R1) natężenia
q10C są wyższe niż w regionie poacutełnocno-zachodnim (R2) Obliczane z tego modelu natężenia
deszczy poza C = 1 rok korespondują zaroacutewno ze zmierzonymi we Wrocławiu i w Bochum
jak i podanymi w atlasie KOSTRA dla polskich miast przygranicznych
KANALIZACJA I
72
Tab 84 Poroacutewnanie natężenia deszczy 10-minutowych dla wybranych polskich miast (z atlasu
KOSTRA) na tle zmierzonych we Wrocławiu i w Bochum oraz obliczonych z modeli
Reinholda (612) Błaszczyka (614) i Bogdanowicz-Stachy (616) Lp Miejscowość Natężenie deszczu q10C (w dm3(smiddotha)
dla częstości C (w latach)
Uwagi
C = 1 C = 2 C = 5 C = 10
1 Świnoujście 1352 1640 2020 2308
[Atlas KOSTRA]
2 Szczecin 1447 1776 2211 2540
3 Kostrzyń 1441 1747 2151 2457
4 Słubice 1486 1648 1863 2025
5 Gubin 1571 2019 2611 3059
6 Zgorzelec 1477 1869 2386 2778
7 Bogatynia 1410 1866 2469 2926
8 Średnio (1divide7) 1455 1795 2244 2585
9 Wrocław [106] 1483 1833 2300 2617 1960divide2009
10 Wg modelu Reinholda 1263 1642 2254 2820 q151= 100 dm3(smiddotha)
11 Wg modelu Błaszczyka 1009 1276 1725 2173 H = 600 mm
12 Roacuteżnica (10-11) (11) 252 287 307 298 -
13 Roacuteżnica (8-11) (11) 442 407 301 190 -
14 Wg Bogdanowicz-
Stachy dla regionu
R1 506 1852 2708 3220 1960divide1990
R2 506 1547 2209 2604
15 Bochum - Niemcy [10] 1600 1984 2500 2884 1951divide1980
83 METODA MAKSYMALNYCH NATĘŻEŃ DO BEZPIECZNEGO
WYMIAROWANIA KANALIZACJI DESZCZOWEJ W POLSCE
831 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MMN
W celu zapewnienia niezawodności działania systemoacutew odwadniania terenoacutew (w tym
kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej) budowanych czy modernizowanych w Polsce
zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 752 pilna staje się potrzeba zmiany dotychczasowych
metod ich wymiarowania w tym zastąpienie modelu Błaszczyka nowymi modelami opadoacutew
maksymalnych W książkach [1 2 3] zaproponowano daleko idącą modyfikację MGN
poprzez min wyeliminowanie czasoacutew opoacuteźnienia-retencji tk i tr a więc uzależnienie
opoacuteźnienia odpływu jedynie od rzeczywistego czasu trwania opadu td - roacutewnego czasowi
przepływu tp (na wzoacuter MWO) i korzystanie z wiarygodnych polskich modeli opadoacutew
maksymalnych Wykazano bowiem że warunki hydrologiczne Polski i Niemiec są
zbliżone a ponadto miarodajne do projektowania bezpiecznych systemoacutew odwodnień
terenoacutew zurbanizowanych są maksymalne wysokości opadoacutew deszczu (o czasach trwania do
kilku godzin) ktoacutere występują z reguły w okresach długotrwałych zjawisk opadowych
(trwających nawet kilka dni) Woacutewczas znaczenie koncentracji terenowej (tk) i retencji
kanałowej (tr) jest pomijalnie małe Tak więc
MMN = zasady MWO + polskie modele opadoacutew maksymalnych
Miarodajny strumień deszczu Qm (w dm3s) wg umownie nazwanej bdquometody
maksymalnych natężeńrdquo (MMN) obliczyć należy z wyjściowej postaci wzoru [1 2 3]
FCtqQ sdm )(max (86)
gdzie
qmax(td C) - maksymalne natężenie jednostkowe deszczu (w dm3s ha) dla czasu trwania
td = tp i częstości występowania C ndash z wiarygodnych modeli opadoacutew
maksymalnych - krzywych IDF (przy td min - wg tab 75)
KANALIZACJA I
73
ψs - maksymalny (szczytowy) wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych przyjmowany
w zależności od stopnia uszczelnienia powierzchni (ψ) nachylenia terenu (it) oraz
częstości deszczy C (ψs - wg tabeli 76a)
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha W wymiarowaniu kanalizacji deszczowej oblicza się najpierw zastępczy (średni
ważony) stopień uszczelnienia powierzchni (ψ) danej zlewni obliczany z wzoru
n
i
i
n
i
ii
n
nn
F
F
FFF
FFF
1
1
21
2211
)(
(86a)
gdzie
ψi - wspoacutełczynnik spływu (i-tej) powierzchni składowej zlewnipodzlewni kanału -
Fi - (i-ta) powierzchnia składowa zlewnipodzlewni F ha
Stopień uszczelnienia powierzchni zlewni należy przyjmować z zakresu
ψ = 10 - dla szczelnych powierzchni np dachoacutew
ψ = 09divide10 - dla uszczelnionych powierzchni np jezdni placoacutew chodnikoacutew
ψ = 0divide03 - dla nieuszczelnionych powierzchni np tzw terenoacutew zielonych
Następnie ustala się wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu s wg tabeli 76 (jak
w MWO)
Tab 76a Szczytowe wspoacutełczynniki spływu (s) w zależności od stopnia uszczelnienia (ψ) i
spadkoacutew terenu (it) oraz częstości projektowych deszczy (C)
Przykład metodyczny nr 1 Dla obliczonego stopnia uszczelnienia powierzchni zlewni
ψ = 025 przy uwzględnieniu spadkoacutew terenu w granicach 1 lt it le 4 i deszczu
obliczeniowego o częstości występowania C = 5 lat na podstawie tabeli 76 interpolowana
liniowo wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu wynosi ψs = 0465
Przykład metodyczny nr 2 Dla ψ = 030 przy 4 lt it le 10 i C = 2 lata na podstawie
tabeli 76 ustalono ψs = 042
Miarodajny spływ powierzchniowy (o strumieniu Qm - z wzoru (86)) pochodzi z
miarodajnej - zredukowanej zlewni deszczowej o zastępczej powierzchni
Stopień
uszczel-
nienia
terenu
ψ
Szczytowe wspoacutełczynniki spływu s
Spadki terenu
it le 1 1 lt it le 4 4 lt it le 10 it gt 10
Częstości obliczeniowe deszczu C lata
C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 0 () 0 0 010 031 010 015 030 (046) 015 020 (045) (060) 020 030 (055) (075)
10 () 009 009 019 038 018 023 037 (051) 023 028 050 (064) 028 037 (059) (077)
20 018 018 027 044 027 031 043 056 031 035 055 067 035 043 063 080
30 028 028 036 051 035 039 050 061 039 042 060 071 042 050 068 082
40 037 037 044 057 044 047 056 066 047 05 065 075 050 056 072 084
50 046 046 053 064 052 055 063 072 055 058 071 079 058 063 076 087
60 055 055 061 070 060 063 070 077 062 065 076 082 065 070 080 089
70 064 064 070 077 068 071 076 082 070 072 081 086 072 076 084 091
80 074 074 078 083 077 079 083 087 078 08 086 090 080 083 087 093
90 083 083 087 090 086 087 089 092 086 088 091 093 088 089 093 096
100 092 092 095 096 094 095 096 097 094 095 096 097 095 096 097 098
() Stopnie uszczelnienia le 10 wymagają uwzględnienia lokalnych uwarunkowań s
KANALIZACJA I
74
Fm zr = ψs middot F (86b)
gdzie
ψs - szczytowy wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych w zlewni danego kanału -
F - powierzchnia zlewni deszczowej danego kanału ha
Najkroacutetsze czasy trwania deszczu td min (w MMN) należy dobierać w zależności od
nachylenia terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni (td min 5 10 15 minut) wg tab 75
(jak w MWO)
Tab 75 Najkroacutetsze czasy trwania deszczu (td min) w zależności
od spadku terenu (it) i stopnia uszczelnienia (ψ) do MMN
Do czasu opracowania atlasu opadoacutew maksymalnych w Polsce - na wzoacuter atlasu
KOSTRA w Niemczech (co było postulowane już w 2011 roku w I wydaniu podręcznika [1])
można sformułować następujące zalecenia co do przydatności dotychczasowych modeli
opadoacutew do wymiarowania odwodnień terenoacutew w Polsce wg MMN
odnośnie do wymiarowania sieci kanalizacyjnych
o dla częstości projektowej deszczu C = 1 rok (na terenach wiejskich) należy
stosować wiarygodne modele lokalne opadoacutew maksymalnych bądź do czasu ich
opracowania z konieczności stosować można wzoacuter Błaszczyka (dla td = tp)
jednak z niezbędną korektą częstości deszczy z C = 1 rok na C = 2 lata
o dla częstości projektowych deszczy C = 2 5 i 10 lat zaleca się stosowanie
wiarygodnych modeli lokalnych (jak np w przypadku Wrocławia) bądź modelu
Bogdanowicz-Stachy Jednak na terenach podgoacuterskich i goacuterskich (ktoacuterych nie
obejmuje model Bogdanowicz-Stachy - rys 610) z konieczności stosować można
wzoacuter Błaszczyka - z niezbędną korektą częstości deszczy (dla td = tp)
o z C = 2 lata na C = 5 lat - w II kategorii (wg tab 81)
o z C = 5 lat na C = 10 lat - w III kategorii
o z C = 10 lat na C = 20 lat - w IV kategorii odwodnienia terenu
odnośnie do wymiarowania zbiornikoacutew retencyjnych ściekoacutew deszczowych ze
względu na ich wagę w zapewnieniu niezawodności działania systemoacutew
odwodnieniowych terenoacutew należy odpowiednio zwiększyć wartości przyjmowanych
częstości projektowych opadoacutew dla zbiornikoacutew (Cz gt C) w stosunku do zalecanych
częstości projektowych do wymiarowania sieci kanalizacyjnych (na wzoacuter wytycznych
niemieckich) i korzystać tutaj z zalecanych wyżej modeli opadoacutew (tab 85)
W przypadku Wrocławia do projektowania sieci i obiektoacutew kanalizacji deszczowej
można stosować lokalny np model fizykalny opadoacutew maksymalnych zwłaszcza dla
praktycznego zakresu td [5 180] minut i C [1 10] lat postaci [1 2]
2650
max )453()530ln(681676)( dd tCCth (89)
ktoacutery po przekształceniu na maksymalne natężenia jednostkowe opadoacutew przyjmuje postać
Średni
spadek
terenu
Stopień
uszczelnienia
powierzchni
Minimalny
czas trwania
deszczu
lt 1 le 50 15 minut
gt 50 10 minut
1 do 4 gt 0 10 minut
gt 4 le 50 10 minut
gt 50 5 minut
KANALIZACJA I
75
12650
max ])453()530ln(681676[7166)(
ddd ttCCtq (89a)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu (deszczu) mm
qmax - maksymalne jednostkowe natężenie opadu dm3(smiddotha)
td - czas trwania deszczu min
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu (z przewyższeniem) lata
Tab 85 Zalecane modele opadoacutew do wymiarowania systemoacutew odwodnieniowych wg MMN [1 2]
Standard
odwodnienia
terenu
Wymagane
częstości
projektowe
Zalecane modele opadoacutew i częstości deszczy
C - do wymiarowania
sieci odwodnieniowych
Cz - do wymiarowania
zbiornikoacutew retencyjnych
- lata lata lata Tereny wiejskie C = 1 rok Modele lokalne dla C = 1 lub
model Błaszczyka dla C = 2
Modele lokalne dla Cz = 2 lub
model Błaszczyka dla Cz = 5
Tereny mieszkaniowe C = 2 lata
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 2
(Model Błaszczyka dla C = 5)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz = 5
(Model Błaszczyka dla Cz = 10)
Centra miast
tereny usług i
przemysłu
C = 5 lat
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 5
(Model Błaszczyka dla C = 10)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz ge 10
(Model Błaszczyka dla Cz ge 20)
Podziemne obiekty
komunikacyjne
przejścia przejazdy
C = 10 lat
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 10
(Model Błaszczyka dla C = 20)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz ge 20
(Model Błaszczyka dla Cz ge 30)
Metoda maksymalnych natężeń (MMN) pozwoli osiągnąć w Polsce roacutewnie bezpieczne
rezultaty wymiarowania systemoacutew kanalizacyjnych jak w wypadku metod czasu przepływu
stosowanych w Niemczech (MWO i MZWS) zaroacutewno pod względem wartości miarodajnych
strumieni deszczy (Qm) jak i osiąganych częstości nadpiętrzeń (Cn) czy wylewoacutew (Cw)
Ponadto zaleca się przyjąć w Polsce jako zasadę doboacuter średnic grawitacyjnych kanałoacutew
deszczowych i ogoacutelnospławnych na niecałkowite wypełnienie ndash do 90 przepustowości
przekroju przy strumieniu Qm (według zaleceń ATV A-118)
Tak zwymiarowane (MMN) systemy kanalizacyjne obejmujące zlewnie deszczowe o
powierzchni F gt 2 km2 zaleca się dodatkowo sprawdzać pod kątem ich przepustowości
hydraulicznej (sieci i obiektoacutew) w oparciu o skalibrowane modele symulacyjne -
hydrodynamiczne dla spełnienia wymagań PN-EN 752 co do akceptowalnych społecznie
częstości nadpiętrzeń czy wylewoacutew (wg tab 81 83 i 85) Zastosowanie mają tutaj
zwłaszcza probabilistyczne modele opadoacutew maksymalnych
W przypadku Wrocławia korzystać można np z modelu opartego na rozkładzie
prawdopodobieństwa Fishera-Tippetta (typu IIImin) dla zakresu td [5 4320] minut i p [1
001] czyli C [1 100] lat o postaciach (DDF i IDF) [1 2]
8090022202420
max ln 68981197417584)( pttpth ddd (810)
lub
1
8090
022202420
max ]1
ln68981197417584[7166)(
dddd t
CttCtq (810a)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu (deszczu) mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(smiddotha)
td - czas trwania deszczu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p C -
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu z przewyższeniem lata
KANALIZACJA I
76
852 WYMIAROWANIE PRZYKŁADOWYCH SIECI KANALIZACYJNYCH
Na potrzeby ilustracji metod wymiarowania a następnie modelowania działania
hydrodynamicznego - przykładowo zwymiarowanych sieci kanalizacji deszczowej przyjęto
modelową zlewnię deszczową o powierzchni F = 2025 ha (tj ok 2 km2) położoną w terenie
płaskim we Wrocławiu przedstawioną schematycznie na rysunku 85 Przykład zaczerpnięto
z pracy doktorskiej B Kaźmierczaka z 2011 r pt Badania symulacyjne działania przelewoacutew
burzowych i separatoroacutew ściekoacutew deszczowych w warunkach ruchu nieustalonego do
wspomagania projektowania sieci odwodnieniowych cytowanej w [1 2]
1
2
5
4
3
6
7
10
9
8
11
12
15
14
13
16
17
20
19
18
21
22
25
24
23
26
27
30
29
28
31
32
35
34
33
86
87
90
89
88
81
82
85
84
83
76
77
80
79
78
71
72
75
74
73
66
67
70
69
68
61
62
65
64
63
56
57
60
59
58
51
52
55
54
53
46
47
50
49
48
41
42
45
44
43
36
37
40
39
38 out
Rys 85 Plan zintegrowanych powierzchni cząstkowych modelowej zlewni deszczowej
Kanalizowana zlewnia deszczowa w zabudowie mieszkaniowej składa się z 90 zlewni
cząstkowych - modułoacutew o powierzchniach 225 ha i wymiarach 150 na 150 m Średni ważony
wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego wynosi ψ = 025 stąd powierzchnia zredukowana
zlewni Fzr = 50625 ha Projektowane kanały boczne (w liczbie 36) mają długość po 300 m
(2 odcinki po 150 m) Kolektor ma całkowitą długość 2700 m (18 odcinkoacutew po 150 m)
Obliczenia hydrologiczne i hydrauliczne kanalizacji deszczowej przeprowadzono dla 3
wariantoacutew wymiarowania sieci metodami czasu przepływu a mianowicie
(I) MGN - z modelem opadoacutew Błaszczyka (717) dla H = 590 mm (Wrocław)
(II) MGN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia (810a)
(III) MMN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia (810a)
Zestawienie założeń wyjściowych do obliczeń hydrologicznych i hydraulicznych dla 3
wariantoacutew obliczeniowych sieci kanalizacji deszczowej przedstawiono w tabeli 814
Tabela 814 Zestawienie założeń wyjściowych do obliczeń hydrologicznych i hydraulicznych
przykładowych sieci kanalizacji deszczowej (dla trzech wariantoacutew wymiarowania)
Wariant
metoda
Częstość deszczu
obliczeniowego
C lata
Czas koncentracji
terenowej
tk min
Czas
retencji
kanałowej
tr min
Minimalny czas
trwania deszczu
miarodajnego
tdm min min
Maksymalne
wypełnienie
kanału
D kanały
boczne kolektor
kanały
boczne kolektor
I MGN z
wzorem (717) 1 2 10 5 02 tp 10 do 100
II MGN z
wzorem (810a) 1 2 10 5 02 tp 10 do 100
III MMN z
wzorem (810a) 2 2 0 0 0 15 do 75
KANALIZACJA I
77
Wyniki wymiarowania
I MGN z modelem opadoacutew Błaszczyka
W I wariancie obliczeniowym - wymiarowania kanalizacji deszczowej opracowano
krzywe natężenia deszczu z wzoru Błaszczyka (717) Zredukowane (dla czasu przepływu tp)
krzywe IDF dla częstości występowania opadoacutew C = 1 i 2 lata przedstawiono na rys 86
W I wariancie dobrano średnice kanałoacutew bocznych pierwszy odcinek (150 m) ma
K030 m oraz drugi odcinek (150 m) ma K040 m Kolektor składa się z 18 odcinkoacutew o
średnicach od K080 do K160 m Obliczeniowy czas przepływu wynosi 456 min
Miarodajny strumień odpływu ściekoacutew deszczowych wynioacutesł Qm(I) = 1948 m3s
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
C=2
C=1
p Rys 86 Zredukowane krzywe natężenia deszczu (IDF) z wzoru Błaszczyka do MGN
II MGN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W II wariancie obliczeniowym opracowano krzywe natężenia deszczu do MGN z
modelu opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia Zredukowane (od czasu przepływu tp) krzywe
IDF z wzoru (810a) dla częstości występowania opadoacutew C = 1 i 2 lata przedstawiono na
rys 87
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
p
C=2
C=1
Rys 87 Zredukowane krzywe natężenia deszczu (IDF) z modelu opadoacutew
maksymalnych dla Wrocławia do MGN
W II wariancie kanały boczne mają średnice K040 m i K050 m Kolektor składa się z
18 odcinkoacutew o średnicach K080 m do K20 m Czas przepływu w sieci wynosi 4385 min
Przyjmując miarodajny strumień odpływu ściekoacutew deszczowych z I wariantu Qm(I) = 1948
m3s za 100 to strumień odpływu w II wariancie Qm(II) = 3049 m3s jest wyższy o 56
III MMN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W III wariancie obliczeniowym na podstawie założeń wyjściowych (tab 814)
opracowano krzywą natężenia deszczu do MMN - z modelu (810a) opadoacutew maksymalnych
dla Wrocławia Krzywą IDF dla C = 2 lata i td min = 15 minut przedstawiono na rysunku 88
KANALIZACJA I
78
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
p
C=2
Rys 88 Krzywa natężenia deszczu (IDF) z modelu opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia do MMN
W III wariancie kanały boczne mają średnice K040 m i K060 m a kolektor - od
K080 m do K220 m Czas przepływu wynosi 433 min Strumień ściekoacutew deszczowych w
III wariancie Qm(III) = 3700 m3s jest wyższy aż o 90 wzgl I wariantu (Qm(I) = 1948 m3s)
853 MODELOWANIE DZIAŁANIA PRZYKŁADOWO ZWYMIAROWANYCH SIECI
KANALIZACYJNYCH
W celu weryfikacji występowania nadpiętrzeń w kanałach w przykładowo
zaprojektowanych sieciach należy zgodnie z zaleceniami DWA-A 1182006 obciążyć
zlewnię modelową deszczem o częstości występowania C = 3 lata (wg tab 83) i czasie
trwania dwukrotnie przewyższającym czas przepływu w sieci Ponieważ w zaprojektowanych
zlewniach modelowych (średni) czas przepływu jest rzędu 45 min opracowano na podstawie
wzoru (810) na maksymalną wysokość deszczu we Wrocławiu opad modelowy o czasie
trwania t = 90 min Do symulacji działania sieci wykorzystano oprogramowanie SWMM 50
Ideą opadoacutew modelowych jest oddanie w sposoacuteb zbliżony do rzeczywistości przebiegu
typowych opadoacutew - o zmiennej w czasie intensywności Przykładem jest model Eulera typu
II zalecany min do symulacji działania kanalizacji w Niemczech a obecnie w Polsce [1 2]
Jego przydatność potwierdziła Wartalska w pracy doktorskiej z 2019 r oraz w monografii ndash wg Wartalska KE Kotowski A Metodyka tworzenia wzorcoacutew opadoacutew do modelowania odwodnień
terenoacutew Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2020
Rys 3 Opad modelowy Eulera typu II o C = 3 lata i t = 90 min dla Wrocławia [1 2]
Wyniki modelowania
Ad I Sieć deszczowa zwymiarowana MGN z modelem opadoacutew Błaszczyka
W celu weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zwymiarowanej w 3 wariantach obciążono zlewnię opracowanym opadem modelowym
Eulera typu II dla warunkoacutew wrocławskich Z sumarycznej wysokości opadu (2675 mm)
czwarta jego część (ψ = 025) przekształcana była w spływ powierzchniowy i trafiała do
kanalizacji Profil kolektora wraz z maksymalnymi wypełnieniami w czasie trwania opadu
(31-sza min) dla zwymiarowanej w I wariancie sieci kanalizacyjnej podano na rys 810
KANALIZACJA I
79
Rys 810 Profil kolektora w 31 minucie trwania opadu modelowego
w I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Zaprojektowana w I wariancie sieć kanalizacji deszczowej nie ma odpowiedniej
przepustowości hydraulicznej aby bez nadpiętrzeń do poziomu terenu odprowadzać
modelowane spływy ściekoacutew deszczowych Jak pokazano na rysunku 810 praktycznie cały
kolektor poza ostatnim odcinkiem pracuje pod ciśnieniem w czasie trwania zadanego
opadu modelowego Nadpiętrzenia rzędu kilku metroacutew w tym do powierzchni terenu (i
wylania) występują w większości węzłoacutew obliczeniowych kolektora W przypadku kanałoacutew
bocznych roacutewnież mamy do czynienia z licznymi nadpiętrzeniami
Sumaryczna objętość ściekoacutew ktoacutere podczas trwania opadu modelowego nie zmieściły
się lub wylały się z sieci wynosi 1291 m3 Większa część z tej objętości to ścieki deszczowe
ktoacutere wylały się w początkowych odcinkach sieci - w węzłach obliczeniowych gdzie
zagłębienie kolektora jest najmniejsze Łącznie wylania zanotowano aż w 71 węzłach
obliczeniowych czyli w 71 zintegrowanych zlewniach cząstkowych
Węzły obliczeniowe w ktoacuterych nastąpiły wylania przedstawiono schematycznie na
rysunku 814 Tylko w przypadku 19 z 90 węzłoacutew napiętrzenia nie osiągnęły w żadnej chwili
czasowej trwania opadu modelowego poziomu terenu
Rys 814 Miejsca spiętrzeń powyżej poziomu terenu w modelowej zlewni
w I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
W I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej maksymalny modelowy
strumień objętości na ostatnim odcinku kolektora wynioacutesł Qmax(I) = 516 m3s
Ad II Sieć deszczowa zwymiarowana MGN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W celu weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zaprojektowanej w II wariancie obciążono ją roacutewnież opadem modelowym Eulera typ II o
częstości występowania C = 3 lata i o czasie trwania t = 90 min (analogicznie jak w
przypadku I wariantu) Profil kolektora wraz z wypełnieniami w wybranym czasie trwania
opadu (31 minuta) przedstawiono na rysunku 816
KANALIZACJA I
80
Rys 816 Profil kolektora w 31 minucie trwania opadu modelowego
w II wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Jak widać z rysunku 816 napiętrzenia na początkowych odcinkach kolektora w
przedstawionej chwili czasowej symulacji osiągają poziom terenu Środkowe i po części
końcowe odcinki kolektora pracują już pod niewielkim ciśnieniem W przypadku
początkowych kanałoacutew bocznych także mamy do czynienia z nadpiętrzeniami do poziomu
terenu Sumaryczna objętość ściekoacutew ktoacutere podczas trwania deszczu modelowego nie
zmieściły się lub wylały się z sieci wynosi 20 m3 Łącznie wylania zanotowano w 12
węzłach (rys 819)
Rys 819 Miejsce nadpiętrzeń do poziomu terenu w modelowej zlewni
w II wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Maksymalny modelowy strumień objętości (w II wariancie) na ostatnim odcinku
kolektora wynosił Qmax(II) = 611 m3s
Ad III Sieć deszczowa zwymiarowana MMN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
Do weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zaprojektowanej w III wariancie obciążono ją roacutewnież opadem modelowym Eulera typ II o
częstości C = 3 lata i o czasie trwania t = 90 min Profil kolektora (34 minuta) przedstawiono
na rysunku 821
Rys 821 Profil kolektora w 34 minucie trwania opadu modelowego
w III wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
KANALIZACJA I
81
Jak wynika z rysunku 821 praktycznie cały kolektor pracuje ze swobodnych lustrem
ściekoacutew W przypadku wszystkich kanałoacutew bocznych nadpiętrzenia do poziomu terenu
roacutewnież nie występują - brak wylewoacutew z kanałoacutew Maksymalny strumień objętości
przepływu (w III wariancie) na ostatnim odcinku kolektora wynosił Qmax(III) = 695 m3s
854 WNIOSKI Z ANALIZ DZIAŁANIA PRZYKŁADOWO ZWYMIAROWANYCH SIECI
KANALIZACYJNYCH
Przeprowadzone badania miały na celu weryfikację przydatności do bezpiecznego
projektowania sieci (i obiektoacutew) kanalizacyjnych tzw metod czasu przepływu Zestawienie
wynikoacutew wymiarowania i analiz działania modelowych sieci kanalizacyjnych (dla trzech
wariantoacutew) przedstawiono w tabeli 818
Tab 818 Zestawienie wynikoacutew wymiarowania i modelowania działania przykładowych sieci
kanalizacyjnych w terenie płaskim w warunkach wrocławskich
Wariant
obliczeń
Parametry projektowe kanalizacji deszczowej Parametry modelowe
Strumień
odpływu
Qm
Objętość
sieci
VK
Wskaźnik
objętości
VKj
Rezerwa
systemu
VR
Maksymalny
wymiar
kolektora
Maksymalne
zagłębienie
kolektora
Strumień
modelowy
Qmax
Liczba
wylewoacutew
Lw
Objętość
wylewoacutew
Vw
m3s m3 m3ha m m ppt m3s - m3
I 1948 4849 239 22 K16 599 516 71 1291
II 3049 7234 357 22 K20 591 611 12 20
III 3700 9825 485 28 K22 533 695 0 0
Przeprowadzone analizy wskazały jednoznacznie że bezpieczną metodą czasu
przepływu jest MMN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia ze względu na
brak nadpiętrzeń do powierzchni terenu i wylewoacutew z kanalizacji Wzoacuter Błaszczyka i ogoacutelnie
MGN znacznie niedoszacowuje miarodajny do wymiarowania sieci strumień objętości
ściekoacutew deszczowych ze względu na licznie występujące nadpiętrzenia do powierzchni
terenu i wylania Proacuteba zastosowania w MGN wzoru opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
też nie przyniosła zadawalających wynikoacutew - zmalała jedynie liczba nadpiętrzeń i objętość
wylewoacutew z kanalizacji
UWAGA Praktyczne wskazoacutewki do symulacji działania kanalizacji podano w monografiach
1 Kaźmierczak B Kotowski A Weryfikacja przepustowości kanalizacji deszczowej w
modelowaniu hydrodynamicznym Oficyna Wyd Politechniki Wrocławskiej 2012
2 Nowakowska M Kotowski A Metodyka i zasady modelowania odwodnień terenoacutew
zurbanizowanych Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2017
Zalecenia do doboru wymiaroacutewśrednic kanałoacutew deszczowych
Biorąc pod uwagę prognozowany wzrost intensywności opadoacutew w przyszłości jako
minimalną średnicę kanałoacutew deszczowych w miastach zaleca się już obecnie przyjmować
Dmin = 040 m a tylko w uzasadnionych przypadkach można stosować Dmin = 030 m (jak wg
dotychczasowych WTP) - na początkowych odcinkach sieci przy znacznych spadkach terenu
- na podstawie wynikoacutew modelowania hydrodynamicznego w wyżej omoacutewionym
przykładzie a także dla obciążeń zlewni w przyszłości tj symulacji komputerowych
obecnymi opadami o C = 5 lat i 100 lat ndash wg rozdz 855 w podręczniku [2])
Analogicznie uwzględniając zmiany klimatu celowe jest także zwiększenie minimalnej
średnicy przykanalikoacutew deszczowych z wpustoacutew ulicznych - z obecnej D = 015 m na
D = 020 m a także zwiększenie ich liczby (z typowym rusztem 04x06 m) tj zmniejszenie
rozstawoacutew z obecnie zalecanych le 30 m do rozstawoacutew le 25 m - w zależności od klasy drogi
i spadkoacutew niwelety jezdni - wg tabeli 10
KANALIZACJA I
82
Tab 10 Zalecane odstępy między wpustami ulicznymi podane w [1 2]
Maksymalny odstęp
między wpustami [m]
Spadek podłużny
niwelety drogi []
le 25 gt 10
le 15 05 do 10
le 10 lt 05
Minimalne spadki dna kanałoacutew deszczowych można określać ze znanej formuły
imin = 1D (imin w [permil] dla D w [m]) Przykładowo dla Dmin = 040 m imin = 1040 = 25permil
przy czym dla D ge 10 m imin = 10permil Spadek maksymalny kanałoacutew deszczowych (imax)
powinien wynikać z warunku nieprzekraczania prędkości maksymalnej Vmax = 50 ms ndash w
warunkach całkowitego wypełnienia danego przekroju (średnicy) kanału Przykładowo dla
Dmin = 040 m imax = 90permil [1 2 3]
Kanały deszczowe należy dobierać na niecałkowite wypełnienie - odpowiednio do 90
przepustowości całkowitej (Qo) danego przekroju (np średnicy D) kanału - wg zaleceń DWA-
A118 z 2006 r czyli do względnego wypełnienia [1 2 3]
hD lt 075 - dla kanałoacutew o przekroju kołowym (o średnicy D)
hH lt 079 - dla kanałoacutew jajowych (o wysokości przekroju H = 15B) oraz
hH lt 072 - dla kanałoacutew dzwonowych (o wysokości przekroju H = 085B gdzie B
oznacza szerokość przekroju w tzw pachach)
Przykład metodyczny Przyporządkowanie pośrednich średnic kanałoacutew na odcinkach
kolektora A-B-C-D Kolektor ściekowy AD podzielono na 3 odcinki i obliczono miarodajne
strumienie ściekoacutew QB QC i QD
ndash dla odcinka AB ndash dla QB i spadku dna kanału ik1 dobrano D1 = 06 m
ndash dla odcinka BC ndash dla QC i spadku dna kanału ik2 dobrano D2 = 08 m
ndash dla odcinka CD ndash dla QD i spadku dna kanału ik3 dobrano D3 = 12 m
Do wyznaczenia położenia pośrednich średnic kolektora pomocny jest wykres (rys 58)
Q = f(LAD) na podstawie ktoacuterego zakładając proporcjonalny przyrost strumienia na długości
można określić położenie innych średnic np D = 03 m D = 04 m D = 05 m i D = 10 m
Rys 58 Wykres metodyczny do określania położenia pośrednich średnic kanałoacutew
UWAGA Spadek dna kanału o średnicy Di musi być odpowiedni dla tej średnicy (ik min ge
1Di)
KANALIZACJA I
83
9 PODSTAWY WYMIAROWANIA HYDRAULICZNEGO PRZEWODOacuteW
ŚCIEKOWYCH I KANAŁOacuteW
91 RODZAJE I KLASYFIKACJE PRZEPŁYWOacuteW CIECZY
W kanałach przewodach ściekowych i obiektach kanalizacyjnych wyroacuteżnić można pod
względem hydraulicznym trzy zasadniczo roacuteżniące się przepływy cieczy [2 39 64 69 72
84 189 232]
pod ciśnieniem - pełnym przekrojem przewodu ściekowego (kanału)
o swobodnej powierzchni - przy częściowym wypełnieniu kanału
o swobodnej strudze - np przez koronę przelewu
Odrębną grupę stanowią przepływy ciśnieniowe o ruchu wirowym spotykane min w
urządzeniach do dławienia energii czy regulatorach hydrodynamicznych
Gdy parametry ruchu cieczy takie jak ciśnienie prędkość przepływu i przyspieszenie
nie zmieniają się w czasie i w przestrzeni to taki ruch jest ustalony W przeciwnym
wypadku tj gdy parametry ruchu są funkcjami zaroacutewno położenia jak i czasu ruch taki jest
nieustalony Powiązanie parametroacutew ruchu cieczy z geometrią przewodoacutew ściekowych czy
kanałoacutew ujmują układy roacutewnań roacuteżniczkowych de Saint-Venanta o roacuteżnym stopniu
uproszczeń stosowanych do ich wymiarowania (tab 91)
Tab 91 Założenia wyjściowe do obliczeń hydraulicznych kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych
odnośnie rodzaju ruch cieczy wg ATV-A110 [1 2]
Oznaczenia do tabeli 91
x ndash wspoacutełrzędna drogi t ndash wspoacutełrzędna czasu Q ndash strumień objętości q ndash jednostkowy
dopływodpływ boczny (przyjmowany jako ustalony) A ndash powierzchnia przekroju poprzecznego
strumienia cieczy i ndash spadek dna J ndash spadek linii energii wywołany tarciem h ndash wysokość
napełnienia kanału względnie wysokość ciśnienia w przewodach całkowicie wypełnionych v ndash
średnia prędkość przepływu g ndash przyspieszenie ziemskie
Przy rozwiązaniu pełnego układu roacutewnań roacuteżniczkowych ruchu cieczy tj roacutewnania
zachowania pędu i roacutewnania zachowania masy (ciągłości przepływu) - oznaczonego w tab
91 jako bdquo0rdquo - metoda obliczeniowa jest dokładna dla roacuteżnych stanoacutew i uwarunkowań
systemowych w wyniku powiązania strumieni przepływu i poziomoacutew cieczy z parametrami
geometrycznymi przewodoacutew a także średnią prędkością przepływu Znajduje zastosowanie
do modelowania działania systemoacutew kanalizacyjnych w czasie rzeczywistym Układ roacutewnań
oznaczony jako bdquo1rdquo ma ścisłe zastosowanie do kanałoacutewprzewodoacutew tranzytowych - bez
KANALIZACJA I
84
bocznych dopływoacutewodpływoacutew Dalsze uproszczenia tj pominięcie pierwszego czy drugiego
członu roacutewnania ruchu (postaci bdquo1rdquo) może już prowadzić do błędoacutew obliczeniowych (postać
bdquo4rdquo) Jednak błędy te mogą mieć tendencje przeciwstawne - w części znoszące się
Układy roacutewnań roacuteżniczkowych ruchu cieczy (de Saint-Venanta) nie są rozwiązywalne
analitycznie - poza postacią oznaczoną w tab 91 jako bdquo7rdquo - bdquoprzepływ normalnyrdquo
Konieczne jest więc stosowanie metod numerycznych przybliżonego ich rozwiązywania
Odcinki kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych cechuje na ogoacuteł stały przekroacutej poprzeczny
niezmienny spadek podłużny dna i stała na ogoacuteł chropowatośćszorstkość ścian Przy ich
wymiarowaniu przepływy ściekoacutew są traktowane najczęściej jako ustalone i roacutewnomierne
(chwilowo niezmienne) co dla strumienia miarodajnego (maksymalnego) Qm jest jak
dotychczas podstawą doboru wymiaroacutew liniowych kanału czy przewodu Dla kanałoacutew
częściowo wypełnionych zakłada się że rozwiązanie roacutewnania ruchu cieczy (postaci bdquo7rdquo ndash
tab 91) i = J mieści się w klasie dokładności danych wyjściowych dotyczących głoacutewnie
strumienia przepływu
92 PRZEPŁYWY PEŁNYM PRZEKROJEM PRZEWODU
921 METODY I WZORY WYJŚCIOWE
Podczas przepływu cieczy newtonowskiej (ścieki - woda) w przewodach zamkniętych
powstają naprężenia styczne (opory ruchu) wywołane lepkością określane jako straty
hydrauliczne Wysokość liniowych strat hydraulicznych (Δh) w całkowicie wypełnionym
rurociągu o długości l i średnicy wewnętrznej d wyraża wzoacuter Darcy-Weisbacha
gR
l
gd
lh
h 242Δ
22
(93)
gdzie
λ - wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych (tarcia) -
- średnia prędkość strumienia cieczy w przekroju poprzecznym rurociągu ms
g - przyśpieszenie ziemskie ms2
Rh - promień hydrauliczny stosunek powierzchni przekroju poprzecznego (A) strumienia
cieczy do obwodu zwilżonego (U) Rh = d4 - dla przewodoacutew o przekroju kołowym
całkowicie wypełnionych m
Dla izotermicznych (bez wymiany ciepła) przepływoacutew turbulentnych cieczy mających
znaczenie praktyczne w sieciach kanalizacyjnych (i wodociągowych) tzn przy wartościach
liczby Reynoldsa Re gt 4000 (gdzie Re = d1306middot10-6) w literaturze naukowo-technicznej
dostępnych jest wiele wzoroacutew określających wartość wspoacutełczynnika λ - najczęściej w
odniesieniu do konkretnych materiałoacutew przewodoacutew Ich ogoacutelna postać zależy od strefy w
jakiej odbywają się przepływy wodyściekoacutew
W ruchu turbulentnym wyodrębnia się trzy takie strefy a mianowicie
strefę I - przepływoacutew w przewodach hydraulicznie gładkich gdzie λ = f1 (Re)
strefę II - przepływoacutew przejściowych λ = f2 (Re kd)
strefę III - przepływoacutew o kwadratowej zależności oporoacutew λ = f3 (kd)
Wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych (λ) zaleca się obliczać z uwikłanej postaci wzoru
Colebrooka-Whitersquoa
hR
k
d
k
4713Re
512log2
713Re
512log2
1
(94)
gdzie
k - zastępcza chropowatość wewnętrznych ścian przewodu m
KANALIZACJA I
85
Re - liczba Reynoldsa Re = dν equiv 4Rhν -
ν - wspoacutełczynnik lepkości kinematycznej cieczy m2s
Wzoacuter (94) ma uniwersalny charakter obejmujący swoim zakresem wszystkie 3 strefy
przepływoacutew turbulentnych
Dla przepływoacutew w III strefie jako alternatywną do metody bazującej na wzorach
Darcy-Weisbacha (93) i Colebrooka-Whitersquoa (94) do wymiarowania przewodoacutew wodnych
w tym kanałoacutew ściekowych całkowicie wypełnionych stosowana jest metoda oparta na
wzorze Chezy-Manninga na prędkość średnią (w ms) o dogodnej postaci analitycznej
21321JR
nJRC hhM (99)
gdzie
n - wspoacutełczynnik szorstkości przewodu sm13
Rh - promień hydrauliczny m
J - jednostkowy spadek energii wywołany tarciem (J = Δhl) -
CM - wspoacutełczynnik Cheacutezy do wzoru Manninga m12s
61
61
4
11
d
nR
nC hM (910)
Wspoacutełczynnik szorstkości (n) zależy od stanu hydraulicznego przewodoacutew - analogicznie
jak zastępcza chropowatość (k) [1 2] W normie PN-EN 752 definiowany jest jako
wspoacutełczynnik Manninga K = 1n ktoacuterego wartość w III strefie określa wzoacuter
k
d
dgK
73log
324
61
(911)
923 DOBOacuteR PRZEKROJOacuteW PRZEWODOacuteW I KANAŁOacuteW CIŚNIENIOWYCH
W praktyce na wartość wspoacutełczynnika oporoacutew liniowych (λ) wpływ mają roacutewnież
straty miejscowe - na połączeniach odcinkoacutew rur na niedokładnościach osiowego ułożenia
przewodu na zmianach spadkoacutew dna czy kierunkoacutew tras przewodu czy też niecałkowicie
kołowego kształtu przekroju poprzecznego rur (zwłaszcza tworzywowych - wynikających z
wad zabudowy) a także wynikające z efektoacutew starzenia się przewodoacutew wodnych w czasie
eksploatacji (prowadzących do spadku przepływności) możemy zapisać
ggR
lhhh
h
ml224
Δ22
(929)
Nieliniowe straty miejscowe (Δhm w m) można rozłożyć roacutewnomiernie na długości
przewodu uzyskując tym samym zastępczą chropowatość eksploatacyjną (ke) i woacutewczas
l
Rhe
4 (930)
gdzie
λe - wspoacutełczynnik oporoacutew dla zastępczej chropowatości eksploatacyjnej ke -
λ - wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych wywołany chropowatością k wg (94) -
ξ - wspoacutełczynnik oporoacutew miejscowych wywołany zaburzeniem rozkładu prędkości -
Po uwzględnieniu (929) i (930) i przekształceniu (928) na spadek linii energii
otrzymamy
gRl
hJ
h
e24
1 2
(931)
gdzie
KANALIZACJA I
86
J - jednostkowy sumaryczny spadek energii (spadek hydrauliczny) wywołany tarciem i
oporami miejscowymi na odcinku kanału o długości l
Przekształcając (931) ze względu na
gdJJgRe
h
e
21
81
(932)
i wykorzystując ogoacutelną postać wzoru (94) Colebrooka-Whitersquoa dla liczby Reynoldsa
Re = 4Rh ν equiv d ν zapisanego jako
h
e
eheR
k
R 47134
512log2
1
(933)
po podstawieniu (933) do (932) i dalszych przekształceniach otrzymamy wzoacuter na średnią
prędkość przepływu (w ms)
JgRR
k
JgRRh
h
e
hh
8471384
512log2
(934)
Stosując roacutewnanie ciągłości ruchu Q = A (gdzie A - pole powierzchni przekroju
poprzecznego przewodu m2) otrzymamy ostatecznie ogoacutelny wzoacuter analityczny na strumień
objętości przepływu (Q w m3s)
AJgRR
k
JgRRQ h
h
e
hh
8
471384
512log2
(935)
skąd dla przewodoacutewkanałoacutew o kołowym kształcie przekroju poprzecznego - o średnicy d (w
m) całkowicie wypełnionych Rh = d4
dJdd
k
dJdQ e 2
713
5670log 9576
(936)
Wg ATV-A110 do wymiarowania przewodoacutew ściekowych i kanałoacutew tranzytowych
działających pod ciśnieniem (w tym tworzywowych) zaleca się przyjmować uśrednioną
wartość zastępczej chropowatość eksploatacyjnej w wysokości ke = 025 mm Wartość ta nie
uwzględnia jednak strat miejscowych na armaturze kolanach i łukach kształtkach
połączeniowych wlotach i wylotach ściekoacutew w obiektach kanalizacyjnych takich jak syfony
rury dławiące czy reduktory ciśnienia Straty te należy ustalać indywidualnie Wskazoacutewki
znaleźć można min w pracy [2] Wspoacutełczynnik lepkości kinematycznej wody w temperaturze 10ordmC (28315 K) wynosi
ν10 = 1306 10-6 m2s a dla ściekoacutew przyjmuje się odpowiednio [1 2 3]
ν10 = 133 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 100 mgdm3
ν10 = 137 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 300 mgdm3
ν10 = 143 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 600 mgdm3
W celu ułatwienia doboru przekroi - średnic przewodoacutew czy kanałoacutew ciśnieniowych (np
przewodoacutew tłocznych pompowni ściekoacutew) można posługiwać się nomogramami
opracowanymi do wzoru Colebrooka-Whitersquoa dla przyjętej wartości zastępczej chropowatości
eksploatacyjnej k = ke Przykładowo wykorzystując nomogramem logarytmiczny
przedstawiony na rysunku 95 dotyczący ciśnieniowych przewodoacutewkanałoacutew żelbetowych o
przekroju kołowym dla k = ke = 10 mm i lepkości wody ν10 = 1306 10-6 m2s można dla
ustalonej wartości strumienia Q (w dm3s) i założonej prędkości przepływu ( w ms)
dobierać średnicę (d w mm) przewodu a następnie odczytać wartość spadku linii ciśnienia (J
w promilach)
KANALIZACJA I
87
Rys 95 Przykładowy nomogram logarytmiczny do doboru przewodoacutew żelbetowych (ciśnieniowych)
o przekroju kołowym wg wzoru Colebrooka-Whitersquoa dla k = 10 mm (ν10 = 1306 10-6 m2s)
93 PRZEPŁYWY W KANAŁACH CZĘŚCIOWO WYPEŁNIONYCH
931 METODY I WZORY WYJŚCIOWE
U podstaw obliczeń hydraulicznych służących do doboru wymiaroacutew liniowych kanałoacutew
czy przewodoacutew grawitacyjnych działających ze swobodnym zwierciadłem cieczy (tj
częściowo wypełnionych) leży założenie upraszczające iż mamy do czynienia z ruchem
ustalonym i roacutewnomiernym Odcinki kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych cechuje na ogoacuteł stały
przekroacutej poprzeczny niezmienny spadek podłużny dna oraz stała chropowatośćszorstkość
ścian W ruchu roacutewnomiernym (ustalonym) występuje wzajemna roacutewnoległość dna kanału
(i) wysokości zwierciadła cieczy (hn(Q)) i linii wysokości energii (J = i) a rozkłady
prędkości są jednakowe we wszystkich przekrojach poprzecznych na danym odcinku kanału
( = idem)
Wychodząc z ogoacutelnej postaci wzoru Darcy-Weisbacha (93) na wysokość liniowych
strat hydraulicznych po uwzględnieniu dodatkowo oporoacutew miejscowych wg (929)divide(931)
otrzymamy dla przewodoacutew i kanałoacutew ściekowych częściowo wypełnionych wzoacuter na spadek
hydrauliczny
gR
il
h
h
e24
1 2
(940)
gdzie
Δh - roacuteżnica wysokości den kanału na odcinku o długości l roacutewna roacuteżnicy wysokości
wypełnień normalnych h = hn (w ruchu roacutewnomiernym) Δh = imiddotl m
i - spadek dna kanału roacutewny sumarycznemu spadkowi linii energii - wywołanej tarciem i
oporami miejscowymi (na odcinku l) -
λe - wspoacutełczynnik oporoacutew dla zastępczej chropowatości eksploatacyjnej ke -
KANALIZACJA I
88
Rh - promień hydrauliczny Rh = AU m
A - powierzchnia przekroju poprzecznego strumienia cieczy m2
U - obwoacuted zwilżony m
- średnia prędkość strumienia cieczy ms
g - przyśpieszenie ziemskie ms2
Promień hydrauliczny w przypadku przewodoacutew i kanałoacutew całkowicie wypełnionych
jest miarą hydrauliczną roacuteżnych kształtoacutew przekroi poprzecznych (kołowych jajowych
dzwonowych itp) W przypadku przewodoacutew i kanałoacutew częściowo wypełnionych pełni
dodatkowo rolę miary hydraulicznej stopnia wypełnienia przekrojoacutew - np hD ndash wg rysunku
96
Rys 96 Schemat hydrauliczny kanału zamkniętego częściowo wypełnionego (AU = Rh)
Pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy w kanale o przekroju
kołowym przy częściowym - względnym wypełnieniu ηh = hD oblicza się z zależności
geometrycznych
22
2112121arccos4 D
h
D
h
D
hDAn
(941)
gdzie
An ndash pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy przy wypełnieniu
(normalnym) h = hn m2
D - wewnętrzna średnica kanału m
Zależność pomiędzy polem powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy przy
częściowym wypełnieniu (An) a polem powierzchni całego przekroju poprzecznego kanału
(A) - o średnicy D ujmuje wskaźnik względnej powierzchni (ηA) postaci
D
h
D
h
A
An
A 21arccos2sin21arccos22
1
(942)
Promień hydrauliczny Rh w tym dla względnego wypełnienia przekroju hD oblicza się
z ogoacutelnej postaci wzoru
Dh
DhDhDRh
21arccos
211211
4
2
(943)
Związek pomiędzy promieniem hydraulicznym przy częściowym wypełnieniu a
promieniem hydraulicznym całego przekroju poprzecznego rur określa się z zależności
geometrycznych dla przekroju kołowego
Dh
Dh
R
R
h
hn
Rh21arccos2
21arccos2sin1
(944)
gdzie
ηRh - wskaźnik względnego promienia hydraulicznego -
Rh - promień hydrauliczny przewodu o (wewnętrznej) średnicy D przy całkowitym
wypełnieniu Rh = AU = D4 m
Rhn - promień hydrauliczny strumienia cieczy przy częściowym wypełnieniu
(normalnym) h = hn m
Obliczanie przepływoacutew cieczy w kanałach czy przewodach ściekowych częściowo
wypełnionych zaleca się obecnie opierać na wzorze Colebrooka-Whitersquoa przy przyjęciu
KANALIZACJA I
89
zastępczej chropowatości eksploatacyjnej (ke) Tym samym odstępuje się od stosowania
wzoru Manninga ze wspoacutełczynnikiem szorstkości (n) jako mniej uniwersalnego właściwego
jedynie dla przepływoacutew turbulentnych w III strefie (tzw kwadratowego prawa oporoacutew)
Norma PN-EN 7522008 dopuszcza jednak stosowanie wzoru Manninga w zmienionej
postaci [1 2] (ze wspoacutełczynnikiem Manninga K = 1n - wg wzoru (911))
2132
6173
log32
4 iRk
D
Dg h
(945)
gdzie ogoacutelnie D = 4Rh
Przekształcając wzoacuter Darcy-Weisbacha (93) - ściślej roacutewnanie (940) ze względu na
igRh
e
81
(946)
i wykorzystując wzoacuter (94) Colebrooka-Whitersquoa dla Re = 4Rhν po odpowiednich
przekształceniach otrzymamy wzoacuter na średnią prędkość przepływu (w ms)
igRR
k
igRRh
h
e
hh
8471384
512log2
(947)
Stosując roacutewnanie ciągłości ruchu Q = An gdzie An - pole powierzchni przekroju
poprzecznego strumienia cieczy przy częściowym wypełnieniu (hn = h) otrzymamy postać
ogoacutelną wzoru analitycznego na strumień objętości przepływu w ruchu roacutewnomiernym
ustalonym (i = J)
nhn
hn
e
hnhn
n AigRR
k
igRRQ
8
471384
512log2
(948)
ktoacutery dla przekroju kołowego uwzględniając zapis An wg (941) przyjmie szczegoacutełową
postać (949) dla h = hn
22 211
21
21arccos8
84148
62750log2
4 D
h
D
h
D
higR
R
k
igRR
DQ hn
hn
e
hnhn
n
(949)
Wg ATV-A110 do wymiarowania grawitacyjnych przewodoacutew ściekowych i kanałoacutew
działających przy częściowym wypełnieniu zaleca się przyjmować uśrednione wartości
zastępczej chropowatość eksploatacyjnej w wysokości
ke = 050 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew tranzytowych ze studzienkami o kinetach do
wysokości przekroju kanału
ke = 075 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew zbierających ścieki ze studzienkami o
kinetach do wysokości przekroju kanału
ke = 15 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew zbierających ścieki ze studzienkami o
kinetach do wysokości połowy przekroju kanału
Podane wartości nie uwzględniają strat miejscowych na armaturze zmianach
kierunkoacutew tras wlotach i wylotach ściekoacutew w obiektach kanalizacyjnych Straty te należy
ustalać dodatkowo
932 DOBOacuteR PRZEKROJOacuteW PRZEWODOacuteW I KANAŁOacuteW CZĘŚCIOWO
WYPEŁNIONYCH
Posługiwanie się wzorami analitycznymi na strumień Q a zwłaszcza na Qn stwarza dużą
trudność ze względu na ich uwikłaną postać W celu ułatwienia obliczeń hydraulicznych
kanałoacutew niecałkowicie wypełnionych opracowano charakterystyki sprawności hydraulicznej
roacuteżnych przekroi kanałoacutew tj zależności na wskaźniki względnych prędkości przepływu η =
n oraz względnych strumieni objętości ηQ = QnQ Przykładowo dla przekroju kołowego
KANALIZACJA I
90
stosując metodologię opartą na wzorze Colebrooka-Whitersquoa przy przyjęciu pewnych
uproszczeń (bowiem przy częściowym wypełnieniu zaroacutewno jak i Q zależą roacutewnież od i
oraz k) otrzymamy wg Franke [2 54]
85
h
hnn
R
R
(952)
oraz
85
h
hnnn
QR
R
A
A
Q
Q (953)
gdzie
η - wskaźnik względnych prędkości przepływu stosunek prędkości n przy częściowym
wypełnieniu (h = hn) do prędkości przy całkowitym wypełnieniu przekroju (h = D)
Rh - promień hydrauliczny przy całkowicie wypełnionym kanale (Rh = D4) m
Rhn - promień hydrauliczny przy częściowym wypełnieniu - normalnym hn m
ηQ - wskaźnik względnych strumieni objętości stosunek strumienia Qn przy częściowym
wypełnieniu (h = hn) do strumienia Q przy całkowitym wypełnieniu przekroju (h = D)
A - pole powierzchni przekroju kanału przy całkowitym wypełnieniu (A = πD24) m2
An - pole powierzchni przekroju poprzecznego kanału przy częściowym wypełnieniu - hn
(wg wzoru (941)) m2
Na rysunku 97 przedstawiono krzywe sprawności hydraulicznej η i ηQ od hD (w )
dla kanału o przekroju kołowym o średnicy D
Rys 97 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju kołowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Według metodologii opartej na wzorze Colebrooka-Whitersquoa całkowita przepustowość
kanału (100) tj przy całkowitym wypełnieniu przekroju (100) osiągana jest już przy
względnym wypełnieniu hD = 0827 - w kanałach o przekroju kołowym bądź hH = 0867 -
w kanałach jajowych czy też hH = 0807 - w kanałach dzwonowych (gdzie H oznacza
wysokość przekroju kanału proporcjonalną do jego szerokości B) wg rys 97divide99
Promień hydrauliczny osiąga woacutewczas (prawie) maksymalne wartości a warunki
przepływu odpowiadają panującym w kanałach otwartych Krzywe sprawności hydraulicznej
kanałoacutew interpretuje się więc tylko do wymienionych wyżej względnych wypełnień
UWAGA Kanały grawitacyjne należy dobierać na przepływ ze swobodnym zwierciadłem
roacutewnież ze względu na niestabilne warunki przepływu przy całkowitych wypełnieniach ndash
gdzie powstawać mogą woacutewczas poduszki powietrzne na załamaniach spadkoacutew odcinkoacutew
kanałoacutew
KANALIZACJA I
91
Rys 98 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju jajowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Rys 99 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju dzwonowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Wymiarowany przekroacutej kanału powinno dobierać się tak aby teoretyczna jego
przepustowość całkowita Q (przy danym spadku dna) była zawsze większa od strumienia
obliczeniowego Wg zasad wypracowanych w Niemczech (ATV A-118) w przypadku
kanałoacutew deszczowych bądź ogoacutelnospławnych zaleca się dobierać następny większy przekroacutej
jeżeli strumień obliczeniowy przekracza 90 przepustowości całkowitej (Q) danego
przekroju kanału - przy danym spadku dna (i) Odpowiada to zasadzie wymiarowania takich
kanałoacutew na względne wypełnienia
hD le 075 - w wypadku kanałoacutew o przekroju kołowym bądź
hH le 079 - w przypadku kanałoacutew jajowych czy też
hH le 072 - w przypadku kanałoacutew dzwonowych
W praktyce inżynierskiej występują najczęściej dwa typy zadań hydraulicznych
doboacuter wymiaru - przekroju poprzecznego kanału (kołowego o średnicy D lub innego
o wysokości przekroju H) dla danego strumienia (Qn) i spadku dna (i) z określeniem
wypełnienia normalnego hn(Qn) oraz średniej prędkości przepływu n(Qn)
obliczenie przepustowości (Q lub Qn) kanału o danym spadku dna (i)
Do wymiarowania kanałoacutew ściekowych deszczowych i ogoacutelnospławnych stosowany
jest powszechnie wzoacuter Manninga (99) w ktoacuterym wspoacutełczynnik szorstkości kanału
przyjmowany jest najczęściej w stałej wartości n = 0013 m13s (ogoacutelnie n [0010 0016]
sm13 czemu odpowiada w przybliżeniu k [025 50] mm)
W celu ułatwienia doboru przekrojoacutew kanałoacutew wykorzystuje się wykresy i nomogramy
do wzoru Manninga przedstawiające graficznie zależności pomiędzy parametrami
konstrukcyjnymi takimi jak średnica (przekroacutej) kanału spadek dna szorstkość a
hydraulicznymi takimi jak wypełnienie prędkość i strumień objętości przepływu
Najczęściej stosowane są 2 rodzaje pomocy graficznych mianowicie
KANALIZACJA I
92
nomogramy drabinkowe - przedstawiające zależności D Q i dla kanałoacutew
całkowicie wypełnionych ktoacutere wymagały dodatkowo posługiwania się wykresami
sprawności hydraulicznej przekrojoacutew kanałoacutew przy niecałkowitym wypełnieniu
nomogramy logarytmiczne (scalone) - opracowane dla roacuteżnych przekrojoacutew kanałoacutew
niecałkowicie wypełnionych (dla n = constans)
Przykład obliczeniowy z zastosowaniem nomogramu drabinkowego i krzywych sprawności
przekroju kołowego (wg rys 910 i 911) Należy dobrać średnicę kanału (ściekowego) dla
obliczeniowego strumienia Q = 15 dm3s i spadku dna i = 5 permil
Rys 910 Przykład nomogramu drabinkowego do doboru kanałoacutew kołowych
(oznaczono Qc equiv Q oraz Vc equiv )
Tok postępowania
1 Prowadzimy prostą (1) przechodząca przez punkty i = 5permil oraz Q = 15 dm3s (rys 910)
Dobieramy pierwszą większą (katalogową) średnicę tj D = 020 m Przez punkty D = 02 m
oraz i = 5 permil prowadzimy prostą (2) i odczytujemy strumień objętości przy całkowitym
wypełnieniu Q = 22 dm3s oraz prędkość przy całkowitym wypełnieniu = 080 ms
2 Następnie korzystamy z krzywej sprawności hydraulicznej przekroju kołowego
przedstawiającej zależność pomiędzy względnym wypełnieniem kanału (hD) a względnym
strumieniem przepływu (ηQ) - wyrażonych w (rys 911) Krzywa ta umożliwia ustalenie
wartości względnego wypełnienia przekroju kanału i względnej prędkości przepływu - dla
odczytanych z nomogramu drabinkowego parametroacutew hydraulicznych całkowicie
wypełnionego kanału (tj strumienia Q i prędkości )
Dla ustalonej z nomogramu drabinkowego (rys 910) wartości strumienia przy
całkowitym wypełnieniu Q = 22 dm3s obliczamy wartość funkcji sprawności przepływu
ηQ = 1522 = 0682 asymp 68 Następnie z krzywej sprawności (rys 911) dla ηQ = 68
odczytujemy
po lewej stronie hD = 61 = 061
po prawej stronie ηυ = 108 = 108
Stąd wypełnienie (normalne) w dobranym kanale wyniesie hn = 061∙D = 061∙02 = 012 m
a prędkość przepływu n = η middot = 108∙080 = 086 ms
Rys 911 Idea korzystania z wykresu sprawności hydraulicznej przekroju kołowego
(oznaczono QQC equiv QnQ oraz vvC equiv n)
ηQ = QQc
η = c
KANALIZACJA I
93
Dla innych niż kołowy przekrojoacutew poprzecznych kanałoacutew np jajowych jajowych
podwyższonych gruszkowych czy dzwonowych korzystamy z właściwych nomogramoacutew
drabinkowych i krzywych sprawności danego przekroju kanału
Tok postępowania przy korzystaniu z nomogramoacutew scalonych - opracowanych dla roacuteżnych (typowych) przekrojoacutew kanałoacutew wg idei na rysunku 912
Rys 912 Idea korzystania z nomogramu logarytmicznego do doboru kanałoacutew kołowych
(wg wzoru Manninga)
Przykłady obliczeniowe - z zastosowaniem nomogramoacutew scalonych
1) Dla danych Q = 20 dm3s oraz i = 40permil należy dobrać kanał (ściekowy) o przekroju
kołowym dla n = 0013 sm13 Wychodząc od strumienia Q = 20 dm3s (wg idei na rys 912)
po prawej stronie nomogramu - dobrano średnicę D = 025 m i odczytano
wypełnienie h = hn = 013 m a następnie
po lewej stronie nomogramu - dla D = 025 m i h = 013 m odczytano prędkość
przepływu = n = 080 ms
2) Dla danych Q = 400 dm3s oraz i = 20permil należy dobrać kanał (deszczowy) o przekroju
jajowym dla n = 0013 sm13 Z nomogramu scalonego podanego na rysunku 913 dobrano
kanał jajowy J06 x 09 m i odczytano wypełnienie h = hn = 070 m (hH = 078 lt 079 ndash dla
90 przepustowości Q wg rys 98) oraz ustalono = 12 ms (Dokładny wynik obliczeń hn i
n uzyskamy tylko po zastosowaniu wzoroacutew analitycznych)
Rys 913 Przykładowy nomogram logarytmiczny do wzoru Manninga do doboru kanałoacutew
grawitacyjnych o przekroju jajowym (dla n = 0013 m13s)
KANALIZACJA I
94
94 ZALECANE SPADKI DNA KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
W systemach kanalizacyjnych spadek dna (i) kanałoacutew grawitacyjnych powinien
zawierać się w granicach
imin i imax (955)
- zależnie od wymiaru (średnicy D) kanału i spadku terenu
Spadek mniejszy od minimalnego (imin - dla danej średnicy) w efekcie zbyt małych
prędkości przepływu ściekoacutew prowadziłyby do odkładania się osadoacutew i w efekcie do
zamulenia kanału Spadek większy od maksymalnego (imax - dla danej średnicy)
prowadziłyby do niszczenia kanałoacutew - wskutek erozji powodowanej głoacutewnie zawiesiną
mineralną przy znacznych prędkościach przepływu
Powszechnie w literaturze zalecana jest formuła Imhoffa na spadek minimalny (imin)
D
i1
min (956)
gdzie
imin w promilach gdy wymiar średnicy D wyrażony jest w metrach lub w ułamku gdy D w mm
W przypadku kanałoacutew o innym przekroju niż kołowy (np jajowy gruszkowy) za bdquoDrdquo do
wzoru (956) bezpieczniej jest przyjmować szerokość przekroju w tzw pachach (np dla
ogoacutelnospławnego kanału jajowego J 06x09 m - bdquoDrdquo = 06 m)
Według badań prof Suligowskiego formuła (956) może być stosowana dla
względnych wypełnień kanałoacutew większych od 30 (hD gt 03)
Historycznie w wytycznych technicznych projektowania (WTP) miejskich sieci
kanalizacyjnych z 1965 roku sformułowano zasadę zachowania minimalnej prędkości (min)
przepływu ściekoacutew przy całkowitym wypełnieniu kanałoacutew jako warunku ich
bdquosamooczyszczania sięrdquo tj odpowiednio
w systemie kanalizacji rozdzielczej - w kanałach bytowo-gospodarczych
przemysłowych oraz deszczowych min = 08 ms
w systemie kanalizacji ogoacutelnospławnej min = 10 ms
Wychodząc z powyższych założeń stosując wzoacuter Manninga (99) dla n = 0013 sm13
możliwie było ustalenie wartości minimalnych spadkoacutew dna kanałoacutew ze względu na
bdquosamooczyszczanierdquo podanych w tabeli 94 - dla przykładowych średnic Wyższe wartości
spadkoacutew minimalnych względem obliczonych z formuły 1D (956) wyboldowano
Tab 94 Obliczone z formuły 1D wg wzoru Manninga (dla n = 0013 sm13
i min) minimalne spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych ( - stosowane w praktyce)
Lp
Średnica
kanału
D
Minimalne spadki dna kanałoacutew imin
Obliczone z
formuły
1D
Obliczone z wzoru
Manninga dla prędkości
min = 08 ms min = 10 ms
- m permil permil permil 1 020 50 587 918
2 025 40 436 681
3 030 333 (30) 342 534
4 040 25 233 364
5 050 20 173 270
6 060 167 136 212
7 080 125 092 145
8 100 100 069 107
9 150 067 (05) 040 062
10 200 05 027 043
Maksymalne spadki (imax) dna kanałoacutew określano (wg WTP) w podobny sposoacuteb tj przy
całkowitym wypełnieniu prędkość przepływu ściekoacutew nie powinna przekraczać wartości
KANALIZACJA I
95
max = 30 ms - w kanałach bytowo-gospodarczych i przemysłowych dla rur
betonowych i ceramicznych
max = 50 ms - w kanałach bytowo-gospodarczych i przemysłowych dla rur
żelbetowych i żeliwnych
max = 70 ms - w kanałach deszczowych i ogoacutelnospławnych niezależnie od
materiału kanałoacutew jako że kanały takie przy znacznym wypełnieniu działają
okresowo w poroacutewnaniu z kanałami bytowo-gospodarczymi i przemysłowymi
W tabeli 95 podano obliczone z wzoru Manninga (99) dla n = 0013 sm13 wartości
maksymalnych spadkoacutew dna kanałoacutew dla prędkości max ndash przy całkowitym wypełnieniu
Tabela 95 Obliczone z wzoru Manninga (99) dla n = 0013 sm13
maksymalne spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych
Lp
Średnica
kanału
D
Maksymalne spadki dna kanałoacutew imax z wzoru
Manninga dla prędkości
max = 3 ms max = 5 ms max = 7 ms - m permil permil permil
1 020 828 2300 4508
2 025 603 1675 3283
3 030 477 1325 2597
4 040 324 900 1764
5 050 243 675 1323
6 060 189 525 1029
7 080 135 375 735
8 100 99 275 539
9 150 56 156 306
10 200 38 106 209
W pracy IKŚ z 1983 roku zalecono ograniczenie maksymalnych prędkości przepływu
ściekoacutew niezależnie od materiałoacutew rur do
max = 30 ms - w kanałach ściekowych i ogoacutelnospławnych
max = 50 ms - w kanałach deszczowych i burzowych
co jest racjonalne ze względu na trwałość bezawaryjnego działania kanalizacji
Grawitacyjne przewody i kanały transportujące ścieki tj mieszaniny ciał stałych i
cieczy powinny być układane z takim spadkiem aby możliwy był zaroacutewno transport
zanieczyszczeń zawartych w ściekach w tym wleczonych przy dnie jak i rozmywanie już
odłożonych (przy mniejszych strumieniach przepływu) złogoacutew i osadoacutew
Z punktu widzenia hydromechaniki transport zanieczyszczeń można zapewnić jeżeli
opoacuter tarcia wyrażony stycznymi naprężeniami ścinającymi ( ) pomiędzy ścianką rury a
ściekami będzie większyroacutewny min
min ge 20 Pa - dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
min ge 15 Pa - dla kanałoacutew deszczowych
przy czym iR Rhh - dla małych kątoacutew α pochylenia kanałoacutew (woacutewczas i asymp sinα) W
przypadku przekroju kołowego otrzymamy
iR
RD
h
hn 4
(957)
gdzie
- naprężenia ścinające Pa
- ciężar właściwy ściekoacutew Nm3
D - średnica wewnętrzna przewodu (kanału) m
Rhn - promień hydrauliczny przy częściowym wypełnieniu kanału (normalnym hn) m
Rh - promień hydrauliczny przy całkowitym wypełnieniu kanału (Rh = D4) m
i - spadek dna ułamek
KANALIZACJA I
96
Stąd ogoacutelnie
DR
R
gi
hn
h 14 min
min
(958)
a dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych (dla 02min Pa)
DR
Ri
hn
h 1108160 3
min
(959)
i dla kanałoacutew deszczowych (dla 51min Pa)
DR
Ri
hn
h 1106120 3
min
(960)
Przykłady obliczeniowe
Dla kanału o średnicy D = 030 m z formuły (956) spadek minimalny wynosi imin = 1030 =
333permil (w praktyce przyjmowany jako 3permil) Z obliczeń wg wzoru (959) otrzymamy dla
kanału bytowo-gospodarczego o D = 03 m dla wypełnień względnych
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 00107 = 107permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000564 = 564permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000398 = 398permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000317 = 317permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000272 = 272permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000225 = 225 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000272 = 272permil
Podobnie z obliczeń wg wzoru (960) dla kanału deszczowego o średnicy D = 03 m
otrzymamy
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 000803 = 803permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000423 = 423permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000298 = 298permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000238 = 238permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000204 = 204permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000170 = 170 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000204 = 204permil
UWAGA 1 Obliczone wyżej spadki imin spełniają kryterium hydromechaniczne
samooczyszczania się kanałoacutew co jest ważne dla małych wypełnień Są one znacznie większe
niż z formuły bdquo1Drdquo (przewyższenia dla D = 030 m wyboldowano) a także od obliczonych z
warunku min = 08 ms [1 2]
UWAGA 2 Formuła imin = 1D ma praktyczne zastosowanie dla względnych wypełnień
kanałoacutew większych od 30
UWAGA 3 Dla względnych wypełnień hD gt 03 spadki imin z kryterium
hydromechanicznego są nieco mniejsze od imin = 1D
Według badań prof Dąbrowskiego uwzględniając nieroacutewnomierność godzinową
strumienia ściekoacutew w wymiarowaniu kanałoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
należy przyjmować 52min Pa - dla średnic 020 i 025 m oraz 22min Pa - dla średnic
030 035 040 i 050 m Przyjmowane dotychczas naprężenia minimalne 02min Pa są
właściwe dla średnic ge 060 m
Dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych przyjmując 22min Pa otrzymamy
DR
Ri
hn
h 1108970 3
min
(961)
KANALIZACJA I
97
woacutewczas dla przykładowej średnicy D = 03 m minimalne wartości spadkoacutew wyniosą już
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 00118 = 118permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000620 = 620permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000437 = 437permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000349 = 349permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000299 = 299permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000248 = 248 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000299 = 299permil
Na tym tle zalecone w pracy IKŚ z 1984 r minimalne spadki dna kanałoacutew ściekowych
dla jednostek osadniczych o liczbie mieszkańcoacutew le 1000 imin = 10permil są uzasadnione [1 2]
UWAGA Przytoczone dane podkreślają wagę i znaczenie obliczeń hydraulicznych kanałoacutew
do prawidłowego funkcjonowania sieci i zarazem uzasadniają konieczność ich wykonywania
już na etapie koncepcji programowo-przestrzennej (KPP) a także w projektach budowlanych
(PB i PBW) Jest to często pomijane a projektanci dobierają bdquoświadomierdquo większe średnice
kanałoacutew dążąc za wszelką cenę do wypłycenia kanalizacji ściekowej co jest błędnym i
drogim w eksploatacji rozwiązaniem
95 STOSOWANE PRZEKROJE KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Wyboacuter kształtu przekroju poprzecznego kanałoacutew zależy od
warunkoacutew hydraulicznych tj strumienia i nieroacutewnomierności przepływu ściekoacutew
(w dobie) oraz wymaganych prędkości samooczyszczania
warunkoacutew statycznych zabudowy kanału tj zagłębienia dna i przykrycia wierzchu
rury (sklepienia)
rodzaju materiału i sposobu wykorzystania kanału w tym dostosowania do
pokonania przeszkoacuted terenowych uniknięcia kolizji itp
Najczęściej stosowane są przekroje kołowe praktycznie we wszystkich systemach
kanalizacyjnych Pod względem statycznym przekroacutej ten jest właściwy zaroacutewno dla małych
jak i znacznych zagłębień kanału Łatwy w prefabrykacji w montażu i budowie ze względu
na pełną symetrię przekroju (w przypadku braku tzw stopki)
Polska norma PN-71B-02710 dopuszcza do stosowania 5 podstawowych kształtoacutew
przekroi poprzecznych kanałoacutew Przykładowo w Niemczech obowiązują 3 znormalizowane
kształty i wymiary przekroi kanałoacutew (kołowy jajowy i dzwonowy)
1 Kanały kołowe o średnicach wewnętrznych d equiv D = h = b (w m) - oznaczone jako K
K 015 020 025 030 040 050 060 080 10 12 14 16 18 20 m i większe o
wielokrotności 05 m tj np K 25 30 35 40 m
Rys 914 Geometria kanałoacutew kołowych (K)
KANALIZACJA I
98
Przekroje kołowe są powszechnie stosowane w kanalizacji bytowo-gospodarczej i
przemysłowej deszczowej oraz ogoacutelnospławnej przy czym w kanalizacji ogoacutelnospławnej
najczęściej do wymiaru K le 05 m
2 Kanały jajowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość przekroju (h
=15b) oznaczone jako J (J 06 x 09 m 07 x 105 m 08 x 12 m 10 x 15 m 12 x 18 m)
Rys 915 Geometria kanałoacutew jajowych (J)
Przekroje jajowe były powszechnie stosowane w kanalizacji ogoacutelnospławnej (powyżej
K05 m) do wymiaru J12 x 18 m Powyżej tego wymiaru należało stosować przekroje
złożone - z kinetami na ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe (Z poroacutewnania sprawności
hydraulicznej kanału kołowego o średnicy D z jajowym o przekroju D x 15D wynika że przy
całkowitym wypełnieniu Q(J) = 161Q(K) oraz (J) = 110(K))
3 Kanały jajowe podwyższone o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość
przekroju (h =175b) oznaczone jako JP (JP 06 x 105 m 07 x 1225 m 08 x 140 m 10 x
175 m 12 x 210 m
Rys 916 Geometria kanałoacutew jajowych podwyższonych (JP)
4 Kanały gruszkowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość przekroju
(h =125b) oznaczone jako GR (GR 14 x 175 m 16 x 20 m 18 x 225 m 20 x 25 m i
większe o wielokrotności 05 m)
Rys 917 Geometria kanałoacutew gruszkowych (GR)
KANALIZACJA I
99
5 Kanały dzwonowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość
przekroju (h =085b) oznaczone jako DZ (DZ 14 x 119 m 16 x 136 m 18 x 153 m 20
x 170 m i większe o wielokrotności 05 m)
Rys 918 Geometria kanałoacutew dzwonowych (DZ)
Kanały dzwonowe ze względu na małą wysokość przekroju h lt b znajdują
zastosowanie wszędzie tam gdzie nie ma wystarczającej wysokości bądź przykrycia terenem
czy też przy występujących kolizjach z istniejącym uzbrojeniem Geometria sklepienia
kanałoacutew DZ - jak kanałoacutew GR
UWAGA Zgodnie z Ustawą z 12 września 2002 r o normalizacji (Dz U Nr 169 poz 1386)
stosowanie Polskich Norm jest bdquodobrowolnerdquo Jednak unifikacja geometrii kanałoacutew jest
niezbędna ze względoacutew praktycznych (budowy napraw konserwacji czy przyszłościowej
wymiany) Odniesienie do problemoacutew prawnych jest omoacutewione w rozdz 1 i 10 w [1 2]
W uzasadnionych przypadkach (np napraw istniejących kanałoacutew) dopuszczalne jest
stosowanie innych nietypowych kształtoacutew i wymiaroacutew kanałoacutew jako poza normowych
podanych dla przykładu na rysunkach 919divide923
Przekroacutej eliptyczny
Rys 919 Geometria kanałoacutew eliptycznych (h = 067b)
Przekroacutej kołowo-troacutejkątny
Rys 920 Geometria kanałoacutew kołowo-troacutejkątnych
Przekroacutej prostokątny
Rys 921 Geometria kanałoacutew prostokątnych
KANALIZACJA I
100
Przekroacutej pięciokątny (tzw bdquofuumlnfeckrdquo)
Rys 922 Geometria kanałoacutew pięciokątnych
Przekroacutej kołowy z kinetą ściekową (tzw bdquoLindleyrsquoardquo)
Rys 923 Geometria kanałoacutew kołowych z kinetą ściekową
Złożone przekroje kanałoacutew nie mają na ogoacuteł opracowanych charakterystyk przepływu -
h = f(Q) woacutewczas należy je wyznaczyć doświadczalnie lub analitycznie opierając się na
podanych już roacutewnaniach ruchu np
AQ oraz 21321 iR
nh przy UARh
Rys 924 Przykładowa charakterystyka przepływu h = f(Q) złożonego przekroju kanału
96 PRZEPEŁNIANIE SIĘ KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Przepełnianie się kanałoacutew grawitacyjnych i praca pod ciśnieniem jest problemem
eksploatacyjnym zwłaszcza w systemach kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej
podczas występowania deszczu o rzadszej powtarzalności niż częstość (C) przyjęta do
zwymiarowania kanałoacutew Woacutewczas kanały zaczynają działać z większym niż projektowane
wypełnienie (- dla strumienia Q(C)) następnie z całkowitym wypełnieniem i w końcu pod
ciśnieniem (przy Qmax) W efekcie prowadzić to może do wylewania się ściekoacutew z kanałoacutew w
tzw punktach krytycznych sieci tj np w piwnicach czy w najniżej położonych ulicznych
wpustach deszczowych podwoacuterzowych itp
Na profilu kanału wg rysunku 925 maksymalny spadek linii ciśnienia (Jmax) jest
ograniczony przez punkt krytyczny - przecięcie się linii ciśnienia z powierzchnią terenu
Wartości spadku Jmax odpowiada maksymalny strumień przepływu Qmax - zgodnie z wzorem
Manninga (99) w połączeniu z roacutewnaniem ciągłości ruchu
21
max
32
max 1
JRn
AQ h (962)
gdzie
A - powierzchnia przekroju poprzecznego kanału przy całkowitym wypełnieniu m2
KANALIZACJA I
101
Rh - promień hydrauliczny przy całkowitym wypełnieniu m
J = Jmax ndash maksymalny spadek linii ciśnienia (energii) -
Rys 925 Przebieg linii ciśnienia (ilcmax equiv Jmax) wzdłuż trasy kanału grawitacyjnego podczas działania
pod ciśnieniem dla Qmax (skreślenia oznaczają nieaktywność parametroacutew Qn i hn dla spadku dna ik)
Woacutewczas spadek linii ciśnienia Jmax jest większy od spadku dna kanału ik Większy
strumień deszczu niż Qmax nie zmieści się już w kanale pozostanie więc na powierzchni
terenu jako nieodebrany - rozlewając się po powierzchni i niewiele podnosząc spiętrzone w
kanale (studzience) zwierciadło ściekoacutew Stąd na podstawie (962) możemy napisać
maxmax JaQ (963)
przy czym constRn
Aa h 321 oraz idem
l
HHJ
min
max - wg rys 925
Strumień objętości Q przy całkowitym wypełnieniu kanału o spadku dna ik wynosi
kiaQ (964)
Oznaczając ik =l
H (wg rys 925) stąd stosunek strumieni
1minminmaxmax
H
H
H
HH
ia
Ja
Q
Q
k
(965)
Oznaczając sH
Hmin otrzymamy 1max s
Q
Q a stąd 1max sQQ więc
Qmax gt Q ponieważ 1s gt 1
Wynika stąd że strumień Qmax ograniczony jest zagłębieniem kanału Hmin - w punkcie
krytycznym (rys 925) Im większa będzie wartość Hmin tym większa jest wartość 1s i
tym większy będzie strumień Qmax
Z powyższej analizy wynika że kanały mają w sobie pewną rezerwę przepustowości
ktoacutera może być wykorzystywana w przypadku pojawienia się większego strumienia
przepływu niż obliczeniowy - przyjęty do wymiarowania kanału Q(C) Jednak po
przeanalizowaniu oddziaływania spiętrzonych ściekoacutew w danym kanale (np kolektorze) na
warunki odbioru ściekoacutew w kanałach bocznych (zbieraczach) powyższy wniosek nie musi
odnosić się do całej sieci
Praca kolektoroacutew kanalizacyjnych pod ciśnieniem powoduje wzrost ich przepustowości
ale jednocześnie wywołuje podtapianie kanałoacutew bocznych (zbierających roacutewnież ścieki
opadowe) mogąc przyczynić się z kolei do obniżenia ich przepustowości hydraulicznej Wg
rysunku 926 rozpatrzono 3 przypadki relacji spadkoacutew linii ciśnienia w kanałach bocznych
względem spadku dna tych kanałoacutew wymuszone przez roacuteżne poziomy ściekoacutew w kolektorze
(analogia do hydraulicznych naczyń połączonych)
KANALIZACJA I
102
Rys 926 Trzy przypadki wpływu wysokości ciśnienia w kolektorze
na działanie kanałoacutew bocznych o spadku dna ik (b)
Analiza zjawisk
1 Przypadek - przepływ w kolektorze ze swobodnym zwierciadłem dla spadku linii
ciśnienia w kanale bocznym ilc equiv Jb = Jbmax gt ik(b) woacutewczas
Qbmax gt Qb(C)
2 Przypadek - przepływ w kolektorze pod ciśnieniem dla spadku linii ciśnienia w kanale
bocznym Jb = ik(b)
Qb = Qb(C)
3 Przypadek - przepływ w kolektorze pod znacznym ciśnieniem dla spadku linii ciśnienia
w kanale bocznym Jb lt ik(b)
Qb lt Qb(C)
Z rysunku 926 wynika że kolektor podtopiony do poziomu w 3-cim przypadku wywoła
spadek linii ciśnienia Jb w kanale bocznym mniejszy od spadku dna kanału bocznego ik(b) i
woacutewczas strumień przepływu pod ciśnieniem Qb w tym kanale będzie mniejszy niż jego
strumień obliczeniowy Qb(C) Wystąpi więc dławienie przepływu i spadek przepustowości
kanału bocznego - brak odbioru ściekoacutew w studzience na jego początku Przy roacuteżnicach
rzędnych studzienek ścieki mogą nawet wylewać się z kolektora na powierzchnię terenu
poprzez kanał boczny
W Polsce sformułowano jako zasadę ndash już nieaktualną iż
o kolektory powinny być wymiarowane na większy strumień przepływu tj na większą
wartość częstości deszczu C np C = 2 lata - dla kanalizacji deszczowej czy C = 5 lat
ndash w kanalizacji ogoacutelnospławnej (w płaskim terenie - tab 71) a
o kanały boczne (zbieracze) na mniejszy strumień tj na mniejszą wartość częstości
deszczu np C = 1 rok - dla kanalizacji deszczowej czy C = 2 lata - w kanalizacji
ogoacutelnospławnej (w przypadku płaskiego terenu - tab 71)
Powyższą zasadę uzasadniano ekonomicznie tym że jednostkowy koszt budowy
kolektoroacutew jest znacznie większy ale dotyczy mniejszej długości w sieci w poroacutewnaniu z
kosztem budowy kanałoacutew bocznych o zdecydowanie większej sumarycznej długości
UWAGA Zasada ta straciła swą aktualność w świetle normy PN - EN 752 - ujednolicenia
częstości deszczy dla kolektoroacutew i kanałoacutew bocznych
KANALIZACJA I
103
10 ZASADY PROJEKTOWANIA BUDOWY I EKSPLOATACJI SIECI
KANALIZACYJNYCH
101 UKŁADY SIECI KANALIZACYJNYCH
Topologia (układ) sieci kolektoroacutew i kanałoacutew bocznych zależy głoacutewnie od
konfiguracji terenu (spadkoacutew podłużnych i poprzecznych) względem odbiornika
układu geometrycznego ciągoacutew komunikacyjnych (pieszo-jezdnych)
zabudowy terenu
Ogoacutelną zasadą jest lokalizowanie - ze względoacutew hydraulicznych
kanałoacutew głoacutewnych (kolektoroacutew) na kierunkach najmniejszych spadkoacutew
powierzchni terenu
kanałoacutew bocznych (zbieraczy) na kierunkach największych spadkoacutew powierzchni
terenu tj w miarę prostopadle do warstwic terenu
przykanalikoacutew w miarę prostopadle do zbieraczy i kolektoroacutew
W konkretnych warunkach terenowych układ sieci kanalizacji grawitacyjnej zaroacutewno
ogoacutelnospławnej rozdzielczej czy poacutełrozdzielczej może być zrealizowany w oparciu o
poniższe schematy ideowe - ogoacutelnomiejskie (w skali całego miasta) bądź lokalne
1011 UKŁADY OGOacuteLNOMIEJSKIE
I Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacyjnych
II Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacyjnych z kolektorem zbiorczym
III Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacyjnych
IV Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacyjnych z kanałami odciążającymi
Rys 101 Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej
Rys 102 Układ poprzeczny kanalizacji grawitacyjnej - z kolektorem zbiorczym
KANALIZACJA I
104
Rys 103 Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej
Rys 104 Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej - z kanałami odciążającymi
1012 UKŁADY LOKALNE
V Układ promienisty
VI Układ pierścieniowy
VII Układy strefowe
Rys 105 Układ promienisty kanalizacji grawitacyjnej ndash w kotlinie
Rys 106 Układ pierścieniowy kanalizacji grawitacyjnej ndash na wzgoacuterzu
KANALIZACJA I
105
a) b)
Rys 107 Układy strefowe kanalizacji grawitacyjno-pompowej
a) z wododziałem b) w niecce terenowej
Na wyboacuter układu systemu kanalizacyjnego - w danych warunkach terenowych wpływ
mają także inne czynniki [1 2]
102 PROJEKTOWANIE TRAS KANAŁOacuteW
1021 SYTUOWANIE KANAŁOacuteW W PLANIE
Położenie sytuacyjne osi przewodoacutew kanalizacyjnych (podobnie jak wodociągowych
ciepłowniczych gazowych itp) powinno być roacutewnoległe względem
osi ulic (krawężnikoacutew chodnikoacutew)
linii rozgraniczających zabudowy
istniejącego zbrojenia podziemnego
W szerokich ciągach komunikacyjnych (pieszo-jezdnych) ndash o szerokości
przekraczającej 30 m i obustronnej zabudowie należy projektować dwa roacutewnoległe kanały
bytowo-gospodarcze Liczba i układ kanałoacutew deszczowych zależy od warunkoacutew
miejscowych Uzyskamy woacutewczas ciągi kanałoacutew o stosunkowo płytkim posadowieniu o
mniejszych średnicach i mniejszych kosztach budowy (mniej kolizji z istniejącym
uzbrojeniem)
Wymagane odległości projektowanych kanałoacutew od istniejącego uzbrojenia
podziemnego i nadziemnego terenu regulowane są odpowiednimi przepisami miejscowymi
(np powiatowymi czy wojewoacutedzkimi) ustalanymi w Zespołach Uzgadniania Dokumentacji
Projektowych (ZUDP) Przykładowo we Wrocławiu minimalna odległość zewnętrznego
obrysu kanału od
krawężnika - wynosi 20 m (wg [] 12 m)
budynku mieszkalnego 50 m (wg [] 40 m)
toroacutew kolejowych 50 m (wg [] od skrajnej szyny torowiska)
autostrad 50 m
drzew krzewoacutew 10 m (wg [] 20 m)
drenażu podziemnego 20 m
przewodu ciepłowniczego 30 m (wg [] 12divide14 m w zależności od średnicy)
przewodu wodociągowego 20 m (wg [] 12divide17 m w zależności od średnicy)
kabli energetycznych i telekomunikacyjnych 20 m
wg [] Warunki techniczne wykonania i odbioru sieci kanalizacyjnych Wydawnictwo COBRTI
INSTAL Warszawa 2003
KANALIZACJA I
106
Zmiany kierunkoacutew tras kanałoacutew
Kanały nieprzełazowe - o wysokości przekroju H = D lt 10 m należy układać
odcinkami prostymi pomiędzy studzienkami rewizyjnymi (inspekcyjnymi) Każda zmiana
kierunku trasy musi odbywać się więc w studzience
Rys 108 Trasowanie kanałoacutew o wysokościach H = D lt 10 m - w łukach droacuteg
Kanały przełazowe - o wysokości przekroju H = D 10 m można budować w łukach
o łagodnych krzywiznach o promieniu R przy czym Rmin ge 5b gdzie b = D - szerokość
kanału w tzw pachach oraz Rmin ge 50 m Na początku i końcu łuku właściwe jest
lokalizowanie studzienek rewizyjnych aby umożliwić wejście i czyszczenie takiego odcinka
Rys 109 Trasowanie kanałoacutew o wysokościach przekroju H = D 10 m - w łukach droacuteg
Łączenie kanałoacutew
Łączenie tras kanałoacutew powinno odbywać się w studzienkach tzw połączeniowych pod
kątem 90 do kierunku przepływu ściekoacutew (rys 1010)
Rys 1010 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew dla tras pod kątem 90
Gdy z układu tras łączonych kanałoacutew wychodzi kąt ostry 90 należy zastosować
dodatkową studzienkę rewizyjną - wg rys 1011
Rys 1011 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew dla tras pod kątem 90
Kanały nieprzełazowe (H lt 10 m) łączymy w studzienkach połączeniowych (o
przekroju kołowym) a kanały przełazowe (H 10 m) w komorach połączeniowych -
najczęściej o przekroju wieloboku
KANALIZACJA I
107
a) b)
Rys 1012 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew
A) nieprzełazowych - w studzienkach połączeniowych (StP) ndash studzienka kołowa
B) przełazowych - w komorach połączeniowych (KP) - wielobok foremny
1022 WYSOKOŚCIOWE SYTUOWANIE KANAŁOacuteW
Ogoacutelną zasadą jest układanie kanałoacutew możliwie jak najpłycej względem powierzchni
terenu (najmniejsze koszty budowy) Jednakże zagłębienie kanału determinowane jest przez
minimalne zagłębienie kanału Zmin umożliwiające grawitacyjny dopływ ściekoacutew tzw
przykanalikami - z budynkoacutew wpustoacutew ulicznych podwoacuterzowych itp
strefę przemarzania gruntu Hz stąd wynika minimalne przykrycie kanału Hmin gt Hz
spadki i ukształtowanie terenu po trasie kanału
inne czynniki jak np kolizje z istniejącym uzbrojeniem podziemnym (rys 1013)
Rys 1013 Przykładowy profil kanału grawitacyjnego
Rys 1014 Podział Polski na strefy głębokości przemarzania gruntu (HZ) wg PN-81B-03020
O niezbędnym przegłębieniu kanałoacutew ulicznych decydują najczęściej tzw punkty
krytyczne sieci tj najniżej zlokalizowane wpusty uliczne lub podwoacuterzowe czy też piwniczne
UWAGA Należy zwroacutecić uwagę na cechy wytrzymałościowe stosowanych rur
kanalizacyjnych oraz warunki ich zabudowy - wynikające z obciążeń statycznych - naziomem
gruntu i obciążeń dynamicznych - z ruchu pojazdoacutew
Minimalne zagłębienia przykanalikoacutew i kanałoacutew Zmin
Minimalne przykrycie przykanalikakanału deszczowego (Hmin gt HZ) przyjmuje się
najczęściej od 10 do 16 m w zależności od rejonu Polski - strefy przemarzania gruntu (wg
rys 1014) - z zapasem minimum 02 m Zasadniczo przykanaliki i kanały ściekowe powinny
być układane głębiej
Hmin ge Hz + (02divide04) m
KANALIZACJA I
108
Minimalne zagłębienie przykanalikakanału (Zmin) zależy od jego średnicy Dla
przykanalika ściekowego o np D = 020 m woacutewczas Zmin(02) ]02 41[ m - w zależności od
strefy przemarzania - z zapasem minimum 04 m Gdy zagłębienie kanału na jego trasie jest
mniejsze niż Zmin woacutewczas należy go docieplić materiałem o małym wspoacutełczynniku
przewodzenia ciepła np keramzytem lub nasypem ziemnym ndash wg schematoacutew w [1 2]
Maksymalne zagłębienia kanałoacutew Zmax
Najczęściej przyjmuje się obecnie Zmax le 60 m ppt (wg WTP z 1965 r Zmax [6 8]
m ppt) Gdy Z gt Zmax stosuje się pompownie strefowe lub bdquogoacuterniczerdquo metody budowy
kanałoacutew tj tzw wiercenia bdquopoziomerdquo lub przeciski (rys 1016)
Rys 1016 Sposoby pokonywania wzniesień na trasie kanału
Obliczenia niezbędnego zagłębienia kanałoacutew ulicznych
W przeciętnych warunkach terenowych miast jako niezbędne (i zarazem minimalne)
zagłębienie kanałoacutew ulicznych przyjmuje się na ogoacuteł
Z [18 23] m ppt - w kanalizacji deszczowej
Z [23 28] m ppt - w kanalizacji bytowo-gospodarczej i przemysłowej
Z [25 30] m ppt - w kanalizacji ogoacutelnospławnej
Takie zagłębienia kanałoacutew umożliwiają min
prawidłowe podłączenie przykanalikoacutew i kanałoacutew bocznych - zbieraczy
nie powodują na ogoacuteł kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym terenu np z
przewodami wodociągowymi Z [15 18] m ppt
Szczegoacutełowo niezbędne zagłębienie kanałoacutew ustalić można na podstawie obliczeń
według poniższych schematoacutew (w zależności od rodzaju kanalizacji)
Kanalizacja ściekowa - schemat obliczeniowy
Rt Rt
Ru
Z2 Z3 Z1
l2
l3
l1
h
h = i l1 1
d p1
p1
pp = 000
i2i1
g1
Rys 1017 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału ściekowego alternatywnie
wariant z 2 kanałami (o zagłębieniu Z1 i Z2) i wariant z jednym kanałem (o Z3)
Wzoacuter wyjściowy na niezbędne zagłębienie kanałoacutew
Z = g + p + dp + il + h ndash (Rt ndash Ru) (101)
gdzie
g - zagłębienie posadzki piwnicy względem rzędnej terenu przy budynku Rt m
KANALIZACJA I
109
p - położenie przykanalika względem fundamentu (pmin = 05 m dla kamionki i 03 m dla
żeliwa) m
dp - średnica przykanalika (dp min = 015 m) m
i - spadek dna przykanalika (imin = 15permil dla dp = 015 m i imin = 10permil dla dp = 020 m)
h - wypełnienie w kanale ulicznym (najczęściej przyjmuje się h = 05d) m
Ru - rzędna osi ulicy (ewentualnie rzędna terenu nad kanałem) m npm
Rt - rzędna terenu przy budynku (ewentualnie poziom progu - pp = 000 m npm)
Kanalizacja deszczowa - schemat obliczeniowy
Z = H + dp + il + h ndash (Rt ndash Ru) (102)
Rys 1018 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału deszczowego
Kanalizacja ogoacutelnospławna - schemat obliczeniowy
Rys 1019 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału ogoacutelnospławnego h - wypełnienie w
kanale (do tzw pach przekroju jajowego) Zp - zamknięcie przeciwcofkowe
Do obliczeń zagłębienia kanału ogoacutelnospławnego stosujemy wzory (101) lub (102)
1023 WYBOacuteR SPADKOacuteW DNA KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych (ik) powinny być dostosowane do spadku terenu
(it) ale jednocześnie muszą spełniać warunek hydrauliczny ikmin le ik le ikmax [1 2]
I przypadek gdy minkt ii - spadek terenu jest mniejszy od minimalnego spadku dna kanału
woacutewczas na trasie występuje systematyczny wzrost zagłębienia kanału od Zmin do Zmax
Rys 1020 Racjonalny spadek dna kanału w terenie płaskim ik = ik min
KANALIZACJA I
110
II przypadek gdy maxmin ktk iii - kanał roacutewnoległy do terenu tj ik = it woacutewczas
zagłębienie kanału na jego trasie jest niezmienne i wynosi np Zmin
Rys 1021 Racjonalny spadek dna kanału w terenie pochyłym
zgodnym z kierunkiem przepływu ściekoacutew ik = it
III przypadek gdy maxkt ii
Rys 1022 Racjonalny spadek dna kanału w stromym terenie ik = ik
1024 SPOSOBY POŁĄCZEŃ KANAŁOacuteW
Mamy do dyspozycji 4 sposoby połączeń kanałoacutew przy wzroście wymiaroacutew (średnic
bądź wysokości przekroju) kanałoacutew mianowicie poprzez
a) wyroacutewnanie den kanałoacutew - tanie w budowie jednak hydraulicznie nie poprawne
b) wyroacutewnanie sklepień - drogie w budowie (zagłębienie) poprawne hydraulicznie
c) wyroacutewnanie osi ndash trudne w budowie poprawne hydraulicznie
d) wyroacutewnanie zwierciadeł ściekoacutew - trudne w budowie hydraulicznie właściwe
Ad a) 0h
Rys 1023 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu den
Ad b) 12 ddh
Rys 1024 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu sklepień
KANALIZACJA I
111
Ad c) 2
12 ddh
Rys 1025 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu osi kanałoacutew
Ad d) 12 hhh 21 hhh
Rys 1026 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu zwierciadeł ściekoacutew
Przykłady sposoboacutew łączenia kanału bocznego (zbieracza) z kolektorem bądź
przykanalika z kanałem bocznym podano na schematach wg [1 2]
Rys 1027 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem o przekroju kołowym - przy
wyroacutewnaniu sklepień
Rys 1028 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem o przekroju jajowym - przy
wyroacutewnaniu sklepień
Rys 1029 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem (widok z goacutery)
KANALIZACJA I
112
W sieciach kanalizacyjnych nie dopuszcza się do zmniejszenia przekroju kanału na jego
trasie - niezależnie od wypełnień w kanałach Przykład takiej potencjalnej możliwości -
sytuacji podano na rysunku 1030 [2]
Rys 1030 Sytuacja terenowa stwarzająca potencjalną możliwość zmniejszenia przekroju
kanału na dolnym odcinku (przyjmujemy jednak d1 = d2)
Dolny (drugi) odcinek kanału o bardzo dużym spadku dna przy danym strumieniu
objętości wymaga hydraulicznie mniejszej średnicy kanału (d2) w poroacutewnaniu do średnicy
(d1) - na goacuternym (pierwszym) odcinku kanału - o małym spadku dna przyjmujemy jednak d1
= d2 - ze względoacutew praktycznych np nie zatykania się kanałoacutew ściekowych Woacutewczas
wypełnienie kanału dolnego (h2) będzie mniejsze niż goacuternego (h1)
Przypadek odwrotny do sytuacji podanej na rys 1030 - niekorzystne hydraulicznie
połączenie kanałoacutew o roacuteżnych spadkach dna i terenu zobrazowano na rysunku 1031
Woacutewczas h2 gt h1 oraz d2 gt d1
Rys 1031 Niekorzystny przypadek połączenia kanałoacutew (d2 gt d1) - występuje
cofka piętrząca i praca goacuternego odcinka kanału pod ciśnieniem
1025 RODZAJE I DOBOacuteR STUDZIENEK KANALIZACYJNYCH
Rozstaw włazowych studzienek kanalizacyjnych na kanałach nieprzełazowych - o
wysokości przekroju kanału H lt 10 m i przełazowych - do H lt 14 m nie powinien być
większy niż
50divide75 m wg zaleceń [1]
60divide80 m wg zaleceń []
Natomiast dla kanałoacutew przełazowych o H 14 m
75divide120 m wg [1]
80divide120 m wg [] wg [] Warunki techniczne wykonania i odbioru sieci kanalizacyjnych Wydawnictwo COBRTI
INSTAL Warszawa 2003
Każda zmiana spadku na trasie kanału grawitacyjnego musi rozpoczynać się i kończyć
w studzience kanalizacyjnej podobnie jak i zmiana przekroju kanału czy wysokości dna
kanału na odpływie czy zmiana trasy kanału - dla średnic lt 10 m
Polska norma (branżowa - budowlana) PN-B-10729 z 1999 r zalecała minimalne
średnice betonowych (tzw włazowych) studzienek kanalizacyjnych jako
Dmin = 10 m - dla kanałoacutew o średnicach D le 03 m
Dmin = 12 m - dla kanałoacutew o średnicach D = 04divide06 m
Dmin = 14 m - dla kanałoacutew o średnicach do D = 08 m
Dmin = 16 m - dla kanałoacutew o średnicach powyżej D gt 08 m
KANALIZACJA I
113
Podobne zalecenia w tym zakresie wynikają z aktualnej normy PN-EN 19172004
Zgodnie z Ustawą z 2002 roku o normalizacji norma nie jest aktem prawnym Tak więc
unormowane wartości są jedynie wskazoacutewkami - zalecanymi jednak do stosowania
UWAGA Klasyczne betonowe studzienki kanalizacyjne jak wykazała praktyka sprawdzają
się w warunkach występowania naprężeń dynamicznych i są niewrażliwe na wyparcie przez
wodę ze względu na swoacutej ciężar
Przykładowe ndash klasyczne konstrukcje betonowych włazowych studzienek rewizyjnych
(tzw inspekcyjnych) i połączeniowych przedstawiono na rysunkach 1032 1033 i 1034 [2]
Rys 1032 Betonowa studzienka rewizyjna o głębokości lt 30 m ndash zlokalizowana w jezdni (1- właz
żeliwny 2- płyta pokrywowa z pierścieniem podporowym 3 - krąg studzienny komina złazowego 4 -
krąg przejściowy 5 - krąg komory roboczej 6 - betonowa kineta ściekowa 7 - krąg fundamentowy
monolityczny 8 - fundament 9 - stopnie złazowe)
Rys 1033 Betonowa studzienka rewizyjna o głębokości lt 30 m ndash zlokalizowana w trawniku
(1- właz żeliwny 2- płyta pokrywowa 3 i 4 - kręgi studzienne 5 - fundament 6- stopnie złazowe)
KANALIZACJA I
114
Rys 1034 Betonowa studzienka połączeniowa o głębokości gt 30 m (w przypadku lokalizacji w
jezdni niezbędne jest oparcie płyty pokrywowej z włazem na pierścieniu podporowym wg rys 1032)
UWAGA Obecnie dopuszcza się do stosowania tzw nie włazowe studzienki kanalizacyjne
(zaroacutewno rewizyjne ndash przelotowe jak i połączeniowe) tj o małych średnicach szybu studni
rzędu 03divide06 m wykonanych z tworzyw sztucznych Jednak stosowanie takich studzienek
ograniczone jest do małych średnic kanałoacutew (015divide03 m) płytko ułożonych
Studzienki kaskadowe i komory kaskadowe służą do pokonywania roacuteżnic wysokości
przy zmianach zagłębień kanałoacutew Studzienki kaskadowe stosowane są zazwyczaj dla małych
średnic kanałoacutew (mała energia kinetyczna strumienia ściekoacutew) Przykładowo dla kanałoacutew
bytowo-gospodarczych należy stosować studzienki kaskadowe z dodatkowym pionowym
bądź ukośnym przewodem spadowym (o mniejszej średnicy) na zewnątrz studzienki
Roacuteżnica poziomoacutew den kanałoacutew (Hmax) przy takiej konstrukcji studzienek kaskadowych nie
powinna przekraczać 4 m (rys 1035 i 1036)
Rys 1035 Schemat studzienki kaskadowej dla kanałoacutew ściekowych o d 04 m
KANALIZACJA I
115
Rys 1036 Przykład połączeniowej studzienki kaskadowej
W kanalizacji deszczowej dla małych spadoacutew (Hmax le 06 m) i średnic kanałoacutew (d le 06
m) stosowane są pionowe studzienki kaskadowe ewentualnie z obniżeniem dna - tworzącym
tzw poduszkę wodną do tłumienia energii spadającego swobodnie strumienia ściekoacutew
Rys 1037 Schemat studzienki kaskadowej dla kanałoacutew deszczowych
Komory kaskadowe stosowane są zazwyczaj dla dużych średnicprzekroi kanałoacutew (d gt
06 m) w tym do pokonywania dużych roacuteżnic wysokości zagłębień kanałoacutew Kaskady mają
specjalnie formowaną pochylnię - kinetę spadową (rys 1038) Niszczenie (dławienie)
nadmiaru energii kinetycznej strumienia cieczy poruszającej się po pochylni odbywa się w
zagłębieniu dna komory - poniżej dna kanału odpływowego Towarzyszy temu odskok
hydrauliczny zwany odskokiem Bidonersquoa
Rys 1038 Schemat komory kaskadowej dla kanałoacutew o d gt 06 m
Niezbędne zagłębienie progu (p) w dnie komory kaskadowej po wyznaczeniu grubości
tzw poduszki wodnej oblicza się z wzoroacutew na głębokości sprzężone Następnie oblicza się
długość komory (L) z wzoru
)( ee HHHL 33032 (103)
gdzie
He - wysokość energii rozporządzalnej w goacuternym kanale He = hg + υ22g m
H - roacuteżnica rzędnych dna kanałoacutew goacuternego i dolnego (wysokość spadu) m
hg - wypełnienie normalne w goacuternym kanale m
υ - średnia prędkość przepływu w goacuternym kanale ms
Obliczenia wspoacutełrzędnych (x y) kształtu krzywizny pochylni wykonuje się zadając
wartości y i wyliczając x z roacutewnania
HyLx 2 (104)
KANALIZACJA I
116
103 PROJEKTOWANIE SYFONOacuteW KANALIZACYJNYCH
Syfony kanalizacyjne służą do pokonywania przeszkoacuted terenowych takich jak koryta
rzeczne niecki czy kolidujące z trasą kanału podziemne obiekty pod tymi przeszkodami
Rys 1039 Przykład syfonu pod dnem rzeki (1- komora rozdzielcza na dopływie
2- przewoacuted płuczący 3 - komora połączeniowa na odpływie)
Przepływ w syfonie złożonym z jednego lub z kilku przewodoacutew odbywa się pod
ciśnieniem ze stratą energii sh - na pokonanie oporoacutew liniowych i miejscowych
Rys 1040 Schemat działania syfonu pod dnem rzeki
Ze względu na występujące wytrącanie się i odkładanie osadoacutew należy przewidzieć
możliwość płukania i czyszczenia (mechanicznego lub hydrodynamicznego) przewodoacutew
syfonowych zwłaszcza odcinkoacutew wznoszących się Celowa jest więc budowa przed syfonami
(na kierunku napływu ściekoacutew) studzienki jako piaskownika oraz studzienki (na wylocie z
syfonu) umożliwiającej płukanie i zbieranie popłuczyn Ogoacutelnie syfony kanalizacyjne są w
praktyce wysoce awaryjne - wymagają częstego czyszczenia
Prędkość przepływu ściekoacutew w przewodach syfonowych - przy minimalnych
przepływach powinna być większa od prędkości samooczyszczania [1 2]
09 ms w kanalizacji rozdzielczej (przy przepływach nocnych ściekoacutew pogody
bezdeszczowej - nie mniej niż 07 ms)
12 ms w kanalizacji ogoacutelnospławnej
Z drugiej strony prędkość przepływu nie powinna być zbyt duża gdyż prowadzi do
dużych wartości strat hydraulicznych (Δhs) i w konsekwencji do dużych niezbędnych roacuteżnic
den kanałoacutew na wlocie i wylocie z syfonu
W kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej stosuje się najczęściej kilka przewodoacutew
syfonowych o roacuteżnych średnicach i o wlotach na roacuteżnych poziomach włączających się do
pracy kolejno w miarę zwiększania się strumienia dopływających ściekoacutew pogody
deszczowej ndash schematy podano w [1 2] Minimalna średnica syfonu to 015 m Stosuje się
tutaj najczęściej rury żeliwne stalowe czy żelbetowe Obecnie coraz częściej roacutewnież
wzmocnione tworzywa sztuczne
Obliczenia hydrauliczne syfonoacutew sprowadzają się do
doboru średnic przewodoacutew syfonowych (ds) ze względu na prędkość przepływu υs
KANALIZACJA I
117
określenia strat hydraulicznych w syfonie (Δhs) tj roacuteżnicy zwierciadeł ściekoacutew w
studzienkach 1 i 2 (lub roacuteżnicy rzędnych dna kanałoacutew dopływowego i odpływowego)
Rys 1042 Schemat do obliczeń hydraulicznych syfonu
gd
lh s
s
s
i
is2
)(2
(105)
gdzie
ξi - wspoacutełczynniki strat miejscowych na wlocie i zmianach kierunkoacutew - łuki 1 i 2
- wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych na długości odcinkoacutew l1 l2 i l3 - z wzoru Colebrooka
- Whitersquoa lub z formuły Chezy-Manninga (dla strefy oporoacutew kwadratowych)
= 8g n2 (ds4)13 (106)
s - wspoacutełczynnik energii kinetycznej roacutewny wspoacutełczynnikowi strat wylotowych
s = 1 + 293 ndash 155 32 (107)
Gdy występuje kilka rur syfonowych np 3 o roacuteżnych średnicach di
woacutewczas
2QKh zs (108)
przy czym
2
1
1
i
z
K
K (109)
oraz
Ki = Kli + Kmi = Ci il + SKi ( i ) (1010)
Wielkości poszukiwane
i
s
iK
hQ
(1011)
stąd
)(42
iii dQ (1012)
gdzie
Kz - zastępczy wspoacutełczynnik oporności układu roacutewnolegle połączonych przewodoacutew
syfonowych s2m5
Ki - wspoacutełczynnik oporności przewodu syfonowego o średnicy di
Kli - wspoacutełczynnik oporności liniowej przewodu di o długości Σ li
Kmi - wspoacutełczynnik oporności miejscowej Σ ξi przewodu di
Ci - wspoacutełczynnik oporności właściwej przewodu di (do strat liniowych) s2m6
KANALIZACJA I
118
iii
i
i ddg
C
5
52082660
18 (1013)
SKi - wspoacutełczynnik oporności przewodu di (do strat miejscowych) s2m5
SKi = 4
082660
id (1014)
Ogoacutelnie
2QlChl (1015)
2QSh iKm (1016)
Wartości wspoacutełczynnikoacutew C (dla wg 106) oraz SK dla przewodoacutew żeliwnych i
stalowych o średnicy d i wspoacutełczynniku szorstkości n = 0012 sm13 (k asymp 10 mm) podano w
tabeli 101
Tab 101 Wartości wspoacutełczynnikoacutew do wymiarowania przewodoacutew syfonowych dla n = 0012 sm13 Parametr Wartości wspoacutełczynnikoacutew dla średnic przewodoacutew
d [m] 010 015 020 025 030 040 050 060 080 100
[-] 00386 00337 00306 00285 00268 00243 00226 00213 00193 00179
C [s2m-6] 3191 3671 7916 2408 09108 01964 005974 002260 0004872 0001595
SK [s2m-5] 8266 1633 5166 2116 1020 3229 1323 06378 02018 008266
104 PROJEKTOWANIE POMPOWNI SIECIOWYCH
1041 WYMIAROWANIE STUDNI ZBIORCZYCH POMPOWNI ŚCIEKOacuteW
W niekonwencjonalnych (ciśnieniowych) systemach kanalizacji ściekowej stosuje się
obecnie przepompownie wyposażone w pompy zatapialne instalowane w studniach
zbiorczych Klasyczne konstrukcje przepompowni (z tzw mokrą komorą czerpną i suchą
komorą pompową) stosuje się nadal w dużych grawitacyjno-pompowych systemach
kanalizacji rozdzielczej (ściekowej) czy ogoacutelnospławnej gdzie pełnią funkcję pośrednich
pompowni ściekoacutew [2]
O kosztach pompowania ściekoacutew decydują koszty inwestycyjne i eksploatacyjne
Istotną częścią kosztoacutew inwestycyjnych jest koszt wykonania studnikomory zbiorczej
pompowni ktoacutery zależy od jej niezbędnej objętości retencyjnej Natomiast w kosztach
eksploatacyjnych najistotniejszy jest koszt energii elektrycznej potrzebnej do
przepompowania określonego strumienia ściekoacutew (Q H) ktoacutery zależy też od sprawności
dobranych pomp
Do określenia wymaganych wymiaroacutew studni zbiorczych - komoacuter czerpalnych w
przepompowniach ściekoacutew niezbędne jest obliczenie ich objętości czynnej (Vcz) ktoacutera zależy
od liczby pomp (i) strumienia dopływu ściekoacutew (Q) oraz przyjętej liczby cykli załączeń
pomp w godzinie (1Tmin) Dopuszczalną liczbę załączeń silnika elektrycznego pompy w
godzinie należy przyjmować według zaleceń producenta pomp Jeżeli nie ma takich danych
można kierować się minimalnym czasem trwania jednego cyklu pracy pompy (Tmin)
przykładowo podanych w tabeli 102
Tab 102 Zalecane czasy minimalnych cykli pracy pomp
w zależności od mocy silnikoacutew napędowych Moc znamionowa
silnika [kW]
Czas Tmin
[min]
0 - 11 50
14 - 22 65
25 - 44 80
48 - 74 100
110 - 147 130
KANALIZACJA I
119
Dla jednej czynnej pompy maksymalna dopuszczalna liczba załączeń w godzinie
występuje wtedy gdy przez połowę cyklu pompa pracuje a przez drugą połowę jest
wyłączona [1] Wynika to z analizy wzoroacutew na cykl pracy (T) ktoacutery jest sumą czasu pracy
(ts) i czasu postoju (tp) danej pompy
inin
psQ
V
VttT
(1017)
gdzie
V ndash objętość retencyjna studni zbiorczej pompowni dm3
Qin ndash strumień objętości dopływu ściekoacutew dm3s
Q ndash strumień objętości (wydajność) pompy dm3s
Minimalną objętość czynną studni (Vcz) dla jednej pompy oszacować można z wzoru
4
min QTVcz
(1018)
Dla przepompowni z większą liczbą czynnych pomp (i gt 1) niezbędna objętość studni
zbiorczej zależy nie tylko od wydajności pracujących pomp (Q) i liczby dopuszczalnych cykli
włączeń silnika napędowego pomp (1Tmin) ale także od charakterystyki hydraulicznej sieci
kanalizacyjnej oraz od kolejności załączania i wyłączania pomp po osiągnięciu określonego
poziomu ściekoacutew w studni Przykładowo dla 4 czynnych pomp włączenie do pracy drugiej
pompy powoduje zwiększenie wydajności pompowni o 455 trzeciej o 251 a czwartej
już tylko o 148 - wg rys 1045
Rys 1045 Zmiany parametroacutew hydraulicznych przepompowni (H Q) i poszczegoacutelnych pomp
(Hi Qi) w zależności od liczby roacutewnocześnie czynnych pomp
Objętość czynna studni zbiorczej zależy w tym przypadku od charakterystyki sieci (strat
hydraulicznych) liczby pracujących pomp i ich charakterystyki przepływu (rys 1046)
Istotny jest przy tym sam kształt charakterystyki hydraulicznej (tzw przepływność) sieci do
ktoacuterej tłoczone są ścieki [2]
1042 ZALECENIA DO DOBORU POMP
Przyjmując liczbę czynnych pomp w przepompowni należy brać pod uwagę wielkość
systemu kanalizacyjnego wartości strumieni Qmax i Qmin nachylenie charakterystyki
przepływu danej pompy H = f(Q) a także sam kształt charakterystyki strat hydraulicznych
danej sieci kanalizacyjnej
Zużycie energii elektrycznej przez pompę w ciągu roku obliczyć można z wzoru
tPE (1019)
gdzie
E ndash roczne zużycie energii elektrycznej kWh
P ndash moc pompy kW
t ndash roczny czas pracy pompy h
Moc na wale pompy wynosi
KANALIZACJA I
120
QHP
(1020)
gdzie
γ ndash ciężar właściwy ściekoacutew Nm3
H ndash wysokość podnoszenia pompy m
Q ndash strumień objętości pompy m3s
η ndash sprawność całkowita pompy -
Roczne zużycie energii E jest proporcjonalne do iloczynu parametroacutew H Q i t Z
uwagi na jej zużycie znaczenie ma kształt charakterystyki hydraulicznej sieci co wykazano
w [2] 1043 ROZMIESZCZENIE POMP ZATAPIALNYCH
Pompy w przepompowniach ściekoacutew powinny być tak rozmieszczone - w hali pomp
(dla tzw pomp suchych) lub zamocowane do dna w komorze pomp (dla pomp zatapialnych)
aby zapewnić niezawodne działanie bezpieczną obsługę i możliwe najkroacutetsze prowadzenie
rurociągoacutew w obiekcie Dla walcowych studni zbiorczych przepompowni ściekoacutew
rozmieszczenie pomp i podstawowe wymiary komoacuter czerpalnych można przyjmować
przykładowo wg wytycznych firmy KSB podanych w [2] i przedstawionych na rys 1049
Rys 1049 Przykład zabudowy pomp KSB w studniach walcowych
Gabaryty komory pompowej powinny zapewniać ciągły ruch ściekoacutew w całej objętości
aby nie dochodziło do zagniwania zanieczyszczeń na jej dnie oraz właściwie zasilać czerpnie
poszczegoacutelnych pomp tj bez zasysania powietrza do kroacutećcoacutew ssących pomp Montaż pomp
wykonać należy wg zaleceń zawartych w DTR producenta urządzeń W przypadku dużych
pompowni ściekoacutew sposoby doprowadzenia ściekoacutew do komory pompowej podano w
podręczniku [2]
105 MATERIAŁY TECHNIKI BUDOWY I RENOWACJI KANAŁOacuteW
1051 MATERIAŁY
Do budowy przewodoacutew i kanałoacutew ściekowych stosowane są
tradycyjne materiały (już nowej generacji) jak np kamionka klinkier żeliwo
sferoidalne (z wewnętrzną wykładziną) beton wodoszczelny czy też bazalt o
przewidywanej żywotności technicznej rzędu 100 lat ale także
nowoczesne materiały tworzywowe jak np polimerobeton (PMB) polietylen
(PE) polichlorek winylu (PVC) utwardzony polichlorek winylu (PVC-U)
KANALIZACJA I
121
polipropylen (PP) polibutylen (PB) czy żywice poliestrowe wzmacniane włoacuteknem
szklanym (GRP) o przewidywanej żywotności co najmniej 50 lat
Materiały tworzywowe powinny być stosowane w uzasadnionych sytuacjach
terenowych np na obszarach oddziaływań goacuterniczych zagrożonych osuwiskami dużego
natężenia ruchu pojazdoacutew itp Przykłady tradycyjnych wyroboacutew stosowanych do budowy
nowych kanałoacutew czy modernizacji istniejących sieci podano na rysunkach [1 2]
Rys 1054 Kształtki rury i elementy kamionkowe (spody i łuski do wykonania kinet ściekowych)
Rys 1055 Rury betonowe o przekroju kołowym a) bez stopki b) ze stopką c) o przekroju jajowym
(1- wpust 2- pioacutero)
50080
512
Wpust uliczny
2 x łuk 45deg
DN 150
Wstawkadł min100mm
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIE
WŁĄCZENIA DO WPUSTU 90deg
50080
512
2 x łuk 45deg
Wpust uliczny
Zamknięcie wodne częściowe
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIE
WŁĄCZENIA DO WPUSTU 90deg
Zamknięcie wodne pełne
Rysunek 1
100
Po
zio
m H
2
Po
zio
m H
1
Rysunek 1a
H1H2
lt
DN 150
Rys 1057 Przykładowe rozwiązania wpustoacutew deszczowych zalecane we Wrocławiu
KANALIZACJA I
122
Wpusty deszczowe - na kanalizacji ogoacutelnospławnej muszą być wyposażone w pełne
zamknięcie wodne na odpływie (z łukiemkolanem skierowanym do goacutery) oraz w osadnik
(o głębokości min 05 m) Przykrycie nad syfonem nie może być mniejsze od 08 m (wg rys
1057 ndash po lewej) Wpusty deszczowe - na kanalizacji deszczowej muszą być wyposażone
w osadnik oraz opcjonalnie w częściowe zamknięcie wodne ndash z łukiemkolanem do goacutery (wg
rys 1057 ndash po prawej)
UWAGA W praktyce stosowanie zamknięć syfonowych na odcinkach droacuteg z płytko
posadowioną kanalizacją deszczową jest trudne do spełnienia ze względu na brak możliwości
zachowania strefy przemarzania gruntu
1052 TECHNIKI BUDOWY I RENOWACJI KANAŁOacuteW
Do złego stanu technicznego kanałoacutew przyczynia się najczęściej słaba jakość materiału
konstrukcyjnego nieprawidłowy transport jak i sam montaż Precyzja wykonania rur
uszczelnienia i rozwiązania konstrukcyjne połączeń mają zasadniczy wpływ na trwałość
eksploatacyjną przewodukanału Przyczyny uszkodzeń kanałoacutew mogą być zaroacutewno fizyczne
jak i chemiczne
czynniki fizyczne to obciążenia zewnętrzne oraz naprężenia wewnętrzne
spowodowane wahaniami temperatury zmianami wilgotności i zmęczeniem
materiału
czynniki chemiczne to głoacutewnie korozja i starzenie się materiału
Powodem tzw odnowy kanałoacutew jest więc najczęściej zły stan techniczny i występujące
awarie systemu Czasem wystarczające jest wyczyszczenie kanału jednak zazwyczaj istnieje
potrzeba punktowej naprawy renowacji lub wymiany całego przewodu Przedsięwzięcia te
mogą być przeprowadzane w sposoacuteb klasyczny - w wykopie otwartym bądź też z
zastosowaniem technologii bezwykopowych
Naprawa kanału jest przeprowadzana gdy występują drobne pojedyncze uszkodzenia
konstrukcji Wśroacuted sposoboacutew punktowych napraw kanałoacutew rozroacuteżnić można chemiczną
stabilizację uszczelnianie połączeń wprowadzanie żywic impregnacja przewodu czy
przywracanie pierwotnego kształtu
Renowacja kanału jest preferowana gdy uszkodzenia są rozległe a średnica przewodu
może ulec nieznacznej redukcji Renowacje dotyczą zwykle dłuższych odcinkoacutew przewodoacutew
Ich celem jest ochrona ścian kanału uszczelnienie alboi wzmocnienie konstrukcji
Pokrywanie wnętrza warstwą izolacyjną służy oddzieleniu materiału konstrukcyjnego od
transportowanego agresywnego medium Alternatywnie gdy stan techniczny kanału tego
wymaga do wnętrza jest wprowadzany specjalny liner (rękaw) o odpowiednio dobranych
parametrach wytrzymałościowych - grubości ścianek (związanej z redukcją średnicy
istniejącego przewodu)
Wymiana przewodu na nowy jest najbardziej kosztowną formą odnowy starego
przewodu - konieczna woacutewczas gdy jego konstrukcja nie jest w ogoacutele zdolna do
przenoszenia obciążeń bądźi gdy celowe jest zwiększenie wymiaru (średnicy) przewodu
Stosowane tutaj linery mają dużą wytrzymałość i są w stanie przejąć wszystkie obciążenia
dotychczas przenoszone przez stary kanał Przykładowo w metodzie Burstlining stara rura
jest rozkruszana przez specjalną głowicę prowadzącą ktoacutera roacutewnocześnie wpycha odłamki
ściany starego przewodu do otaczającego gruntu Następnie wprowadzana jest nowa rura
Renowacja bądź wymiana przewodu może być więc przeprowadzana metodami
tradycyjnymi bądź bezwykopowymi Te pierwsze mają mniej zalet jednak w niektoacuterych
przypadkach np gdy kanał jest płytko zagłębiony i położony poza jezdnią są one nadal
preferowane W innych sytuacjach stosowane są coraz częściej nowoczesne i coraz tańsze
technologie bezwykopowe ktoacutere mają wiele zalet min
KANALIZACJA I
123
wykopy są całkowicie wyeliminowane lub znacznie ograniczone
zredukowana jest objętość powstających odpadoacutew
występują małe zakłoacutecenia w ruchu i aktywności ekonomicznej społeczeństwa
instalacja przebiega szybko i sprawnie
Technologie bezwykopowe mają też istotne wady m in
trudności z podłączeniem istniejących przykanalikoacutew
dodatkowe koszty związane z kontrolą jakości i monitoringiem prac
brak możliwości dokładnego nadzorowania położenia linera
wysokie koszty związane z powtoacuterzeniem instalacji w wypadku komplikacji
Częstym błędem przy wyborze metody odnowy przewodu jest kierowanie się tylko
kryterium ekonomicznym inwestycji - pomijanie kosztoacutew społecznych ponoszonych przez
mieszkańcoacutew Negatywny wpływ na społeczeństwo mają zaburzenia komunikacyjne
wywołują min obniżenie aktywności ekonomicznej generowane zanieczyszczenia i ogoacutelnie
zagrożenie dla zdrowia ludzi i środowiska naturalnego
UWAGA Koszty społeczne w przypadku metod tradycyjnych mogą być poroacutewnywalne do
kosztoacutew inwestycyjnych a w przypadku metod bezwykopowych są zazwyczaj mniejsze
106 EKSPLOATACJA SIECI KANALIZACYJNYCH
1061 WYMIAROWANIE PŁUCZEK KANAŁOWYCH
Sieci kanalizacyjne w terenach płaskich ilub o bardzo małych spadkach dna kanałoacutew
(nawet o ik lt ik min) a zwłaszcza o małych średnicach i wypełnieniach wymagają częstego
płukania w celu usunięcia zawiesin wytrącających się ze ściekoacutew i odkładających się osadoacutew
na dnie kanałoacutew Kanały mogą być płukane
wodą wodociągową ndash ze specjalnych zbiornikoacutew (studzienek) zwanych płuczkami
ściekami ndash z innych kanałoacutew (sterowanie poprzez klapy i zastawki piętrzące)
wodąpłynem z wozoacutew asenizacyjnych (ciśnieniowo)
Płukanie kanałoacutew polega na wytworzeniu fali płuczącej poruszającej się cieczy z dużą
prędkością najczęściej υ gt 10 m tj większą niż prędkość samooczyszczania się kanałoacutew
Płuczki kanałowe umieszcza się na końcoacutewkach sieci lub centralnie jako zbiorniki
podziemne (o objętości od kilku do kilkudziesięciu m3) Płuczki zasilane są najczęściej wodą
wodociągową głoacutewnie ze względoacutew praktycznych ndash sanitarnych Mogą być też zasilane
wodą drenażową opadową czy też ściekami Studzienki płuczące jako zbiorniki do płukania
kanałoacutew lokalizuje się najczęściej w najwyżej położonych punktach sieci
Rys 1058 Schemat płuczki kanałowej (sterowanej ręcznie)
Objętość cieczy V (w m3) niezbędną do przepłukania danego odcinka kanału oblicza
się ze wzoru Hansena [1 2]
2
2
2
1
2 )(40
km iiLAV (1021)
gdzie
KANALIZACJA I
124
A - powierzchnia przekroju poprzecznego płukanego kanału m2
L - zasięg płukania (zasięg fali płuczącej) 100divide200 m
ik - spadek dna kanału permil
im - spadek miarodajny linii energii permil
2321
)( hmm Rn
i (1022)
υm - prędkość miarodajna ms
2
1
2
2
2
12 3050)ln1(
m
(1023)
υ1 - prędkość początkowa (maksymalna) υ1 = 075 gh2 ms
h - wysokość ciśnienia roacutewna wysokości cieczy w płuczce m
υ2 - minimalna prędkość płukania υ2 = 08 ms
n - wspoacutełczynnik szorstkości kanału sm13
Płuczki zaopatrzone są często w urządzenia do automatycznego działania jak np
płuczka lewarowa czy płuczka z naczyniem wywrotnym - opis działania podano w [1 2]
Rys 1059 Schemat ideowy płuczki automatycznej - lewarowej
Rys 1060 Schemat ideowy płuczki automatycznej - z naczyniem wywrotnym
1062 ROZMIESZCZANIE PŁUCZEK KANAŁOWYCH
Odcinki kanałoacutew wykonanie z przyczyn technicznych (np kolizji z istniejącym
uzbrojeniem terenu) o spadku dna ik mniejszym niż dopuszczalny hydraulicznie ikmin wymagają częstego płukania (3divide6 razy na dobę) Efektywny zasięg fali płuczącej jest
ograniczony zwykle do 100divide200 m Dłuższe odcinki wymagają rozmieszczenia kilku płuczek
na trasie kanału gdy ik lt ikmin
Rys 1062 Schematyczne rozmieszczenie płuczek na trasie kanału
ułożonego z nieodpowiednim hydraulicznie spadkiem dna ik lt ik min
Przykłady sytuowania płuczek kanałowych w tzw punktach węzłowych sieci tj
połączeń kilku kanałoacutew sterowanych zasuwami bądź zastawkami do przemiennego płukania
określonych odcinkoacutew kanałoacutew podano na rysunkach w [1 2]
KANALIZACJA I
125
Rys 1064 Przykładowe lokalizacje płuczek kanałowych w węzłach sieci (P ndash płuczka)
1063 STOSOWANIE PŁUCZEK I KANAŁOacuteW PŁUCZĄCYCH
Kanały płuczące w komunalnych systemach kanalizacyjnych stosowane są sporadycznie
ze względu na wysokie koszty budowy Na rysunkach 1067divide1069 przedstawiono 3
przykłady rozwiązań koncepcyjnych płukania sieci kanalizacyjnych w zależności od spadkoacutew
terenu przy łącznym stosowaniu płuczek i kanałoacutew płuczących
Rys 1067 Wariat płukania sieci kanalizacyjnej 2 płuczkami i 2 kanałami płuczącymi
Rys 1068 Wariant płukania sieci kanalizacyjnej 3 płuczkami
Rys 1069 Wariant płukania sieci kanalizacyjnej płuczką z kanałem płuczącym
KANALIZACJA I
126
107 ETAPY I ZAWARTOŚĆ TEMATYCZNA OPRACOWAŃ PROJEKTOWYCH
Zgodnie z art 5 ust 3 Ustawy z 12 września 2002 r o normalizacji (DZ U Nr 169 poz
1386) stosowanie Polskich Norm (PN) jest bdquodobrowolnerdquo podobnie też Norm Europejskich
(EN) w tym tzw zharmonizowanych PN-EN a także Norm Międzynarodowych (ISO)
Rangę prawną mają np ustawy czy rozporządzenia do ustaw Norma nie jest obecnie aktem
prawnym Nie oznacza to jednak że nie należy je stosować a zwłaszcza zaleceń
wynikających z treści bdquoduchardquo norm jako źroacutedła przepisoacutew pozaprawnych na roacutewni z np
aktualnymi wytycznymi technicznymi projektowania (WTP) czy publikowanymi wynikami z
prac badawczych - odnośnie np metod wymiarowania kanalizacji
Obecny stan prawny nakłada więc na projektantoacutew i wykonawcoacutew obiektoacutew
budowlanych większą odpowiedzialność i obowiązek starannego w tym bezpiecznego
projektowania i wykonywania obiektoacutew ndash zgodnie ze sztuką budowlaną wynikającą z
najnowszej dostępnej wiedzy technicznej (np BAT ndash best available techniques)
Idea ta znajduje zastosowanie min w odniesieniu do nowych metod wymiarowania
systemoacutew odwodnień terenoacutew [1 2 3] - wg zaleceń normy PN-EN 752 Uwzględniono przy
tym najnowsze branżowe propozycje niemieckiego Stowarzyszenia Techniki Ściekowej
(ATV obecnie DWA) oraz postulat Europejskiego Komitetu Normalizacji (CEN)
osiągnięcia w państwach członkowskich Unii Europejskiej daleko idącego ujednolicenia
poziomu wymagań co do ochrony przed wylaniem z systemoacutew odwodnieniowych
Dokumentacje projektowe do budowy nowych systemoacutew kanalizacyjnych czy
modernizacji istniejących sporządza się zwykle etapami w kolejności
Koncepcja Programowo Przestrzenna (KPP) - dawniej nazywana bdquoZałożenia
Techniczno - Ekonomicznerdquo (ZTE)
Projekt Budowlany (PB) - dawniej zwany bdquoProjekt Technicznyrdquo (PT) ndash ogoacutelny
Projekt Budowlany Wykonawczy (PBW) - dawniej bdquoProjekt Technicznyrdquo (PT) ndash
szczegoacutełowy
Przykładowy zakres dokumentacji technicznej odnośnie systemu kanalizacyjnego
jednostki osadniczej (w etapach KPP PB lub PBW) obejmuje
1 Opis uwarunkowań sytuacyjno-wysokościowych terenu i odbiornikoacutew ściekoacutew
2 Wyboacuter systemu kanalizacyjnego pod kątem wymagań ochrony środowiska
rozdzielczy - w przypadku budowy nowych sieci
poacutełrozdzielczy - w przypadku modernizacji istniejącej sieci rozdzielczej
ogoacutelnospławny - istniejący w przypadku braku możliwości przebudowy
3 Koncepcja rozplanowania sieci i obiektoacutew
kanałoacutew bocznych (zwykle na dużych spadkach terenu)
kolektoroacutew (na małych spadkach terenu)
lokalizacja obiektoacutew odciążających separatoroacutew przelewoacutew burzowych
zbiornikoacutew retencyjnych regulatoroacutew przepływu ściekoacutew pompowni itp)
lokalizacja wylotoacutew ściekoacutew deszczowych czy zmieszanych do odbiornikoacutew wraz
z urządzeniami do ich podczyszczania
lokalizacja oczyszczalni ściekoacutew wraz ze strefą ochronną
2 Bilans ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
5 Określanie powierzchni zlewni cząstkowych dopływu ściekoacutew do kanałoacutew
bytowo-gospodarczych i przemysłowych (czy ogoacutelnospławnych)
deszczowych
6 Obliczenia hydrauliczne sieci z doborem średnic spadkoacutew i zagłębień kanałoacutew
KANALIZACJA I
127
7 Wymiarowanie i projekty technologiczne obiektoacutew sieciowych (separatoroacutew
przelewoacutew burzowych zbiornikoacutew retencyjnych osadnikoacutew syfonoacutew płuczek
kanałowych pompowni oczyszczalni ściekoacutew itp) w tym projekty branżowe
8 Plan sieci kanalizacyjnej z obiektami
9 Profile kolektoroacutew i kanałoacutew z obiektami
10 Opis techniczny rozwiązań projektowych wraz z częścią kosztorysową i towarzyszącą
zgodnie z aktualnymi wymogami prawa [1 2 3]
Wzory tabelek rysunkowych do ćwiczeń projektowych i dyplomoacutew z kanalizacji
A Tabelka na mapy profile schematy hellip
Temat pracyprojektu
(np) ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z KANALIZACJI 2
Tytuł rysunku
(np) PLAN SYTUACYJNY SIECI KANALZACYJNEJ
Funkcja Tytuł imię i nazwisko Nr uprawnień Data Podpis
Projektant helliphellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphellip - 10012020 r helliphelliphellip
Sprawdzający helliphellip helliphelliphellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphellip 10012020 r helliphelliphellip
Wydział Katedra PWr
W07 K42
Stadium
KPP
Skala
(np) 12500
Nr rys
X
B Tabelka na rysunki obiektoacutew ndash z wyszczegoacutelnieniem i opisem elementoacutew (UWAGA Wymiarowanie obiektoacutew budowlanych - w cm )
hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphellip
1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphellip
Nr Nazwa elementu Ilość Wymiar materiał Katalog norma
Temat pracyprojektu
(np) PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA (lub) MAGISTERSKA
Tytuł rysunku
(np) PROJEKT STUDZIENKI POŁĄCZENIOWEJ NR hellip
Funkcja Tytuł imię i nazwisko Nr uprawnień Data Podpis
Projektant hellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphellip - 10012020 r helliphelliphellip
Sprawdzający helliphellip helliphelliphellip helliphelliphellip helliphelliphelliphellip 10012020 r helliphelliphellip
WydziałKatedra PWr
W07 K42
Stadium
KPP (lub) PB
Skala
(np) 150
Nr rys
Y
Dziękujemy za dotrwanie do końca
KANALIZACJA I
2
TREŚCI PROGRAMOWE PRZEDMIOTU Kanalizacja 1
Forma zajęć ndash wykład Liczba
godzin
Wy1 Program wykładoacutew Cele zadania i standardy kanalizacji wg PN-EN 752 2
Wy2 Klasyfikacja i ogoacutelna charakterystyka konwencjonalnych i niekonwencjonalnych
systemoacutew usuwania ściekoacutew 2
Wy3 Funkcjonowanie kanalizacji grawitacyjnej z obiektami specjalnymi 2
Wy4 Zagrożenia dla kanalizacji wynikające ze zmian klimatu 2
Wy5 Metody bilansowania ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych 2
Wy6 Pomiary i charakterystyka opadoacutew - modele fizykalne i probabilistyczne 2
Wy7 Dotychczasowe metody czasu przepływu bilansowania woacuted opadowych 2
Wy8 Metoda maksymalnych natężeń do wymiarowania kanalizacji deszczowej 2
Wy9 Obliczenia hydrauliczne przewodoacutew i kanałoacutew ściekowych 2
Wy10 Zasady doboru grawitacyjnych kanałoacutew ściekowych i deszczowych 2
Wy11 Doboacuter układu i zasady trasowania sieci kanalizacyjnych 2
Wy12 Zasady wysokościowego sytuowania i połączeń kanałoacutew 2
Wy13 Metody projektowania syfonoacutew i przepompowni ściekoacutew 2
Wy14 Materiały i uzbrojenie sieci kanalizacyjnych 2
Wy15 Techniki budowy i ogoacutelne zasady eksploatacji sieci kanalizacyjnych 2
Suma godzin 30
CELE PRZEDMIOTU
C1 Zdobycie wiedzy w zakresie bilansowania odpływu roacuteżnych rodzajoacutew ściekoacutew
C2 Zdobycie wiedzy o sposobach usuwania roacuteżnych rodzajoacutew ściekoacutew
C3 Zdobycie wiedzy w zakresie bezpiecznych metod wymiarowania odwodnień terenoacutew
C4 Zdobycie wiedzy w zakresie podstaw inżynierskiego projektowania systemoacutew usuwania ściekoacutew
PRZEDMIOTOWE EFEKTY KSZTAŁCENIA
Z zakresu wiedzy
PEK_W01 Ma uporządkowaną podbudowaną teoretycznie wiedzę ogoacutelną obejmującą kluczowe
zagadnienia z zakresu usuwania ściekoacutew
PEK_W02 Ma podstawową wiedzę o trendach rozwojowych metod z zakresu bilansowania odpływu
roacuteżnych rodzajoacutew ściekoacutew sposoboacutew usuwania i metod bezpiecznego wymiarowania
odwodnień terenoacutew oraz podstaw inżynierskiego projektowania systemoacutew usuwania
ściekoacutew
PEK_W03 Zna podstawowe metody techniki narzędzia i materiały stosowane przy rozwiązywaniu
zadań inżynierskich z zakresu projektowania systemoacutew usuwania ściekoacutew
Z zakresu kompetencji społecznych
PEK_K01 Potrafi odpowiednio określić priorytety służące realizacji zadań związanych z
projektowaniem systemoacutew usuwania ściekoacutew
PEK_K02 Prawidłowo identyfikuje i rozstrzyga dylematy związane z projektowaniem i oceną
działania systemoacutew usuwania ściekoacutew w tym wpływu na środowisko w przyszłości
KANALIZACJA I
3
TREŚCI PROGRAMOWE PRZEDMIOTU Kanalizacja 2
TREŚCI PROGRAMOWE
Forma zajęć - projekt Liczba
godzin
Pr1 Program ćwiczenia projektowego zakres i wymagania 1
Pr2 Sporządzenie bilansu odpływu ściekoacutew komunalnych 2
Pr3 Wykonanie krzywych deszczy (IDF) 2
Pr4 Obliczenia hydrauliczne sieci kanalizacji deszczowej 5
Pr5 Sporządzenie planu spadkoacutew i zagłębień kanalizacji deszczowej 2
Pr6 Obliczenia hydrauliczne sieci kanalizacji bytowo-gospodarczej i
przemysłowej z uwzględnieniem możliwych kolizji z siecią deszczową 4
Pr7 Sporządzenie planu spadkoacutew i zagłębień sieci kanalizacji bytowo-
gospodarczej i przemysłowej 2
Pr8 Wykonanie profilu podłużnego głoacutewnego kolektora kanalizacji deszczowej 2
Pr9 Wykonanie profilu podłużnego głoacutewnego kolektora kanalizacji bytowo-
gospodarczej i przemysłowej 2
Pr10 Sporządzenie planu sieci kanalizacyjnych 3
Pr11 Projekt techniczny wybranego obiektu kanalizacyjnego 2
Pr12 Sporządzenie opisu technicznego projektu 3
Suma godzin 30
CELE PRZEDMIOTU
C1 Nabycie umiejętności wykonywania bilansoacutew odpływu ściekoacutew i woacuted opadowych
C2 Nabycie umiejętności określania strumieni ściekoacutew bytowo-gospodarczych
przemysłowych i opadowych oraz przypadkowych
C3 Nabycie umiejętności wymiarowania kanałoacutew grawitacyjnych sieci kanalizacyjnych
C4 Nabycie umiejętności sporządzania planoacutew i profili sieci kanalizacyjnych
C5 Nabycie umiejętności projektowania obiektoacutew na sieci kanalizacyjnej
C6 Nabycie umiejętności sporządzania opisu technicznego projektu
PRZEDMIOTOWE EFEKTY KSZTAŁCENIA
Z zakresu umiejętności
PEK_U01 Potrafi dokonać identyfikacji i sformułować specyfikację zadań inżynierskich o
charakterze praktycznym charakterystycznych dla rozdzielczego sytemu usuwania
ściekoacutew
PEK_U02 Potrafi ocenić przydatność metod i narzędzi służących do rozwiązania zadania
inżynierskiego charakterystycznego dla rozdzielczego systemu usuwania ściekoacutew oraz
wybrać właściwe metody obliczeniowe
PEK_U03 Potrafi zaprojektować oraz zrealizować system typowy dla rozdzielczego sposobu
usuwania ściekoacutew używając właściwych metod technik i narzędzi
Z zakresu kompetencji społecznych
PEK_K01 Potrafi odpowiednio określić priorytety służące realizacji określonego zadania
związanego z projektowaniem systemoacutew usuwania ściekoacutew
PEK_K02 Prawidłowo identyfikuje i rozstrzyga dylematy związane z projektowaniem i oceną
działania systemoacutew usuwania ściekoacutew w tym wpływu na środowisko w przyszłości
KANALIZACJA I
4
1 WPROWADZENIE
Pojęcie bdquoKANALIZACJArdquo oznacza
zespoacuteł budowli inżynierskich czyli system - do spełniania określonych celoacutew
naukę stosowaną - o projektowaniu budowie i eksploatacji sieci oraz obiektoacutew do
odprowadzania oraz unieszkodliwiania ściekoacutew tj woacuted zużytych i opadowych
Cele kanalizacji na terenach zurbanizowanych (osadniczych) to [1 2 3]
1) Utrzymanie warunkoacutew higienicznych (czyli sanitarnych) przez zbieranie i odprowadzanie
ściekoacutew do oczyszczalni gdzie następuje ich unieszkodliwienie
2) Zapobieganie szkodom związanym z zalewaniem bądź podmakaniem terenoacutew i obiektoacutew
3) Zapewnienie przejezdności powierzchni komunikacyjnych np jezdni przejść pieszych w
tym podziemnych (woda co najwyżej do poziomu krawężnikoacutew)
Utrzymanie warunkoacutew higienicznych (cel 1) jest głoacutewnym i pierwotnym celem
kanalizacji jednostek osadniczych Problemy higieniczne wynikają głoacutewnie z obecności
zanieczyszczeń mikrobiologicznych w składzie ściekoacutew bytowo-gospodarczych związanych
z życiem i działalnością ludzi a także niekorzystnego wpływu na środowisko w tym na
trwałość kanałoacutew składu fizyczno-chemicznego ściekoacutew przemysłowych
Cele 2 i 3 dotyczą zwłaszcza woacuted opadowych tj deszczowych i roztopowych Z
punktu widzenia ochrony środowiska wody opadowe zbierane kanalizacją z uszczelnionych
powierzchni terenoacutew zurbanizowanych są ściekami Roacutewnolegle do postulatu sanitarnego
cele te zyskały na znaczeniu wraz ze wzrostem gęstości i wartości zabudowy oraz
intensyfikacji wykorzystywania powierzchni terenoacutew na cele komunikacyjne
Co nas czeka w przyszłości - kilka faktoacutew i prognoz [2]
TEZA Wzrost średniej rocznej temperatury powietrza wywołuje zwiększoną cyrkulację
wody w cyklu hydrologicznym i nasilenie się występowania ekstremalnych zjawisk
pogodowych jak susze powodzie trąby powietrzne
DOWODY
bull W Warszawie na przestrzeni 232 lat (1779-2010) zarejestrowano wzrost temperatury
powietrza o 16oC (tj 007oC na dekadę)
- wg VI Raport Rządowy RP dla Konferencji Stron Ramowej Konwencji NZ w sprawie zmian klimatu
Warszawa 2013
bull Globalny wzrost temperatury w latach 1960-2005 wynioacutesł 074oC (016oC na dek)
- wg IPCC 2007 The Physical Science Basis Cambridge University Press
bull Na przestrzeni 50 lat (1960-2009) we Wrocławiu nastąpił wzrost intensywności opadoacutew
średnio o około 13 przy malejącym trendzie rocznych sum wysokości
- wg Kaźmierczak B Kotowski A Trendy zmian wysokości i intensywności opadoacutew maksymalnych do
modelowania kanalizacji we Wrocławiu Gaz Woda i Technika Sanitarna 2013 nr 5
PROGNOZY ndash na przyszłość
bull Według prognoz IPCC - opartych na globalnym modelu klimatu w bieżącym stuleciu
temperatura powietrza może się podnieść o dalsze 17oC do nawet 44oC a na każdy
stopień wzrostu temperatury szacuje się globalnie ok 7 wzrost intensywności opadoacutew
- wg Landerink G Meijgaard EV Increase in hourly precipitation extremes beyond expectations from
temperature changes Nature Geosci 2008
KANALIZACJA I
5
bull W bieżącym (XXI) stuleciu poziom moacuterz i oceanoacutew może się podnieść nawet o 10 m -
co zagraża już zalaniem znacznych powierzchni przybrzeżnych
- wg IPCC 2014 Impacts Adaptation and Vulnerability Cambridge University Press
bull Z powodu ocieplenia klimatu zmieni się istotnie struktura opadoacutew w Polsce - w
projekcji na lata 2071-2100 - biorąc za podstawę okres 1951-2009 (wg modelu
klimatycznego dla Europy HadRM3-PRECIS)
- wg Pińskwar I Projekcje zmian w ekstremach opadowych w Polsce Monografia Komitetu Gospodarki
Wodnej Polskiej Akademii Nauk Warszawa 2010
Wspoacutełczesne standardy odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych
Niezawodność działania systemoacutew kanalizacji deszczowej czy ogoacutelnospławnej nie jest
w pełni możliwa do osiągnięcia ze względu na losowy charakter opadoacutew Dążyć należy zatem
do bezpiecznego ich wymiarowania tj gwarantującego osiągnięcie wspoacutełcześnie
wymaganego standardu odwodnienia terenoacutew ktoacutery definiuje się jako przystosowanie
systemu do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych) strumieni woacuted opadowych z
częstością roacutewną dopuszczalnej (akceptowalnej społecznie) częstości wystąpienia wylania
na powierzchnię terenu (tab 11) ndash także w przyszłości [1 2 3]
Tab 11 Zalecane częstości projektowe deszczu obliczeniowego i dopuszczalne częstości wystąpienia
wylania wg PN-EN 7522008 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Rodzaj zagospodarowania terenu
- standard odwodnienia terenu
Częstość wystąpienia
wylania
[1 raz na C lat]
1 na 1 I Tereny pozamiejskie 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
Polska norma - zharmonizowana z europejską normą PN-EN 752 z 2008 roku
ogranicza częstość wylewoacutew z kanalizacji do rzadkich powtarzalności ich występowania
1 raz na 10 lat - w przypadku terenoacutew pozamiejskich (wiejskich) oraz
1 raz na 20 30 lub 50 lat dla terenoacutew miejskich - odpowiednio do rodzaju
zagospodarowania przestrzennego terenu ndash standardu odwodnienia terenu (tab 11)
Najnowsza wersja normy PN-EN 752 z 2017 roku zaleca już roacuteżnicowanie
dopuszczalnej częstości wylewoacutew z kanałoacutew w siedmiostopniowej skali wpływu zagrożenia
na środowisko - dla przykładowo zdefiniowanych lokalizacji (tab 11a) W szczegoacutelności
dopuszcza częstsze wylewy ndash na terenach pozamiejskich (C le 10 lat) ale także rzadsze
wylewy - na terenach mieszkaniowych (dla budynkoacutew podpiwniczonych C = 30 lat)
Tab 11a Kryteria zagrożeń oraz dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew wg PN-EN 7522017
Stopień zagrożenia Przykładowe lokalizacje terenoacutew Częstość wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Bardzo mały Drogi lub otwarte przestrzenie z dala od budynkoacutew 1
Mały Tereny rolnicze w zależności od wykorzystania (np
pastwiska grunty orne) 2
Mały do średniego Otwarte przestrzenie wykorzystane do celoacutew publicznych 3
Średni Drogi lub otwarte przestrzenie w pobliżu budynkoacutew 5
Średni do wysokiego Zalania zamieszkanych budynkoacutew z wyłączeniem piwnic 10
Wysoki Głębokie zalania zamieszkanych piwnic lub przejazdoacutew
pod ulicami 30
Bardzo wysoki Infrastruktura krytyczna 50
KANALIZACJA I
6
Do projektowania nowych systemoacutew kanalizacyjnych cytowane normy (PN-EN
75220082017) zalecają przyjmowanie następujących częstości deszczu obliczeniowego
1 raz na rok - dla terenoacutew pozamiejskich
1 raz na 2 5 lub 10 lat dla terenoacutew miejskich
- przy czym nie mogą występować woacutewczas żadne przeciążenia w działaniu systemoacutew
grawitacyjnych (np praca pod ciśnieniem) co jest roacutewnoznaczne z projektowaniem kanałoacutew
na niecałkowite wypełnienia
Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do projektowania odwodnień droacuteg - wg
Rozporządzenia MTiGM z 1999 r podano w tabeli 12
Tab 12 Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do projektowania
odwodnień droacuteg w Polsce - wg Rozporządzenia MTiGM1999
Rodzaj ndash klasa drogi
Częstości projektowe
opadoacutew deszczu
[1 raz na C lat]
Lokalna (L) dojazdowa (D) 1 na 1
Głoacutewna (G) zbiorcza (Z) 1 na 2
Głoacutewna ruchu przyspieszonego (GP) 1 na 5
Autostrada (A) ekspresowa (S) 1 na 10
Ustalenie związku pomiędzy częstością deszczu obliczeniowego i częstością wylania
nie jest jednak możliwe do uogoacutelnienia zwłaszcza na etapie projektowania kanalizacji
Pomocne okazują się tutaj zalecenia niemieckie wg DWA-A 118 z 2006 r wprowadzające
pojęcie częstości nadpiętrzenia do poziomu terenu do obliczeń sprawdzających przy pomocy
modelowania hydrodynamicznego przez co staje się możliwe wyznaczenie stanu
przeciążenia ktoacutery jest najbliższy potencjalnie występującemu w dalszej kolejności wylaniu
Tab 13 Dopuszczalne częstości nadpiętrzenia do obliczeń sprawdzających nowoprojektowanych
bądź modernizowanych systemoacutew kanalizacyjnych wg DWA-A 1182006
Rodzaj zagospodarowania terenu Częstość nadpiętrzenia
[1 raz na C lat]
Tereny wiejskie 1 na 2
Tereny mieszkaniowe 1 na 3
Centra miast tereny usług i przemysłu rzadziej niż 1 na 5
Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp rzadziej niż 1 na 10
Wymiarowanie kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej w Polsce napotyka na
podstawową trudność wynikającą z braku wiarygodnego modelu opadoacutew do określania
miarodajnego natężenia deszczu Dotychczas stosowany wzoacuter Błaszczyka - oparty na opadach
z przełomu XIX i XX wieku (zarejestrowanych przeszło100 lat temu) zaniża bowiem wyniki
obliczeń obecnych natężeń deszczy o rząd 40 Ponadto stosowana dotychczas w Polsce
tzw metoda granicznych natężeń (MGN) dodatkowo redukuje strumień spływu woacuted
opadowych (Qm) w stosunku do innych metod - stosowanych przykładowo w Niemczech
(MWO i MZWS) - w podobnych warunkach hydrologicznych Roacuteżnice obliczanych strumieni
Qm sięgają nawet 100 - na niekorzyść MGN Metoda ta wymagała więc pilnej modyfikacji
co zostało zaproponowane w podręcznikach [1 2 3]
Systemy kanalizacyjne projektowane są zwykle na perspektywę minimum 50divide100 lat Z
powodu systematycznego ocieplania się klimatu w przyszłości wystąpi jeszcze więcej
ekstremalnych zjawisk opadowych prowadzących do tzw powodzi miejskich [2] ktoacutere
powodować będą jeszcze większe niż obecnie straty gospodarcze i społeczne (fot 1divide4)
Uwzględnienie tych prognoz w perspektywie 2100 roku jest niezbędne już dzisiaj do
bezpiecznego wymiarowania wspoacutełcześnie budowanych systemoacutew odwodnień terenoacutew
KANALIZACJA I
7
Fot 1 Warszawa - Trasa Toruńska w dn 9062013 r (httpkontakt24tvn24pl)
Fot 2 Gdańsk - Wrzeszcz w dn 25062013 r (httpnaszafotografiapl)
Fot 3 Wrocław ul Legnicka w dn 27052014 r (httpwwwgazetawroclawskapl)
STAN PRAWNY PROJEKTOWANIA KANALIZACJI w POLSCE
Zgodnie Ustawą z 12 września 2002 roku o normalizacji (Dz U Nr 169 poz 1386)
stosowanie Polskich Norm (PN) jest bdquodobrowolnerdquo podobnie też norm europejskich (EN) w
tym zharmonizowanych (PN-EN) a także norm międzynarodowych (ISO) Rangę prawną
mają ustawy czy rozporządzenia do ustaw Ustawa z 2002 roku dostosowała więc krajową
normalizację do reguł europejskiego systemu prawnego (UE) Dla projektantoacutew
wykonawcoacutew czy eksploatatoroacutew obiektoacutew budowlanych branży sanitarnej (i nie tylko) od
lat przyzwyczajonych do obowiązkowego stosowania polskich norm (w tym branżowych)
jest to istotna zmiana Normy nie są obecnie aktami prawnymi Oznacza to tyle że należy je
traktować jako źroacutedło przepisoacutew pozaprawnych na roacutewni np z aktualnymi wytycznymi
technicznymi projektowania (WTP) czy też publikowanymi wynikami z prac badawczych ndash
odnośnie np nowych metod wymiarowania kanalizacji [1 2 3]
Obecny stan prawny nakłada więc na projektantoacutew i wykonawcoacutew obiektoacutew
budowlanych większą odpowiedzialność tym obowiązek bezpiecznego wymiarowania i
starannego wykonywania inwestycji ndash zgodnie ze sztuką budowlaną wynikającą z najlepszej
dostępnej wiedzy technicznej (BAT ndash Best Available Techniques BMP ndash Best Menagment
Practices LID ndash Law Impact Development ZWT ndash Zasad Wiedzy Technicznej) Idea ta
znajduje zastosowanie w podręcznikach [1 2 3] w odniesieniu do nowych zasad i metod
KANALIZACJA I
8
wymiarowania systemoacutew odwodnień terenoacutew ndash w duchu zaleceń normy PN-EN 752
dostosowanej do postulatu Europejskiego Komitetu Normalizacji (CEN) - ujednolicenia
poziomu wymagań co do ochrony terenoacutew zurbanizowanych przed wylewami z systemoacutew
kanalizacyjnych w państwach UE Uwzględniono przy tym najnowsze branżowe wytyczne
Niemieckiego Stowarzyszenia Gospodarki Wodnej Ściekowej i Odpadowej wg ATV-A 110
DWA-A 117 i DWA-A 118 czy też zalecenia Krajowego Urzędu ds Środowiska Bawarii wg
Merkblatt Nr 433 i Merkblatt Nr 439
Na podstawie doniesień literaturowych odnośnie prognozowanego wzrostu
intensywności opadoacutew w perspektywie 2100 roku zaproponowano podjęcie już dzisiaj
odpowiednich działań zaradczych w tym zaprezentowano scenariusze opadoacutew do
modelowania przeciążeń kanałoacutew w przyszłości ndash stosowane już w wielu krajach
europejskich - dla zachowania obecnych standardoacutew odwodnień terenoacutew (tab 11divide13) także
w przyszłości
W II wydaniu podręcznika Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenoacutew
(z 2015 r) przedstawiono aktualne podstawy bezpiecznego projektowania grawitacyjnych
systemoacutew (tj sieci i obiektoacutew) kanalizacyjnych w Polsce
tom I dotyczy metod wymiarowania sieci kanalizacyjnych [2]
tom II ndash dotyczy obiektoacutew specjalnych takich jak przelewy burzowe separatory
strumieni objętości zbiorniki retencyjne regulatory hydrodynamiczne czy separatory
sedymentacyjno-flotacyjne [3]
W celu ułatwienia percepcji treści II wydania książki ndash w prezentowanych notatkach
do wykładoacutew zachowano oryginalną numerację rysunkoacutew tabel i wzoroacutew jak w [2 3]
(Wydaw Seidel-Przywecki Warszawa 2015) - dostępne na
wwwandrzejkotowskipl
II wydanie książki zawiera uaktualnienie i rozszerzenie treści - względem I wydania z
2011 r [1] min o
charakterystykę niekonwencjonalnych systemoacutew kanalizacyjnych
zagrożenia dla infrastruktury miast wywoływane zmianami klimatu w przyszłości
zasady kalibracji i walidacji modeli hydrodynamicznych zjawiska opad-odpływ
przykłady modelowania przeciążeń hydraulicznych w kanalizacji deszczowej
zasady projektowania i metody wymiarowania przepompowni sieciowych ściekoacutew
najnowsze wytyczne techniczne wymiarowania (WTW) systemoacutew kanalizacyjnych
bezpieczną metodę obliczania objętości użytkowej zbiornikoacutew retencyjnych ściekoacutew
Podręczniki [1 2 3] adresowane są do studentoacutew i pracownikoacutew naukowych wyższych
uczelni technicznych i rolniczych a także do projektantoacutew wykonawcoacutew i eksploatatoroacutew
systemoacutew usuwania ściekoacutew oraz zagospodarowania spływoacutew woacuted deszczowych miast i
gmin
2 OGOacuteLNA CHARAKTERYSTYKA SYSTEMOacuteW
KANALIZACYJNYCH
21 RYS HISTORYCZNY ROZWOJU KANALIZACJI
Bliski Wschoacuted Na najstarsze ślady starożytnych przewodoacutew wodnych natrafiono w
Syrii (dawniej Asyria) gdzie już ok 3500 lat pne w miejscowości Habuba Kabira nad
brzegiem Eufratu istniała rozwinięta cywilizacja Znaleziono tam ślady przewodoacutew o
przekroju kołowym z rur ceramicznych (łączonych na bdquobosy koniec-kielichrdquo) lub
prostokątnym układanych z kamieni i cegieł doprowadzających wodę pitną bądź
odprowadzających wody opadoweścieki (rys 21)
KANALIZACJA I
9
Rys 21 Historyczne sposoby budowy przewodoacutew i kanałoacutew wodnych
Historia budowy i rozwoju systemoacutew odwodnień terenoacutew (kanalizacji) sięga 3000 lat
przed narodzeniem Chrystusa Przykładowo w Babilonie stosowano już woacutewczas drenaże i
studnie chłonne do odprowadzania woacuted deszczowych z dachoacutew czy utwardzonych placoacutew i
ulic do gruntu
W Egipcie w grobowcu z ok 2700 r pne w miejscowości Saqquara przy ujściu Nilu
odkryto pierwszą bdquotoaletęrdquo ndash bdquoprzeznaczonąrdquo dla zmarłych Około roku 2500 r pne w
miastach Mezopotamii budowane były już pierwsze sieci kanałoacutew do odprowadzania ściekoacutew
z toalet domowych spłukiwanych wodą - do dołoacutew kloacznych Kanały były budowane z rur
miedzianych
Europa Początki rozwoju systemoacutew kanalizacyjnych w starożytnym Rzymie sięgają
VIII do VII wieku pne Około 610 roku pne zaczęto budować głoacutewny kanał ściekowy
zwany bdquoCloaca Maximardquo ktoacutery funkcjonuje do dzisiaj (wymiar odcinka końcowego 31541
m) Początkowo służył do odprowadzania woacuted deszczowych a poacuteźniej i ściekoacutew bytowych
Retencjonowano też wody deszczowe w zbiornikach zwanych cysternami Powstanie
nowoczesnych systemoacutew kanalizacyjnych w Europie - z oczyszczaniem ściekoacutew włącznie
wiązało się z tzw rewolucją przemysłową i burzliwym rozwojem miast w w XIX wieku
Wybuch epidemii cholery w 1831 r zdecydowanie przyspieszył ten proces
Polska Początki rozwoju kanalizacji na ziemiach polskich sięgają XIV wieku ndash
Gdańsk Krakoacutew Kamieniec Bolesławiec Reszel i inne Przykładowo na Dolnym Śląsku w
Bolesławcu od 1531 roku ścieki komunalne odprowadzane były nie do rzeki Boacutebr lecz na
łąki w celu ich rolniczego wykorzystania (naturalny nawoacutez) a jednocześnie
unieszkodliwiania (oczyszczania) System eksploatowany był do początku XX wieku W
Reszlu natomiast pozostają nadal w eksploatacji kanały bdquokrzyżackierdquo stanowiące istotny
element systemu kanalizacyjnego miasta Pierwsze bdquokompleksowerdquo systemy kanalizacyjne na
ziemiach polskich powstały w Gdańsku (1871) we Wrocławiu (1881-90) i w Warszawie
(1900 - inż Lindley) Zaczęto też wprowadzać coraz powszechniej w większych miastach
tzw klozety wodne - bdquoWCrdquo
Jak uczy historia cywilizacji powinniśmy dążyć wspoacutełcześnie do projektowania i
budowy systemoacutew kanalizacyjnych w taki sposoacuteb - stosując odpowiednie metody
obliczeniowe oraz materiały i technologie - aby mogły one sprawdzać się w działaniu za 100 i
więcej lat
22 RODZAJE I POCHODZENIE ŚCIEKOacuteW
Ścieki - definiowane jako wody zużyte odprowadzane przez kanalizację zbierane są z
gospodarstw domowych (budownictwo jedno- i wielorodzinne)
obiektoacutew użyteczności publicznej i zakładoacutew usługowych (biur urzędoacutew instytucji
szkoacuteł szpitali sklepoacutew myjni pralni basenoacutew kąpielowych itp)
zakładoacutew przemysłowych i rzemieślniczych
Ścieki powstają w wyniku wykorzystania wody wodociągowej lub z własnych ujęć na
cele
spłukiwania fekalioacutew - w ubikacjach (WC)
higieniczne - związane z myciem się kąpielami itp
KANALIZACJA I
10
gospodarcze - związane z praniem bielizny przygotowywaniem posiłkoacutew
utrzymaniem czystości pomieszczeń itp
technologiczno-produkcyjne - związane z przetwarzaniem surowcoacutew wytwarzaniem
żywności produkcją wyroboacutew itp
Ze względu na skład fizyko-chemiczny ścieki można podzielić na
ścieki bytowo-gospodarcze nazywane też bytowymi (a w żargonie inżynierskim
bdquosanitarnymirdquo) pochodzące z gospodarstw domowych zakładoacutew usługowych i
obiektoacutew użyteczności publicznej
ścieki przemysłowe zwane też poprodukcyjnymi pochodzące z zakładoacutew
przemysłowych i rzemieślniczych
Odrębne grupy stanowią
ścieki opadowe (deszczowe i roztopowe) pochodzące z opadoacutew deszczu bądźi
topnienia śniegu czy lodu - spłukujące zanieczyszczenia z uszczelnionych powierzchni
zlewni po okresach tzw suchej pogody (pogody bezopadowej bezdeszczowej)
ścieki ogoacutelnospławne (komunalne) będące najczęściej mieszaniną ściekoacutew bytowo-
gospodarczych przemysłowych woacuted podziemnych (infiltrujących do kanałoacutew przez
nieszczelności) oraz ściekoacutew opadowych
23 KLASYFIKACJA SYSTEMOacuteW USUWANIA ŚCIEKOacuteW
Kanalizacja to zespoacuteł urządzeń - czyli system (sieci i obiekty) do zbierania i
odprowadzania ściekoacutew i woacuted opadowych z terenoacutew zurbanizowanych i przemysłowych do
oczyszczalni gdzie następuje ich unieszkodliwienie Elementy składowe systemu
kanalizacyjnego jako całości to [1 2]
kanalizacja wewnętrzna (instalacje wewnętrzne) - w budynkach z przyborami
sanitarnymi (WC wanny umywalki natryski wpusty podłogowe itp)
kanalizacja zewnętrzna
sieć osiedlowa lub zakładowa (komunalna prywatna wspoacutelnotowa)
sieć zbiorcza miejska (komunalna)
specjalne obiekty sieciowe (pompowanie zbiorniki retencyjne przelewy burzowe
separatory syfony)
oczyszczalnie ściekoacutew
Kanalizację zewnętrzną można podzielić według następujących kryterioacutew
A Strumienia odprowadzanych ściekoacutew
pełna - wszystkie rodzaje ściekoacutew
częściowa - np tylko ścieki bytowo-gospodarcze
mieszana - fragmentami pełnaczęściowa
B Zasięgu terytorialnego
lokalna - osiedlowa zakładowa wspoacutelnotowa
miejska - całe miasto
grupowa - kilka miast wsi
C Konstrukcji kanałoacutew
kryta - podziemna
otwarta - powierzchniowa (rowy koryta)
mieszana
D Sposobu przepływu ściekoacutew
grawitacyjna
KANALIZACJA I
11
ciśnieniowa (pneumatyczna lub hydrauliczna)
podciśnieniowa (proacuteżniowa)
mieszana
E Rodzaju odprowadzanych ściekoacutew
bytowo-gospodarcza (ściekowa w żargonie bdquosanitarnardquo)
przemysłowa
deszczowa
ogoacutelnospławna (wszystkie rodzaje ściekoacutew)
F Funkcjonowania systemu
ogoacutelnospławna (jednoprzewodowa)
rozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa)
poacutełrozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa)
bezodpływowa (szamba i wozy asenizacyjne)
odciążona (szamba i sieć zbiorcza)
mieszana (fragmentami roacuteżna sieć)
Budowane obecnie systemy usuwania ściekoacutew można ogoacutelnie podzielić na
konwencjonalne - o grawitacyjnym przepływie ściekoacutew
niekonwencjonalne - o przepływie wymuszonym pod- bądź nadciśnieniem
mieszane - fragmentami konwencjonalne i niekonwencjonalne
Rys 22 Generalny podział systemoacutew kanalizacyjnych - ze względu na przepływ ściekoacutew
Rys 23 Szczegoacutełowy podział systemoacutew kanalizacyjnych - ze względu na warunki działania
Kanalizacja Konwencjonalna (tradycyjna)
Niekonwencjonalna
(specjalna)
Mieszana
oparta na grawitacyjnym przepływie
ściekoacutew - ze swobodną powierzchnią
przy ciśnieniu barometrycznym
oparta na wymuszonym przepływie
ściekoacutew - podciśnieniem bądź
nadciśnieniem
fragmentami kanalizacja
konwencjonalna i fragmentami niekonwencjonalna
Kanalizacja
konwencjonalna
Grawitacyjna Grawitacyjno-
pompowa
Kanalizacja niekonwencjonalna
Nadciśnieniowa (tłoczna)
Podciśnieniowa
(proacuteżniowa)
Pneuma-
tyczna Hydrauliczna
(pompowa)
Dwu
przewo-
dowa
Jedno
przewo-
dowa
KANALIZACJA I
12
24 KANALIZACJA KONWENCJONALNA
Kanalizacja grawitacyjna tj działająca pod wpływem siły ciążenia stosowana jest
powszechnie od zarania rozwoju inżynierii sanitarnej Grawitacyjne systemy usuwania
ściekoacutew stają się w chwili obecnej rozwiązaniem coraz bardziej kosztownym zwłaszcza w
płaskim terenie o rozległej i luźnej zabudowie rozwijających się wciąż aglomeracji miast
Wynika to min ze znacznych kosztoacutew budowy kanałoacutew - na głębokościach dochodzących
nawet do 6divide8 m Przykładowo dla minimalnego spadku dna kanału imin = 1permil wymagane
przegłębienie kanału wynosi 1 m na 1 km długości
Rys 24 Schemat (a) i profil (b) kanalizacji grawitacyjnej z pompownią pośrednią
(kanalizacja grawitacyjno-pompowa)
W dążeniu do zmniejszenia kosztoacutew budowy kanalizacji zaczęto już na przełomie XIX i
XX wieku stosować pośrednie pompownie ściekoacutew wyposażone początkowo w pompy
tłokowe z napędem parowym następnie gazowym (ok 1900 r) i elektrycznym (1920) ktoacutere
umożliwiły podniesienie dna kanału za pompownią do rzędnej wynikającej z możliwego -
minimalnego zagłębienia kanału (rys 24) Pośrednie pompownie ściekoacutew nie zmniejszają
jednak w zasadniczy sposoacuteb kosztoacutew budowy systemoacutew grawitacyjno-pompowych a to
głoacutewnie ze względu na fakt że same są drogie w budowie i eksploatacji Z tych też
względoacutew kanalizacja konwencjonalna należy do najdroższych elementoacutew infrastruktury
podziemnego uzbrojenia terenoacutew zurbanizowanych (miejsko-przemysłowych)
Na terenach wiejskich o luźnej zabudowie przy kryterium gęstości zaludnienia
mniejszej od 120 mieszkańcoacutew na km sieci przyjętym w Polsce (a w Europie lt 150
mieszkańcoacutew na km) stosowane są nadal bezodpływowe zbiorniki ściekoacutew (szamba)
oproacuteżniane wozami asenizacyjnymi bądź też budowane są oczyszczalnie bdquonaturalnerdquo - z
drenażem rozsączającym ścieki do gruntu Obecnie ciecz nadosadową z szamb proponuje się
odprowadzać tzw odciążoną - małośrednicową (do 100 mm) kanalizacją grawitacyjną do
lokalnych oczyszczalni ściekoacutew bądź też stosować kanalizację niekonwencjonalną
nadciśnieniową lub podciśnieniową [1 2] Układy takie wymagają jednak częstego płukania
kanałoacutew w tym wodą z hydrantoacutew pożarowych Ogoacutelnie są drogie w eksploatacji
25 KANALIZACJA NIEKONWENCJONALNA
Już na początku XX wieku w oparciu o nowe możliwości techniczne zaczęły pojawiać
się roacuteżnego rodzaju koncepcje konstruowania sieci kanalizacyjnych o przepływie
wymuszonym - w przewodach zamkniętych z wykorzystaniem nad- lub podciśnienia jako
KANALIZACJA I
13
czynnikoacutew do transportu ściekoacutew Praktycznie możliwość stosowania kanalizacji
ciśnieniowej (tzw tłocznej) bądź podciśnieniowej (tzw proacuteżniowej) zaistniała dopiero z
końcem lat sześćdziesiątych dzięki opracowaniu na zachodzie Europy i w USA konstrukcji
małych i niezawodnych urządzeń do usuwania ściekoacutew łącznie z zawartymi w nich ciałami
stałymi Urządzenia te instalowane na poszczegoacutelnych posesjach usuwają okresowo
zbierane w zbiornikach ścieki do przewodu kanalizacyjnego ułożonego na niewielkiej
głębokości Dostępność tych urządzeń powoduje że kanalizacja niekonwencjonalna staje się
coraz częściej rozwiązaniem alternatywnym do układoacutew konwencjonalnych (grawitacyjnych)
Zastosowanie kanalizacji niekonwencjonalnej uzasadnione jest zwłaszcza gdy
spadek terenu jest bliski zeru
występuje wysoki poziom woacuted podziemnych
są trudne warunki fundamentowe (np podłoże skaliste)
zabudowa ma charakter pasmowy o małej gęstości zaludnienia
odpływ ściekoacutew jest sezonowy (kempingi)
Kanalizacja niekonwencjonalna ma następujące zalety
lepiej spełnia warunki sanitarne i zasady ochrony środowiska bowiem ze względu na
wymaganą szczelność przewodoacutew kanalizacyjnych wykluczona jest zaroacutewno
eksfiltracja ściekoacutew do gruntu jak i infiltracja woacuted podziemnych do kanałoacutew co
prowadzi do zmniejszenia wymiaroacutew i kosztoacutew oczyszczalni ściekoacutew
możliwe jest płytkie układanie przewodoacutew ściekowych - bdquoroacutewnoleglerdquo do powierzchni
terenu (na głębokościach poroacutewnywalnych z przewodami wodociągowymi) co
przyczynia się do znacznego skroacutecenia czasu i kosztoacutew realizacji inwestycji (poprzez
zmniejszanie objętości roboacutet ziemnych eliminację odwodnienia wykopoacutew itp)
uzyskuje się dość istotne zmniejszenie średnic kanałoacutew (przewodoacutew ściekowych)
wskutek większych prędkości przepływu (pełnym przekrojem) co przyczynia się do
zmniejszenia kosztoacutew budowy sieci
łatwe jest rozwiązywanie kolizji z innymi instalacjami uzbrojenia podziemnego terenu
(analogicznie jak w przypadku sieci wodociągowej)
strumień ściekoacutew w stosunku do kanalizacji konwencjonalnej (grawitacyjnej)
zmniejsza się nawet o 50 wskutek min braku infiltracji woacuted podziemnych oraz
woacuted deszczowych z tzw dzikich (lub błędnych) podłączeń czy też dopływających
przez otwory wentylacyjne we włazach studzienek
Kanalizacja niekonwencjonalna ma roacutewnież wady w stosunku do tradycyjnego -
grawitacyjnego sposobu odprowadzania ściekoacutew mianowicie
większą zawodność działania ze względu na możliwość awarii elementoacutew
mechanicznych i elektrycznych w tym automatyki mogących prowadzić do skażenia
środowiska
konieczność ciągłego i niezawodnego dostarczania zmiennego w czasie strumienia
energii elektrycznej
konieczność dokonywania regularnych przeglądoacutew i konserwacji urządzeń przez
wykwalifikowanych pracownikoacutew - generalnie znacznie droższa w eksploatacji
Ponadto kanalizacja niekonwencjonalna ma jak dotychczas ograniczony zasięg
działania limitowany min
wysokością ciśnienia w sieci ndash w praktyce do 04 MPa w przypadku systemu
tłocznego co ogranicza jego zastosowanie do dzielnic mieszkaniowych czy zakładoacutew
wysokością podciśnienia w sieci ndash w praktyce do 006 MPa w przypadku systemu
proacuteżniowego co ogranicza jego zasięg działania do ok 2 km wokoacuteł centralnej stacji
proacuteżniowej (CSP) i liczbę mieszkańcoacutew objętych systemem do ok 1500 Mk
KANALIZACJA I
14
251 CHARAKTERYSTYKA KANALIZACJI CIŚNIENIOWEJ
Częściej stosowana jest obecnie kanalizacja nadciśnieniowa zwana potocznie
ciśnieniową składa się z
wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych (w budynkach)
urządzeń zbiornikowo-tłocznych typu pneumatycznego bądź hydraulicznego
(pompowego)
ciśnieniowych przyłączy domowych i przewodoacutew sieci zewnętrznych
pneumatycznych stacji do płukania bądź przewietrzania przewodoacutew (PSP)
oczyszczalni ściekoacutew
Rys 25 Schematy ideowe kanalizacji ciśnieniowej typu pompowego (po lewej) oraz typu
pneumatycznego (po prawej) a) sytuacja terenowa b) profil podłużny
Wewnętrzne instalacje kanalizacyjne budowane są analogicznie jak w kanalizacji
konwencjonalnej (grawitacyjnej) Elementem dodatkowym jest często osobny przewoacuted
wentylacyjny wyprowadzony ponad połać dachową służący do na- i odpowietrzania
urządzenia zbiornikowo-tłocznego
Urządzenia zbiornikowo-tłoczne pełnią funkcję miniaturowych pompowni ściekoacutew
co zgodnie z ideą kanalizacji ciśnieniowej umożliwia ich stosowanie nawet w najmniejszych
obiektach - budynkach jednorodzinnych Urządzenia te mogą być instalowane zaroacutewno w
piwnicach budynkoacutew jak i na zewnątrz bezpośrednio w gruncie z zachowaniem
odpowiedniego przykrycia gruntem (rys 25) Produkowane obecnie zblokowane urządzenia
zbiornikowo-tłoczne mają rozmaite rozwiązania konstrukcyjne spośroacuted ktoacuterych można
wyroacuteżnić 2 zasadnicze typy
pneumatyczne - oparte na zasadzie wytłaczania ściekoacutew sprężonym powietrzem z
ciśnieniowego zbiornika zamkniętego
hydrauliczne (pompowe) - wyposażone w pompę śrubową sprzęgniętą wspoacutelnym
wałem z rozdrabniarką umieszczone w zbiorniku - bezciśnieniowym
Niezależnie od konstrukcji urządzenia zbiornikowo - tłoczne umieszcza się poniżej
wylotu wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych dla umożliwienia ich grawitacyjnego
napełniania się Urządzenia te pracują okresowo a czynnikiem sterującym ich działanie jest
poziom ściekoacutew w zbiorniku wyroacutewnawczym W kanalizacji ciśnieniowej stosuje się też
pompownie ściekoacutew budowane według klasycznych schematoacutew - wyposażone w pompy
zatopione w ściekach o konstrukcji odpornej na zapychanie się (wirniki odpowiedniego
KANALIZACJA I
15
kształtu kraty bądź kosze na zanieczyszczenia na dopływie) bądź też wyposażone w
rozdrabniarki Ostatnio zaleca się do stosowania tzw tłocznie ściekoacutew tj pompownie
ściekoacutew zblokowane z urządzeniami do separacji ciał stałych (tzw pompownie sitowe)
Transport zanieczyszczeń grubo dyspersyjnych typu włoacuteknistego (np tekstylia
produkty stosowane do wyroboacutew środkoacutew higieny osobistej) stwarza problemy
eksploatacyjne ndash zapychanie się wirnikoacutew pomp prowadzące do awarii W tłoczniach
ściekoacutew bytowo-gospodarczych na dopływach do zbiornikoacutew retencyjnych pomp instaluje
się osadniki wyposażone w kraty i zawory zwrotne w celu niedopuszczania do pomp
zanieczyszczeń grubych Do zbiornikoacutew retencyjnych pomp dopływają tylko bdquopodczyszczone
ściekirdquo ktoacutere są następnie wytłaczane przez pompy a tłoczone ścieki przepływają przez
osadnik i płuczą go z zanieczyszczeń grubo dyspersyjnych (zwykle brak zagniwania ściekoacutew
w zbiorniku retencyjnym pompowni) Przykład tłoczni ściekoacutew podano na rysunku 251
Rys 251 Przykładowa tłocznia ściekoacutew (1 - pompa 2 ndash złącze 3 ndash prowadnice montażowe pompy
4 - krata 5 ndash dopływ ściekoacutew 6 - zawoacuter zwrotny kulowy 7 ndash osadnik 8 ndash kolano rewizyjne 9 ndash
przewoacuted tłoczny 10 ndash klapa zwrotna)
Studnie zbiorcze pompowni czy też tłoczni ściekoacutew powinny mieć odpowiednią
pojemność buforową na wypadek zaniku zasilania elektrycznego lub awarii pomp Wg ATV
A-116 pojemność ta wynosić powinna co najmniej 30 dm3 na mieszkańca i dobę
Sieć ciśnieniowych przewodoacutew kanalizacyjnych budowana jest z założenia jako
rozgałęźna Stosowane są roacutewnież układy z pozoru bdquoobwodowe - pierścieniowerdquo ktoacutere
umożliwiają jedynie okresową zmianę kierunku przepływu ściekoacutew co zwiększa
niezawodność systemu Zmiany kierunku przepływu ściekoacutew odbywają się okresowo
poprzez zamykanie i otwieranie odpowiednich zasuw działowych Tak więc z pozoru sieć
bdquopierścieniowardquo jest tutaj nadal siecią rozgałęźną ndash sterowaną (rys 25)
Pneumatyczne stacje płuczące (PSP) Doświadczenia wskazują na celowość
instalowania na końcoacutewkach sieci bądź w tzw węzłach newralgicznych urządzeń
płuczących ndash zwykle przedmuchujących sieć sprężonym powietrzem (kilka razy w ciągu
doby głoacutewnie w godzinach nocnych) Przedmuchiwanie ktoacutere trwa zwykle od 5 do 10 minut
poza tym że usuwa osady oraz skraca czas przebywania ściekoacutew w sieci natlenia je i usuwa
H2S i siarczki PSP wyposażone są w sprężarki (kompresory) ze zbiornikami powietrza
Lokalizuje się je pod ziemią bądź w budynkach wolnostojących
252 CHARAKTERYSTYKA KANALIZACJI PODCIŚNIENIOWEJ
Idee daleko posuniętej oszczędności zużycia wody a także minimalizacji kosztoacutew
oczyszczania ściekoacutew (np na statkach dalekomorskich) doprowadziły do powstania
kanalizacji podciśnieniowej - dwuprzewodowej Oddzielnym przewodem odprowadzane są
KANALIZACJA I
16
ścieki fekalne z WC oraz oddzielnym przewodem pozostałe ścieki - z wanien natryskoacutew
zlewozmywakoacutew itp Zasadą układu dwuprzewodowego jest podział ściekoacutew na silnie
zanieczyszczone ścieki fekalne (z ciałami stałymi) oraz mało stężone pozostałe ścieki i
oddzielne ich oczyszczanie odpowiednio do ich składu wydajnymi technologiami
Podstawową zaletą powyższego systemu jest więc oszczędność wody na spłukiwanie misek
ustępowych
W kanalizacji komunalnej stosowany jest jednoprzewodowy układ (rys 26)
Rys 26 Schemat kanalizacji podciśnieniowej osiedla mieszkaniowego (układ jednoprzewodowy)
Klasyczna miska ustępowa bdquozużywardquo od 5 do 10 litroacutew wody na jedno zadziałanie
zbiornika Miska ustępowa wyposażona w zawoacuter oproacuteżniający - sterowany podciśnieniem
zużywa tylko ok 15 litra wody (i do 100 litroacutew powietrza na zassanie zawartości miski)
Taki układ kanalizacji jest zwłaszcza celowy do zastosowania tam gdzie stosowany jest
podwoacutejny system wodociągowy rozprowadzający wodę o zroacuteżnicowanej jakości Np woda
powstała po uproszczonym oczyszczeniu ściekoacutew - poza fekalnymi używana jest ponownie
np do spłukiwania misek ustępowych
Kanalizację podciśnieniową zwaną potocznie proacuteżniową tworzą następujące elementy
1 Wewnętrzne instalacje kanalizacyjne (w budynkach obiektach)
2 Studzienki zbiorcze z zaworami oproacuteżniającymi
3 Podciśnieniowe przyłącza domowe i przewody sieci zewnętrznych
4 Centralna stacja proacuteżniowa (CSP)
5 Oczyszczalnia ściekoacutew
W kanalizacji podciśnieniowej ścieki są zasysane ze studzienek zbiorczych z zaworami
oproacuteżniającymi do zbiornikoacutew wodno-powietrznych znajdujących się w centralnej stacji
proacuteżniowej (CSP) skąd są następnie odprowadzane (najczęściej hydraulicznie ndash pompowo)
do oczyszczalni ściekoacutew (rys 261)
Rys 261 Schemat ideowy kanalizacji podciśnieniowej (jednoprzewodowej)
KANALIZACJA I
17
O wyborze systemu odprowadzania ściekoacutew powinna decydować każdorazowo analiza
techniczno - ekonomiczna opłacalności inwestycji tj łącznie kosztoacutew budowy i eksploatacji
systemu [1 2]
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania budowy i eksploatacji systemoacutew kanalizacji
niekonwencjonalnej podane zostaną na II stopniu studioacutew (dla specjalności ZWUŚ i ZO)
3 SYSTEMY KANALIZACJI GRAWITACYJNEJ
31 KANALIZACJA OGOacuteLNOSPŁAWNA
311 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI OGOacuteLNOSPŁAWNEJ
Historycznie pierwsze systemy kanalizacyjne były budowane jako ogoacutelnospławne
Obecnie istnieją w najstarszych fragmentach zabudowy miast Wspoacutełcześnie w wyniku
rozbudowy miast nowe fragmenty zabudowy kanalizowane są najczęściej w systemie
rozdzielczym głoacutewnie ze względu na możliwość osiągnięcia wyższej efektywności
oddzielnego oczyszczania ściekoacutew bytowych-gospodarczych przemysłowych i deszczowych
Istota kanalizacji ogoacutelnospławnej to
jednoprzewodowy transport wszystkich rodzajoacutew ściekoacutew do oczyszczalni
konieczność odciążania oczyszczalni ściekoacutew przez przelewy burzowe czy zbiorniki
retencyjne w okresie trwania opadoacutew (strumień ściekoacutew jest woacutewczas nawet kilkadziesiąt
razy większy niż w okresie tzw suchej pogody)
Poniżej podano schematy funkcjonalne grawitacyjnej kanalizacji ogoacutelnospławnej w
skali bdquomikrordquo - pojedynczych budynkoacutew oraz w skali bdquomakrordquo ndash miejscowości (rys 31 i 32)
Rys 31 Schemat funkcjonalny kanalizacji ogoacutelnospławnej - w skali bdquomikrordquo(A)
Pk ndash pion kanalizacyjny wu ndash wpust uliczny R ndash rynna st - studzienka kanalizacyjna
Rys 32 Schemat funkcjonalny kanalizacji ogoacutelnospławnej - w skali bdquomakrordquo
Pb - przelew burzowy zbr - zbiornik retencyjny OŚ- oczyszczalnia ściekoacutew
KANALIZACJA I
18
312 ODCIĄŻENIE HYDRAULICZNE KANALIZACJI OGOacuteLNOSPŁAWNEJ
Do odciążenia hydraulicznego sieci w systemie kanalizacji ogoacutelnospławnej - podczas
trwania intensywnych opadoacutew deszczu stosowane są przelewy burzowe i zbiorniki
retencyjne Schematy ideowe zabudowy takich obiektoacutew przedstawiono na rysunku 33
Przelewy burzowe
Zbiorniki retencyjne
na boczniku
na kolektorze
odpływ awaryjny
Rys 33 Schematy ideowe sposoboacutew odciążeń kanalizacji ogoacutelnospławnej (oraz deszczowej)
Przelewy burzowe na kanalizacji ogoacutelnospławnej budowane są głoacutewnie w celu
zabezpieczenia oczyszczalni ściekoacutew przed przeciążeniem hydraulicznym i spadkiem
sprawności jej działania zwłaszcza części biologicznej i chemicznej podczas pogody
deszczowej
zmniejszenia wymiaroacutew kolektora - za przelewem
Zadaniem hydraulicznym przelewu burzowego jest podział strumienia dopływu Qd
ściekoacutew do obiektu na dwa strumienie
Qo - odpływu do oczyszczalni ściekoacutew (Qo = Qd ndash Qb)
Qb - odpływu kanałem burzowym do odbiornika (Qb = Qd ndash Qo)
w ściśle określonych proporcjach
Wg RMŚ z 2014 r limitowana jest wartość średniej rocznej liczby zadziałań przelewoacutew
burzowych w roku czyli zrzutoacutew ściekoacutew z przelewu do odbiornika ndash dla miast o
roacutewnoważnej liczbie mieszkańcoacutew RLM gt 100 000 [1 2 3] Mianowicie w komunalnej
kanalizacji ogoacutelnospławnej ścieki z przelewoacutew burzowych mogą być odprowadzane do
śroacutedlądowych woacuted powierzchniowych płynących lub przybrzeżnych o ile średnia roczna
liczba zrzutoacutew burzowych z przelewoacutew nie przekracza 10 W aglomeracjach miejskich o
RLM lt 100 000 dopuszcza się zrzuty burzowe gdy w chwili rozpoczęcia działania przelewu
strumień objętości zmieszanych ściekoacutew jest co najmniej czterokrotnie większy od
średniego dobowego strumienia ściekoacutew w okresie pogody bezopadowej (Qśc(pb)) Przelewy
burzowe należy więc projektować na strumień graniczny - odpływu do oczyszczalni [3]
)( ) 1( bpścrpgro QnQQ (31)
gdzie
nrp - początkowe rozcieńczenie ściekoacutew nrp ge 3
KANALIZACJA I
19
Najczęściej stosowane są dwa rodzaje przelewoacutew burzowych
z jednostronną boczną krawędzią przelewową
z dwustronnymi bocznymi krawędziami przelewowymi
Każdy rodzaj przelewu może działać z dławionym (za pomocą rury dławiącej zastawki
czy regulatora wirowego) bądź niedławionym odpływem ściekoacutew (Qo) w kierunku
oczyszczalni Schematy urządzeń do odciążania hydraulicznego kanalizacji ogoacutelnospławnej
za pomocą przelewoacutew burzowych podano na rysunkach 34 35 i 36
Przelew boczny jednostronny
Rys 34 Schemat i przekroacutej poprzeczny jednostronnego bocznego przelewu burzowego
(z niedławionym bądź dławionym strumieniem odpływu Qo do oczyszczalni Qd ndash strumień
dopływu do przelewu Q = Qb - strumień zrzutu burzowego do odbiornika)
Przelew boczny dwustronny
Rys 35 Schemat i przekroacutej poprzeczny dwustronnego bocznego przelewu burzowego
z niedławionym bądź dławionym strumieniem odpływu Qo do oczyszczalni Qd - strumień
dopływu do przelewu Q = Qb - strumień zrzutu burzowego do odbiornika)
Rys 36 Przekroacutej podłużny bocznego przelewu burzowego z rurą dławiącą
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania i wymiarowania przelewoacutew burzowych na
kanalizacji ogoacutelnospławnej - z przykładami obliczeniowymi podane są w II tomie
podręcznika [3] (- w zakresie II stopnia studioacutew - magisterskich)
Zbiorniki retencyjne pełnią podobną funkcję hydrauliczną jak przelewy burzowe
Głoacutewnym parametrem eksploatacyjnym każdego zbiornika retencyjnego jest wspoacutełczynnik
redukcji strumieni ściekoacutew β [1 2 3]
= QoQd (32)
gdzie
Qo - strumień objętości (natężenie przepływu) ściekoacutew odpływających ze zbiornika
Qd - strumień objętości ściekoacutew dopływających do zbiornika
KANALIZACJA I
20
Zbiorniki retencyjne buduje się je najczęściej na kanalizacji ogoacutelnospławnej i
deszczowej do przetrzymywania - retencjonowania ściekoacutew jako (rys 37)
otwarte - terenowe (w zagłębieniach naturalnych lub sztucznych) bądź jako
kryte - podziemne (tradycyjnie żelbetowe lub obecnie też z tworzyw sztucznych w
tym tzw bdquorurowerdquo zbudowane z odcinkoacutew rurociągoacutewkanałoacutew o dużych średnicach
oraz bdquoskrzynkowerdquo otoczone geowłoacutekniną)
A) B)
Rys 37 Rodzaje kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych
A) zbiornik terenowy (otwarty) B) zbiornik podziemny (kryty)
Schematy przykładowych konstrukcji zbiornikoacutew retencyjnych do odciążania
hydraulicznego kanalizacji ogoacutelnospławnej podano na rysunkach 38 i 39
Rys 38 Schemat zbiornika krytego na boczniku
(widok z goacutery i przekroacutej podłużny)
Na kanalizacji ogoacutelnospławnej nie dopuszcza się zasadniczo do podtopienia kanału
dopływowego przed przelewem min ze względu na możliwość odkładania się osadoacutew Stąd
konieczność stosowania wewnątrz krytych zbiornikoacutew przelewoacutew do awaryjnego zrzutu
ściekoacutew (rys 38)
Rys 39 Schemat zbiornika otwartego na kolektorze
(przekroacutej podłużny i widok z goacutery)
KANALIZACJA I
21
Podczas pogody bezdeszczowej ścieki bytowo-gospodarcze nie wpływają do otwartej
komory retencyjnej zbiornika przedstawionego na rysunku 39 a przepływają kanałami pod
dnem zbiornika Ze względoacutew sanitarnych powierzchnie skarp i dna zbiornika powinny być
uszczelnione Zbiornik powinien być też ogrodzony i oznaczony tablicami ostrzegawczymi
W celu ochrony zwłaszcza małych odbiornikoacutew ściekoacutew stosuje się lokalne
retencjonowanie i podczyszczanie ściekoacutew pochodzących ze zrzutoacutew burzowych o wielkości
strumienia Q gt 10 SNQ - średniego niskiego przepływu wody w odbiorniku (rys 310)
Rys 310 Schematy ideowe sposoboacutew ograniczenia ładunku zanieczyszczeń odprowadzanych do
odbiornikoacutew z przelewoacutew na kanalizacji ogoacutelnosławnej (pb ndash przelew burzowy)
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania i wymiarowania zbiornikoacutew retencyjnych - z
przykładami obliczeniowymi podane są w II tomie podręcznika [3]
313 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
OGOacuteLNOSPŁAWNEJ W POLSCE
W Polsce stosowane były niewłaściwe - w świetle wspoacutełczesnej wiedzy (rozdz 5divide8
podręcznika [2]) - opracowane w latach pięćdziesiątych XX wieku metody wymiarowania
kanalizacji ogoacutelnospławnej Podczas tzw suchej pogody kanałami ogoacutelnospławnymi płyną
ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe oraz wody przypadkowe w tym infiltracyjne
Podczas pogody deszczowej - dodatkowo wodyścieki deszczowe Wymiary (średnice)
kanałoacutew dobierane były błędnie - do całkowitego wypełnienia przekroju na strumień
objętości (Q)
Q = Qh max śc + Qm (33)
gdzie
Qh max śc - maksymalny godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysło-
wych
Qm - miarodajny strumień ściekoacutew deszczowych - z wzoru Błaszczyka wg metody
granicznych natężeń (MGN) bądź metody stałych natężeń (MSN)
Stosowany w obu metodach obliczeniowych (MGN i MSN) wzoacuter Błaszczyka oparty
na opadach z przełomu XIX i XX wieku zaniża obecne natężenia deszczy we Wrocławiu o
rząd 40 [1 2] Ponadto założenia wyjściowe MGN - najczęściej dotychczas stosowanej w
Polsce prowadzą do dalszej redukcji strumienia spływu woacuted opadowych (Qm) w stosunku do
innych metod czasu przepływu stosowanych przykładowo w Niemczech w podobnych
warunkach hydrologicznych W rezultacie zaniżenie wartości bilansowanych strumieni woacuted
opadowych (Qm) sięgać może nawet 100 (rozdz 85 podręcznika [2]) Tak zwymiarowane
systemy kanalizacyjne podatne są na częste wylania ktoacutere jeszcze w większym stopniu
wystąpią w przyszłości wskutek zmian klimatu (rozdz 4 [2])
UWAGA Podstawą bezpiecznego wymiarowania nowych bądź modernizowanych systemoacutew
kanalizacji ogoacutelnospławnej jest właściwy bilans strumieni ściekoacutew (rozdz 5 [2]) oraz woacuted
opadowych (rozdz 6 7 i 8 [2]) ndash zapewniający osiągnięcie wspoacutełcześnie wymaganego
standardu odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych (rozdz 1 w II tomie [3])
KANALIZACJA I
22
32 KANALIZACJA ROZDZIELCZA
321 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI ROZDZIELCZEJ
System kanalizacji rozdzielczej ze swej istoty jest dwu- lub więcej przewodowy W
miastach na ogoacuteł dwuprzewodowy złożony z
kanałoacutew ściekowych - odprowadzających ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe
do miejskiej oczyszczalni
kanałoacutew deszczowych - ze zrzutem ściekoacutew do odbiornika (po podczyszczeniu)
W zakładach przemysłowych system ten jest na ogoacuteł troacutejprzewodowy występują
kanały ściekowe (na ścieki bytowe pracownikoacutew)
kanały deszczowe
kanały ściekoacutew przemysłowych (technologicznych) - ze zrzutem ściekoacutew (po
podczyszczeniu na terenie zakładu) do miejskiej kanalizacji ściekowej
Schematy funkcjonalne kanalizacji rozdzielczej przedstawiono w skali bdquomikrordquo ndash na
rys 311 oraz w skali bdquomakrordquo ndash całej miejscowości na rys 312
Rys 311 Schemat funkcjonalny kanalizacji rozdzielczej - w skali bdquomikrordquo
(Pk ndash pion kanalizacyjny wu ndash wpust uliczny R ndash rynna)
Rys 312 Schemat funkcjonalny kanalizacji rozdzielczej - w skali bdquomakrordquo
(zbr- zbiornik retencyjny OŚ- oczyszczalnia ściekoacutew)
W przypadku gdy odbiornik charakteryzuje się małym - średnim niskim przepływem
(SNQ) bądź jest szczegoacutelnie chroniony nie należy w trakcie trwania opadu zrzucać dużych
objętości ściekoacutew deszczowych Należy więc budować zbiorniki retencyjne z dławionym
odpływem - sterowanym np regulatorami hydrodynamicznymi (omoacutewione w rozdz 4 i 5 -
w II tomie podręcznika [3]) Na wylotach kanałoacutew deszczowych do odbiornikoacutew a najlepiej
w miejscu powstawania zanieczyszczeń wymagane jest obecnie stosowanie podczyszczalni
KANALIZACJA I
23
mechanicznych ściekoacutew opadowych ndash w postaci separatoroacutew sedymentacyjno-flotacyjnych
(omoacutewionych w rozdz 6 - w II tomie podręcznika [3])
UWAGA Zasady wymiarowania i doboru regulatoroacutew hydrodynamicznych oraz osadnikoacutew-
piaskownikoacutew i flotatoroacutew substancji ropopochodnych zostaną podane na II stopniu studioacutew
322 ODCIĄŻENIE HYDRAULICZNE KANALIZACJI DESZCZOWEJ
Do odciążenia hydraulicznego sieci deszczowej w systemie kanalizacji rozdzielczej
podczas trwania intensywnych opadoacutew deszczu stosowane są najczęściej zbiorniki
retencyjne z dławionym odpływem Zbiorniki te stanowią ważny element zaroacutewno
modernizowanych jak i nowoprojektowanych sieci kanalizacyjnych pełniąc rolę
regulacyjno-redukcyjną strumieni ściekoacutew Schematy ideowe zabudowy takich obiektoacutew
specjalnych podano już na rys 33 Na rys 312a przedstawiono dwa warianty rozbudowy
kanalizacji deszczowej związane z podłączeniem nowej zlewni deszczowej do istniejącego
kolektora o ograniczonej przepustowości (Qmax = 1000 dm3s) z zastosowaniem zbiornikoacutew
retencyjnych
a) na istniejącym kolektorze (po lewej) - znaczne koszty i utrudnienia podczas budowy
b) na bocznym kanale odpływowym z nowej zlewni (po prawej) ndash lepszy wariant
Nowa zlewnia F
Kolektor o
Qmax = 1000 ls
Regulator
QR = 1000 ls
Q3 = 1350 ls
Q2 = 600 lsZbiornik retencyjny V1
Q1 = 750 ls
Kolektor o
Qmax = 1000 ls
Q4 = 1000 ls
Q1 = 750 ls
Nowa zlewnia F
Zbiornik retencyjny V2
Regulator QR = 250 ls
Q2 = 600 ls
Q3 = 250 ls
Rys 312a Przyłączanie nowej zlewni (F) do kolektora o ograniczonej przepustowości (Qmax = 1000
dm3s) poprzez zbiornik retencyjny a) na istniejącym kolektorze (V1) b) na nowym kanale (V2)
Głoacutewnie ze względu na zasadę działania grawitacyjne zbiorniki retencyjne ściekoacutew
deszczowych podzielić można na dwie grupy a mianowicie
przepływowe - klasyczne (najczęściej jednokomorowe)
przelewowe - nowej generacji (dwu- lub więcej komorowe)
Zaroacutewno konstrukcje przepływowe jak i przelewowe mają swoje zalety i wady
Klasyczne już przepływowe zbiorniki retencyjne budowane są z reguły jako ziemne -
odkryte natomiast przelewowe (wielokomorowe) zbiorniki retencyjne nowej generacji są z
reguły żelbetowe - podziemne Ma to niewątpliwie wpływ na koszty ich budowy O wyborze
danej konstrukcji zbiornika decydować powinna analiza techniczno-ekonomiczna wariantoacutew
rozwiązań technicznych przy uwzględnieniu miejscowych uwarunkowań terenowych
Zbiornik przepływowy
max
dopływ
odpływ
dławiony
Qd
Qo
komora
retencyjna
Vu
min
Rys 312b Schemat działania jednokomorowego przepływowego zbiornika retencyjnego
KANALIZACJA I
24
Zbiornik przepływowy - klasyczny ma następujące wady
znaczna objętość użytkowa (Vu) komory retencyjnej (KR)
zmienny w czasie odpływ ze zbiornika (Qo) zależny od stopnia jego wypełnienia
odkładanie się zanieczyszczeń wleczonych na dnie zbiornika
znaczne koszty eksploatacji obiektu (płukanie po każdym opadzie)
Zbiornik przelewowy
Nowoczesne wielokomorowe przelewowe zbiorniki retencyjne (rys 33d) wyposażone
są w komorę przepływową (KP) z dławionym odpływem oddzieloną od komory retencyjnej
(KR) pionową przegrodą - z bocznym przelewem w części goacuternej i zaworem klapowym
(spustowym) przy dnie zbiornika
przegroda stała
rura wentylacyjna
kanał doprowadzający
komora akumulacyjna rura dławiąca
komora
przepływowa
zawoacuter klapowy
Rys 312d Schemat ideowy dwukomorowego zbiornika przelewowego
Zbiornik przelewowy cechuje się przede wszystkim mniejszą objętością użytkową (V1)
komory retencyjnej (KR) w poroacutewnaniu do zbiornika przepływowego ndash nawet o rząd 30
max Qd
Qo
komora
retencyjna
dopływ
odpływ
dławiony
komora
przepływowa
otwoacuter
klapowy
krawędź
przelewowa
V1
V3
Rys 312e Schemat działania dwukomorowego przelewowego zbiornika retencyjnego (Vu = V1 + V3)
V1 - objętość komory retencyjnej (KR) V3 - objętość komory przepływowej (KP)
Graficzne poroacutewnanie objętości na akumulację ściekoacutew w zbiornikach przepływowym
(tradycyjnym) i przelewowym - dwukomorowym podano na rysunku 312f
Rys 312f Przebieg akumulacji ściekoacutew deszczowych w zbiornikach retencyjnych
1 - modelowy hydrogram przepływu w kanale dopływowym - przed zbiornikiem
2 - hydrogram przepływu w kanale odpływowym - po zbiorniku przelewowym (V1+V3)
3 - hydrogram przepływu w kanale odpływowym - po zbiorniku przepływowym (V1+V2+V3)
KANALIZACJA I
25
Z analizy przebiegu retencji wynika iż objętość użytkowa (Vu) zbiornika
przepływowego składa się z trzech objętości cząstkowych Vu = V1 + V2 + V3 a zbiornika
przelewowego tylko z dwoacutech Vu = V1 + V3
323 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
ROZDZIELCZEJ W POLSCE
W Polsce stosowano (od lat pięćdziesiątych XX wieku) niewłaściwe obecnie - w
świetle wspoacutełczesnej wiedzy (rozdz 4divide8 podręcznika [2]) zasady i metody wymiarowania
grawitacyjnej kanalizacji rozdzielczej w odniesieniu zaroacutewno do kanałoacutew ściekowych a
zwłaszcza do kanałoacutew deszczowych wraz z obiektami specjalnymi
Sieć deszczowa działa okresowo - w czasie tzw mokrej pogody Podczas suchej pogody
płyną tylko wody przypadkowe w tym infiltracyjne
Kanały ściekowe (w żargonie bdquosanitarne) wymiarowane były na strumień
Q = 2Qh max śc (34)
Średnice kanałoacutew ściekowych dobierane były w uproszczeniu - na
podwojony maksymalny godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-
gospodarczych i przemysłowych tj przy uwzględnieniu woacuted
przypadkowych w tym infiltracyjnych w wysokości Qh max śc jako
mieszczących się w 100 rezerwie przepustowości dobranej
średnicy kanału
Kanały deszczowe
Q = Qm (35)
Wymiary kanałoacutew deszczowych dobierane były niewłaściwie - do
całkowitego wypełnienia przekroju Nie uwzględniano więc żadnej
rezerwy - na przyszłościowy rozwoacutej związanej ze zwiększaniem się
stopnia uszczelnienia powierzchni zlewni czy też wynikającej ze
zmian klimatycznych Miarodajny do wymiarowania kanałoacutew
deszczowych strumień ściekoacutew (Qm) obliczany był dwoma
metodami MGN lub MSN ndash obie z niewłaściwym obecnie wzorem
Błaszczyka na natężenie deszczy dla zakładanych częstości
występowania opadoacutew o wydłużonym czasie trwania (o
koncentrację terenową i retencję kanałową)
Ponadto przy wymiarowaniu kanałoacutew deszczowych w Polsce dopuszczano możliwość
częstszych ich przepełnień a więc i wylewoacutew z sieci w stosunku do kanałoacutew
ogoacutelnospławnych Przykładowo kolektory deszczowe w terenach płaskich wymiarowane
były na częstość występowania opadoacutew C = 2 lata a kanały boczne tylko na C = 1 rok (W
kanalizacji ogoacutelnospławnej przyjmowano odpowiednio C = 5 i C = 2 lata) Wspoacutełczynnik
spływu powierzchniowego woacuted deszczowych uzależniano wyłącznie od stopnia uszczelnienia
terenu tj z pominięciem jego spadkoacutew oraz natężeń opadoacutew projektowych
W celu zapewnienia odpowiedniego standardu odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych
w Polsce (- zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 752) oraz podniesienia niezawodności
działania kanalizacji rozdzielczej (ściekowej i deszczowej) w rozdz 5 podręcznika [2]
przedstawiono nowe zasady bilansowania strumieni ściekoacutew i woacuted przypadkowych a w
rozdz 8 zaproponowano modyfikację metody granicznych natężeń (MGN) do postaci tzw
metody maksymalnych natężeń (MMN) w tym zastąpienie wzoru Błaszczyka
wspoacutełczesnymi modelami opadoacutew maksymalnych W tomie II w rozdz 1 [3] przedstawiono
nowe zalecenia w formie wytycznych technicznych wymiarowania (WTW) sieci
odwodnieniowych i obiektoacutew specjalnych w Polsce Omoacutewiono także wymagania odnośnie
KANALIZACJA I
26
zachowania wspoacutełczesnych standardoacutew odwodnień terenoacutew także w przyszłości jako
przeciwdziałanie skutkom prognozowanych zmian klimatu w perspektywie 2100 roku
33 KANALIZACJA POacuteŁROZDZIELCZA
331 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI POacuteŁROZDZIELCZEJ
System kanalizacji poacutełrozdzielczej stosowany zwłaszcza przy modernizacjach
istniejących systemoacutew rozdzielczych czy przebudowywanych ogoacutelnospławnych jest
najczęściej dwuprzewodowy Zawiera kanały deszczowe i kanały ściekowe (bytowo-
gospodarcze i przemysłowe) połączone tzw separatorami tj obiektami specjalnymi na
kanałach deszczowych do kierowania tzw pierwszej fali odpływu - zawierającej
zanieczyszczenia spłukiwane ze zlewni oraz osady wypłukiwane z kanałoacutew deszczowych (po
okresie suchej pogody) do kanałoacutew ściekowych i do oczyszczalni ściekoacutew (rys 313)
Następna (II) fala deszczu przy wzroście strumienia Q - jako mniej zanieczyszczona
odpływa już kanałami deszczowymi do odbiornika
Rys 313 Schemat funkcjonalny kanalizacji poacutełrozdzielczej w skali bdquomakrordquo
(s ndash separator zbr ndash zbiornik retencyjny OŚ ndash oczyszczalnia ściekoacutew)
Z doświadczeń eksploatacyjnych wynika że celowe jest stosowanie separatoroacutew o
działaniu ciągłym tzn w całym okresie trwania odpływu deszczowego takich jak np
przelewy boczne z dławionym odpływem czy też upusty denne z progiem piętrzącym a
technologicznie niewłaściwe jest stosowanie separatoroacutew o działaniu okresowym - jedynie
dla pierwszej fali odpływu jak np separatory kaskadowe czy rynnowe [1 2 3]
Rys 314 Schemat separatora kaskadowego - o działaniu okresowym (dla I fali deszczu)
Rys 315 Schemat separatora rynnowego - o działaniu okresowym (dla I fali deszczu)
KANALIZACJA I
27
Rys 316 Schemat separatora w postaci przelewu bocznego z rurą dławiącą - o działaniu ciągłym
Kanalizacja poacutełrozdzielcza zapewnia dobrą ochronę odbiornika ściekoacutew ndash środowiska
bowiem najbardziej zanieczyszczone ścieki opadowe (zwłaszcza tzw I fali) kierowane są
poprzez separatory na oczyszczalnię miejską pracującą pod stałym nadzorem
332 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
POacuteŁROZDZIELCZEJ W POLSCE
Dotychczas stosowane zasady wymiarowania kanalizacji poacutełrozdzielczej są obecnie
niewłaściwe zaroacutewno w odniesieniu do kanałoacutew ściekowych jak i kanałoacutew deszczowych za
separatorami Kanały ściekowe - za separatorami były wymiarowane na maksymalny
godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych (Qh max śc) plus
strumień ściekoacutew deszczowych tzw I-szej fali (QmI) - zależnej od natężenia granicznego
deszczu płuczącego qs przyjmowanego w zakresie qs [6 15] dm3s ha stąd
Q = Qh max śc + Qm I (36)
Obecnie wg RMŚ qs ge 15 dm3s ha ndash dla zanieczyszczonej zlewni [1 2] Kanały
deszczowe wymiarowane były na zaniżony strumień Qm - obliczany z zastosowaniem
niewłaściwego obecnie wzoru Błaszczyka
Q = Qm (37)
Nowe zasady ndash bezpiecznego projektowania i wymiarowania hydraulicznego kanalizacji
poacutełrozdzielczej z separatorami strumieni objętości ściekoacutew deszczowych podano w II tomie
książki [3] (w rozdz 1 i 3)
34 ZALETY I WADY SYSTEMOacuteW KANALIZACYJNYCH
341 CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA WYBOacuteR SYSTEMU
System kanalizacji ogoacutelnospławnej
Zalety Wady
1 Kroacutetsza łączna sieć kanałoacutew 1 Małe prędkości przepływu ściekoacutew przy
suchej pogodzie (odkładanie się osadoacutew)
2 Prostszy układ sieci ndash mniejsza możliwość
kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym
2 Nieroacutewnomierna praca miejskiej
oczyszczalni ściekoacutew
3 Sieć zajmuje mniej miejsca (np pod
jezdnią)
3 Duże średnice i zagłębienia kanałoacutew
(kolizje z innym uzbrojeniem)
4 Mniejsze koszty przyłączy posesji (jeden
przykanalik)
4 Konieczność budowy przelewoacutew
burzowych zbiornikoacutew retencyjnych
5 Mniejsze koszty budowy i eksploatacji 5 Niebezpieczne dla środowiska skutki
przepełnień kanałoacutew ndash wylewoacutew
6 Brak błędnych przyłączy (jedna sieć) 6 Gnilne zapachy ze studzienek i
wpustoacutew
KANALIZACJA I
28
System kanalizacji rozdzielczej
Zalety Wady
1 Efektywniejszy proces oddzielnego
oczyszczania ściekoacutew
1 Praktycznie podwoacutejna sieć
2 Bardziej roacutewnomierna praca oczyszczalni
ściekoacutew
2 Skomplikowany układ sieci (kolizje
kanałoacutew ściekowych z deszczowymi)
3 Mniejsze średnice kanałoacutew ściekowych
(większe prędkości przepływu)
3 Podwoacutejny pas zabudowy terenu
4 Mniejsze zagrożenie środowiskowe
wylewoacutew z kanałoacutew deszczowych
4 Większe koszty przyłączy
5 Możliwość etapowania budowy kanalizacji
(np najpierw ściekowa poacuteźniej deszczowa)
5 Występowanie błędnych podłączeń
(np kanałoacutew ściekowych do kanałoacutew
deszczowych lub odwrotnie)
6 Możliwość przebudowy na kanalizację
poacutełrozdzielną ndash dobudowa separatoroacutew
6 Najczęściej większe koszty budowy
i eksploatacji
Na wyboacuter systemu kanalizacyjnego wpływ mają następujące czynniki [1 2]
Istniejąca sieć hydrograficzna (rzeki potoki kanały otwarte) rozwinięta - sprzyja
wyborowi kanalizacji rozdzielczej
Wielkość odbiornikoacutew ściekoacutew i ich zdolność do samooczyszczania się duże rzeki
sprzyjają kanalizacji ogoacutelnospławnej
Ilość i rodzaj ściekoacutew ndash zwłaszcza przemysłowych (podczyszczonych na terenie
zakładu) ndash czy mogą być odprowadzane przez przelewy najczęściej nie ndash sprzyja
kanalizacji rozdzielczej
Gęstość zabudowy terenu zwarta zabudowa sprzyja kanalizacji ogoacutelnospływowej
Możliwości finansowe w przypadku konieczności etapowania inwestycji ndash sprzyja
kanalizacji rozdzielczej
Czynniki przemawiające za wyborem kanalizacji ogoacutelnospławnej
Brak rozwiniętej sieci hydrograficznej do odprowadzania woacuted deszczowych
Odbiornik gwarantuje samooczyszczanie się ndash możliwe zrzuty ściekoacutew z przelewoacutew
Gęsta zabudowa - znaczne uszczelnienie terenu
Analiza ekonomiczna innego wariantu (kosztoacutew budowy i eksploatacji) systemu
wskazuje na większe koszty
Czynniki przemawiające za wyborem systemu rozdzielczego bądź poacutełrozdzielczego
Rozwinięta sieć hydrograficzna ndash kroacutetkie kanały deszczowe
Brak możliwości zrzutu z przelewoacutew ściekoacutew mieszanych ndash małe odbiorniki
Luźna zabudowa - mniejsze uszczelnienie terenu mniejszy odpływ woacuted deszczowych
Większa pewność poprawnego działania z punktu widzenia ochrony środowiska (w
poroacutewnaniu do systemu ogoacutelnospławnego)
Możliwość etapowania inwestycji - z braku środkoacutew finansowych (najczęściej
większe koszty budowy i eksploatacji w poroacutewnaniu do systemu ogoacutelnospławnego)
KANALIZACJA I
29
342 ETAPOWANIE BUDOWY KANALIZACJI
System rozdzielczy częściowy - w I etapie budowa kanalizacji ściekowej Sprzyjają
temu następujące czynniki
Dostarczanie wody z sieci wodociągowej co przyczynia się do większego jej zużycia
przez odbiorcoacutew i konieczność odprowadzania większego strumienia ściekoacutew bytowo-
gospodarczych w poroacutewnaniu do braku wodociągu
Niski poziom woacuted podziemnych grunt przepuszczalny i duże spadki powierzchni terenu
Luźna zabudowa małe uszczelnienie powierzchni terenu i duża infiltracja opadoacutew do woacuted
podziemnych
System rozdzielczy częściowy - w I etapie budowa kanalizacji deszczowej gdy
Mniejsze wskaźniki odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych (np brak wodociągu)
Wysoki poziom woacuted podziemnych grunt słabo przepuszczalny i małe spadki
powierzchni
Brak naturalnych odbiornikoacutew woacuted deszczowych
Etapowanie budowy kanalizacji stosuje się obecnie rzadko głoacutewnie na terenach
pozamiejskich (wiejskich) Etap II realizowany jest najczęściej po okresie 10divide20 lat
W Europie odchodzi się obecnie od idei pełnego odwodnienia terenoacutew
zurbanizowanych tj odprowadzania do kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej
wszystkich woacuted opadowych Prawidłowa gospodarka wodna w zlewniach rzek powinna
polegać na pozostawianiu na miejscu (w zlewni) jak największej objętości bdquoczystychrdquo woacuted
deszczowych aby zapobiec trwałemu obniżaniu się poziomoacutew woacuted podziemnych Przyczynia
się to też do lepszej ochrony przeciwpowodziowej miast - mniejsze maksymalne stany i
przepływy wody w rzekach [1 2 3]
4 KWANTYFIKACJA ZMIAN KLIMATU DO WYMIAROWANIA
ODWODNIEŃ TERENOacuteW
41 ZAGROŻENIA WYNIKAJĄCE ZE ZMIAN KLIMATU
W Polsce podobnie jak w innych krajach Europy i świata obserwowane są zmiany
klimatu przejawiające się głoacutewnie wzrostami
średniej rocznej temperatury powietrza
intensywności opadoacutew atmosferycznych
częstości występowania zdarzeń ekstremalnych (susze powodzie huragany trąby
powietrzne itp)
Wzrost średniej rocznej temperatury powietrza odnotowywany jest we wszystkich
regionach kraju Według raportu Międzyrządowego Zespołu ds Zmian Klimatu -
IPCC2007 tylko w okresie 1960-2005 (46 lat) nastąpił wzrost średniej rocznej temperatury
globu o 074 degC Przyrost temperatury wynioacutesł więc już około 016 degC na dekadę Natomiast
poziom moacuterz i oceanoacutew na przestrzeni lat 1901-2010 podnioacutesł się o 019 m - wg IPCC2014
Przyczyna ocieplania się klimatu ndash paradoksalnie największy przyrost temperatury
obserwuje się w zimie nie jest w pełni rozpoznana i budzi wciąż kontrowersje (tzw efekt
cieplarniany wywołany głoacutewnie emisją pary wodnej i CO2 do atmosfery) Bezsprzecznie
wzrost temperatury powietrza wywołuje istotne zmiany w cyrkulacji wody w cyklu
hydrologicznym (parowanie ndash kondensacja ndash opad) i nasilenie się występowania zwłaszcza w
ostatnich dziesięcioleciach ekstremalnych zjawisk pogodowych takich jak susze czy
powodzie Według prognoz opartych na globalnym modelu klimatu w bieżącym stuleciu
temperatura powietrza może się podnieść o dalsze 17 oC do nawet 44 oC a na każdy stopień
KANALIZACJA I
30
wzrostu temperatury przewiduje się globalnie wzrost intensywności opadoacutew o około 7
Natomiast poziom moacuterz i oceanoacutew może się podnieść nawet o 10 m co zagraża już zalaniem
znacznych powierzchni przybrzeżnych (IPCC2014)
Z powodu ocieplenia klimatu zmieni się istotnie struktura opadoacutew w Polsce w tym
roczna wysokość i częstość występowania ekstremalnych opadoacutew regionalnych Zmiany w
strukturze opadoacutew objawiają się min tym że kroacutetkie (pojedyncze) intensywne opady
deszczu będą ulegać przegrupowaniu w dłuższe nawet kilkudniowe okresy o sumie
wysokości znacznie wyższej niż dawniej Przykładowo we Wrocławiu na przestrzeni
ostatnich 5 pełnych dekad (1960-2009) odnotowano
spadkowy trend rocznej wysokości opadoacutew
wzrostowy trend odnośnie liczby dni deszczowych w roku
wzrostowy trend intensywności opadoacutew o czasach trwania od 5 minut do 3 dni -
średnio na poziomie 13 [2]
Wywoływane zmianami klimatu zagrożenia ludności i infrastruktury miast związane są
przede wszystkim z niedoborem bądź nadmiarem wody Ryzyko zaistnienia niekorzystnych w
skutkach zjawisk takich jak susza czy powoacutedź określa się zwykle jako kombinację
prawdopodobieństwa wystąpienia oraz miary ich negatywnych skutkoacutew - najczęściej jako
iloczyn miary zagrożenia i miary zawodności (straty gospodarcze i społeczne)
Przewidywanie zagrożeń związanych z niskimi oraz wysokimi stanami i przepływami woacuted w
warunkach zmieniającego się klimatu jest niezbędne dla racjonalnej gospodarki wodnej
miast Dotyczy to zwłaszcza podstaw projektowania budowy i eksploatacji ujęć wody
(powierzchniowej i podziemnej) czy też odwodnień - kanalizacji deszczowej czy
ogoacutelnospławnej na terenach zurbanizowanych
Obserwowanym efektem zmian klimatycznych i poza klimatycznych jest zjawisko
wzrostu temperatury powietrza w miastach w stosunku do terenoacutew otaczających ndash tzw
Miejska Wyspa Ciepła MWC jest wynikiem min uwalniania się ciepła w środowisku
miejskim z procesoacutew przemysłowych i komunalnych ktoacutere modyfikują lokalnie warunki
meteorologiczne Związany z niedoborem wody w miastach spadek wilgotności gleby
przejawia się przede wszystkim przesuszeniem zieleni miejskiej co ogranicza możliwości
terenoacutew biologicznie czynnych w łagodzeniu wpływu wysokiej temperatury (rys 41)
Rys 41 Prądy konwekcyjne i opady w rejonie miejskiej wyspy ciepła [wwwwikipediapl]
Zagrożenia wynikające z warunkoacutew termicznych w miastach (MWC) wzrastają na ogoacuteł
liniowo wraz ze wzrostem wielkości miast Przeciętnie intensywność oddziaływania MWC
charakteryzują lokalne przyrosty temperatury od wartości niewiele przekraczających 10 ordmC -
w małych miastach do około 25 ordmC - w dużych miastach Jednakże w dużych aglomeracjach
w przypadku wystąpienia upałoacutew ponad 35 oC roacuteżnica temperatury powietrza pomiędzy
miastem a terenami otwartymi może sięgać nawet 10 oC Skutkuje to już istotnym wzrostem
wskaźnika śmiertelności mieszkańcoacutew
Zagrożeniami w funkcjonowaniu sieci i obiektoacutew infrastruktury miast takich jak
systemy wodociągowe z ujęciami systemy kanalizacyjne z oczyszczalniami ściekoacutew czy
składowiska odpadoacutew związanymi z nadmiarem wody są głoacutewnie powodzie i podtopienia
Według prognoz opartych na pesymistycznym scenariuszu zmian klimatu (SRES A1B)
przykładowo woda stuletnia w państwach środkowej Europy będzie zdarzać się średnio
KANALIZACJA I
31
częściej niż raz na 50 lat [2] Powodzie zagrażają więc większości polskich miast -
położonych w dolinach rzecznych (powodzie rzeczne) i w strefie wybrzeża (powodzie
sztormowe) Natomiast lokalne podtopienia terenoacutew (powodzie miejskie) mogą wystąpić w
efekcie gwałtownych ulew bądź też długotrwałych intensywnych opadoacutew Sprzyja temu duże
zagęszczenie zabudowy miejskiej oraz uszczelnienie powierzchni terenu prowadzące do
zmniejszenia bądź znacznego ograniczenia infiltracji woacuted opadowych do gruntu
Zagrożenia i straty generowane powodziami miejskimi (ang Flash Flood Urban
Flood) objawiają się lokalnymi wylewami z kanałoacutew deszczowych czy ogoacutelnospławnych
(zalewanie ulic piwnic) wskutek min niedostatecznej przepustowości i retencji istniejących
sieci kanalizacyjnych - zwymiarowanych w przeszłości nieodpowiednimi obecnie metodami
Konieczna staje się więc modernizacja infrastruktury wodno-kanalizacyjnej na terenie kraju
(zwiększenie przepustowości sieci budowa zbiornikoacutew retencyjno-infiltracyjnych itp)
42 ROGNOZOWANE ZMIANY STRUKTURY OPADOacuteW W PRZYSZŁOŚCI
421 TRENDY ZMIAN ROCZNYCH WYSOKOŚCI OPADOacuteW
Przykłady badań i prognoz
bull W Niemczech w XX wieku odnotowano ogoacutelnie wzrost rocznych wysokości opadoacutew na
poziomie około 10 Jednak w środkowej i wschodniej części Niemiec wykazano
zaroacutewno istotne statystycznie trendy rosnące (np Jena) jak i malejące (np Goumlrlitz) - wg Haumlnsel S Petzold S Matschullat J Precipitation Trend Analysis for Central Eastern Germany 1851ndash
2006 Bioclimatology and Natural Hazards 2009 vol 14
bull W Polsce analizowano trendy zmian rocznych wysokości opadoacutew (na 28 stacjach
IMGW) dla danych z lat 1951ndash2009 wykazano istotny statystycznie trend rosnący np
dla Rzeszowa ale też istotny trend malejący opadoacutew np na Śnieżce Ogoacutelnie przewaga
trendoacutew malejących - wg Pińskwar I Projekcje zmian w ekstremach opadowych w Polsce Monografia KGW PAN 2010
bull Badania szeregoacutew czasowych opadoacutew w dorzeczu Goacuternej Odry (na 4 stacjach IMGW
Kłodzko Legnica Opole i Wrocław) dla danych z okresu 60 lat (1954-2013) wykazały
zmniejszanie się rocznej i sezonowej wysokości opadoacutew - wg Kaźmierczak B Kotowski A Wdowikowski M Analiza tendencji rocznych i sezonowych zmian
wysokości opadoacutew atmosferycznych w zlewni Goacuternej Odry Ochrona Środowiska 2014 vol 36 nr 3
Zagrożenia wynikające z niedoboru wody
Zasoby wodne Polski należą do najuboższych w Europie Ich wielkość w przeliczeniu
na rok i mieszkańca jest trzykrotnie mniejsza od średniej europejskiej 4560 m3 w Europie w
Polsce ndash tylko 1580 m3 Wg danych GUS znakomita większość ujmowanej wody - około
85 pochodzi z zasoboacutew woacuted powierzchniowych a 15 z zasoboacutew woacuted podziemnych W
przyszłości zwiększać się będzie ryzyko zagrożenia tzw suszami hydrologicznymi
pogłębiającymi w wieloleciu niedobory wody w miastach (niskie stany i przepływy)
422 TRENDY ZMIAN CZĘSTOŚCI WYSTĘPOWANIA
INTENSYWNYCH OPADOacuteW
Przykład badań i prognoz
We Wrocławiu na przestrzeni 50 lat (1960-2009) stwierdzono trend wzrostowy
częstości występowania intensywnych opadoacutew odpowiednio dla
C ge 1 rok o 8 - na poziomie istotności 69
C ge 2 lata o 13 - na poziomie istotności 75
C ge 5 lat o 43 - na poziomie istotności 98
C ge 10 lat o 68 - na poziomie istotności 99
KANALIZACJA I
32
C ge 1 rok C ge 2 lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
C ge 5 lat C ge 10 lat
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
mlata
Rys 12 Trendy zmian przedziałowych wysokości opadoacutew maksymalnych dla częstości
występowania C ge 1 C ge 2 C ge 5 oraz C ge 10 lat we Wrocławiu w okresie 1960-2009
- wg Kaźmierczak B Kotowski A The influence of precipitation intensity growth on the urban drainage
systems designing Theoretical and Applied Climatology 2014 vol 118 nr 1
W perspektywie 2050 r we Wrocławiu przewiduje się wzrost wysokości opadoacutew
kroacutetkotrwałych i spadek wysokości opadoacutew o dłuższych czasach trwania
- wg Kaźmierczak B Prognozy zmian maksymalnych wysokości opadoacutew deszczowych we Wrocławiu Oficyna
Wydaw Politechniki Wrocławskiej Wrocław 2019
Zagrożenia wynikające z nadmiaru wody
Według prognoz opartych na pesymistycznym scenariuszu zmian klimatu (IPCC2007
- SRES A1B) przykładowo bdquowoda 100-letniardquo w państwach środkowej Europy będzie
zdarzać się średnio częściej niż raz na 50 lat - wg Kundzewicz Z W Zmiany ryzyka powodziowego w Europie Sympozjum Paryż - Orlean 28-3003 2012
Powodzie zagrażają więc większości polskich miast położonych w dolinach rzecznych -
powodzie rzeczne i w strefie wybrzeża - powodzie sztormowe (cofkowe) - wg VI Raport Rządowy RP dla Konferencji Stron Ramowej Konwencji NZ w sprawie zmian klimatu
Warszawa 2013
Lokalne podtopienia terenoacutew - powodzie miejskie mogą wystąpić wszędzie najczęściej
w efekcie gwałtownych ulew bądź też długotrwałych intensywnych opadoacutew czy roztopoacutew
Zagrożenia i straty (gospodarcze i społeczne) generowane powodziami miejskimi objawiają
się lokalnymi wylewami z kanałoacutew deszczowych czy ogoacutelnospławnych (zalewanie ulic
posesji piwnic) wskutek niedostatecznej przepustowości i retencji istniejących sieci
kanalizacyjnych - zwymiarowanych w przeszłości nieodpowiednimi obecnie metodami
Niezawodność działania systemoacutew kanalizacji deszczowej czy ogoacutelnospławnej nie jest
w pełni możliwa do osiągnięcia ze względu na losowy charakter opadoacutew Dążyć należy zatem
do bezpiecznego ich wymiarowania tj gwarantującego osiągnięcie wspoacutełcześnie
wymaganego standardu odwodnienia terenoacutew ktoacutery definiuje się jako przystosowanie
systemu do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych) strumieni woacuted opadowych z
częstością roacutewną dopuszczalnej (akceptowalnej społecznie) częstości wystąpienia wylania na
powierzchnię terenu (tab 11) ndash także w przyszłości
KANALIZACJA I
33
Tab 11 Zalecane częstości projektowe deszczu obliczeniowego wg PN-EN 75220082017
i dopuszczalne częstości wystąpienia wylania wg PN-EN 7522008 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Rodzaj zagospodarowania terenu
- standard odwodnienia terenu
Częstość wystąpienia
wylania
[1 raz na C lat]
1 na 1 I Tereny pozamiejskie 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
Biorąc pod uwagę obecną wiedzę na temat trendoacutew zmian klimatu do 2100 roku
dostosowanie typowych opadoacutew projektowych do wymiarowania i modelowania odwodnień
terenoacutew (tab 11 divide 13) można dokonać poprzez korektę ich intensywności - krzywych IDF o
obecnych częstościach występowania lub zmieniając częstości występowania wspoacutełczesnych
opadoacutew projektowych Oznacza to że dzisiejsze intensywności opadoacutew należy zwiększyć o
około 20 dla C = 1 rok do około 50 dla C = 10 lat lub też częstości występowania
obecnych opadoacutew należy zredukować około 2 razy Na tej podstawie opracowano wytyczne
do identyfikacji przyszłych przeciążeń hydraulicznych w systemach kanalizacyjnych Flandrii
w Belgii [2]
W Niemczech zalecono korektę częstości opadoacutew projektowych przyjmowanych
obecnie do weryfikacji nadpiętrzeń i wylewoacutew - wg standardoacutew DWA-A1182006 i EN
7522008 Przykładowo dla terenoacutew mieszkaniowych zaproponowano scenariusz opadoacutew C
= 5 lat zamiast C = 3 lata (wg tab 13) - do weryfikacji występowania przyszłych nadpiętrzeń
oraz scenariusz opadoacutew ekstremalnych o C = 100 lat - dla zapewnienia wymaganej obecnie
dopuszczalnej częstości wylewoacutew raz na 20 lat (wg tab 11) Na tej podstawie Krajowy
Urząd ds Środowiska w Bawarii wydał w 2009 roku zalecenie odnośnie częstości opadoacutew do
identyfikacji przyszłych przeciążeń kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej w Poacutełnocnej
Nadrenii-Westfalii co przedstawiono w tabeli 44
Tab 44 Zmiany do zaleceń DWA-A1182006 i EN 752 odnośnie scenariuszy opadoacutew do
identyfikacji przeciążeń systemoacutew kanalizacyjnych w przyszłości dla Poacutełnocnej Nadrenii-Westfalii
wg Merkblatt Nr 4332009
Rodzaj zagospodarowania terenu
Częstości opadoacutew do symulacji
- nadpiętrzeń - wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Tereny wiejskie 3 zamiast 2 50 zamiast 10
Tereny mieszkaniowe 5 zamiast 3 100 zamiast 20
Centra miast tereny usług i przemysłu 10 zamiast 5 100 zamiast 30
43 DZIAŁANIA PREWENCYJNE I ZARADCZE
431 Identyfikacja potencjalnych przeciążeń systemoacutew kanalizacyjnych w przyszłości
Z powodu globalnych regionalnych i lokalnych zmian klimatycznych w przyszłości
wystąpi jeszcze więcej ekstremalnych zjawisk opadowych ktoacutere będą powodować lokalne
szkody na terenach zurbanizowanych Odpowiednie działania prewencyjne i zaradcze w celu
zminimalizowania negatywnych skutkoacutew takich zdarzeń w przyszłości są już dziś pilnie
potrzebne bowiem budowane obecnie systemy odwodnień terenoacutew powinny sprawdzać się w
działaniu w horyzoncie czasowym 2100 roku Tak więc wymiarując dzisiejsze systemy
kanalizacyjne powinniśmy uwzględniać prognozowane scenariusze opadoacutew w przyszłości
Pierwszym etapem do identyfikacji przeciążeń kanałoacutew i obiektoacutew w przyszłości
powinna być symulacja działania istniejącego bądź nowoprojektowanego systemu
KANALIZACJA I
34
odwodnienia odnośnie nadpiętrzeń Parametrami kryterialnymi do wykazania konieczności
dostosowania danego systemu odwodnienia do zmian klimatycznych mogą być objętość
właściwa wylewoacutew (OWW) stopień zatopienia studzienek (SZS) i stopień wykorzystania
kanałoacutew (SWK) Wskaźnik OWW (w m3ha) wynika z obliczonej objętości wylewoacutew z
kanałoacutew (V w m3) względem uszczelnionejzredukowanej powierzchni Fzr zlewni (w ha)
zrF
VOWW (46)
Wskaźnik SZS ujmuje stosunek liczby zalanych do powierzchni terenu studzienek (Nz)
do ogoacutelnej liczby studzienek (N) danego systemu lub powiązanych wzajemnie jego części
N
NSZS
z (47)
Wskaźnik SWK pozwala na ocenę średniego ważonego stopnia wykorzystania
przepustowości hydraulicznej całej sieci danego systemu odwadniającego lub jego części
i
n
iproj
i
i
l
Q
Ql
SWK1
max
(48)
gdzie
Qmaxi - maksymalna obliczona wartość strumienia odpływu i-tego odcinka kanału m3s
Qproji - maksymalna projektowa wartość strumienia odpływu i-tego odcinka m3s
li - długość i-tego odcinka sieci kanalizacyjnej złożonej z n odcinkoacutew m
Wartości graniczne wskaźnikoacutew OWW SZS i SWK powinny być ustalane indywidualnie
dla danego systemu Przykład z [2] podano w tab 49
Tab 49 Parametry do oceny konieczności adaptacji kanalizacji do zmian klimatu Skala wartości wskaźnikoacutew
SWK [-]
00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 2 gt2
SZS [-]
0 005 01 015 02 025 03 035 04 045 05 gt05
OWW [m3ha]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 gt20
Potrzeba
dostosowania brak średnia duża
W przypadku gdy zidentyfikowane zostaną lokalne przeciążenia systemu (wg
scenariuszy z tab 44) konieczne są dalsze analizy ryzyka podatności Można tego dokonać
na podstawie ocen GIS ilub in-situ a w przypadku stwierdzenia rozległych przeciążeń
niezbędna staje się dodatkowa symulacja działania systemu w połączeniu z cyfrowym
modelem terenu Zalecane jest to zwłaszcza w przypadku gdy co najmniej dwa kryterialne
parametry oceny (OWW i SZS lub SWK) wskazują na wysoką potrzebę adaptacji (tab 49)
Szczegoacutełowa analiza wynikoacutew symulacji pozwala na wytyczenie granic terenoacutew zalewowych
a także na specyfikację głębokości wody szybkości strumienia i objętości spływu wody
Dalsze kroki planowania powinny polegać na wskazaniu potencjalnych rezerwuaroacutew
(np zagłębień terenowych) do retencjonowania lub ewentualnie kierowania fali spływu
powierzchniowego na tereny słabiej zagospodarowane (nieużytki ogrody działkowe boiska
sportowe) z ewentualnym zaleceniem podwyższenia krawężnikoacutew lub też budowy wałoacutew
przeciw powodziowych (trwałych bądź zastawkowych)
432 Zasady miejscowego zagospodarowania woacuted opadowych
Zagrożenia dla systemoacutew kanalizacyjnych wynikające ze zmian klimatu wywoływane
są zaroacutewno omoacutewionymi już czynnikami klimatycznymi (wzrost temperatury powietrza i
KANALIZACJA I
35
zmiany w strukturze opadoacutew) jak i poza klimatycznymi związanymi min ze zmianami
sposobu zagospodarowania czy użytkowania terenu Na zmiany klimatu nakłada się więc
wpływ szeregu procesoacutew urbanizacyjnych w tym intensywna działalność gospodarcza i
zajmowanie nowych obszaroacutew szczegoacutelnie wrażliwych na skutki zmian klimatu (np obszary
zalewowe) Wzrasta też na ogoacuteł udział powierzchni nieprzepuszczalnych na terenach już
zabudowanych
Naturalny obieg wody w przyrodzie charakteryzuje się roacutewnowagą pomiędzy
zjawiskami opadoacutew atmosferycznych a procesami spływu powierzchniowego infiltracji do
gruntu (i do woacuted podziemnych) oraz parowania do atmosfery Dynamiczna urbanizacja
terenoacutew miejskich przyczynia się do zwiększenia powierzchni uszczelnionych na obszarach
do niedawna słabo zagospodarowanych lub pokrytych roślinnością Skutkuje to zmianami
intensywności spływu powierzchniowego woacuted opadowych Wielkość infiltracji woacuted
opadowych do gruntu w warunkach naturalnych szacowana jest zwykle na poziomie
80divide100 przy spływie powierzchniowym wynoszącym 20divide0 Rozwoacutej miast i związany z
tym proces uszczelniania powierzchni burzy te proporcje W zależności od stopnia
urbanizacji spływ powierzchniowy może sięgać nawet powyżej 80 a naturalna infiltracja
woacuted opadowych może zostać ograniczona do poziomu poniżej 20 (rys 47)
Rys 47 Spływ powierzchniowy i podziemny woacuted opadowych w zależności
od stopnia urbanizacji terenu [httplincolnnegov]
Zgodnie z zasadą zroacutewnoważonego rozwoju prawidłowa gospodarka wodna na
terenach zurbanizowanych powinna polegać na zagospodarowaniu jak największej objętości
bdquoczystychrdquo woacuted opadowych tak aby
zmniejszyć i opoacuteźnić spływ powierzchniowy woacuted do odbiornikoacutew oraz
zapobiec obniżaniu się poziomoacutew woacuted podziemnych w miastach
Wykorzystuje się w tym celu procesy retencji infiltracji i ewapotranspiracji w
takich obiektach jak zbiorniki retencyjno-infiltracyjne naturalne niecki terenowe czy
lansowane ostatnio tzw zielone dachy [2] Unikać przy tym należy generalnie nadmiernego
uszczelniania powierzchni terenu (stosować np utwardzanie ażurowe) Przyczyni się to w
bezpośredni bądź pośredni sposoacuteb do ochrony terenoacutew zurbanizowanych przed powodziami
miejskimi ndash wylewami z kanałoacutew
Wodyścieki opadowe (deszczowe i roztopowe) pochodzące z zanieczyszczonych
uszczelnionych powierzchni terenoacutew zurbanizowanych przed wprowadzeniem ich do gruntu
powinny być podczyszczane Wynika to z Rozporządzeń Ministra Środowiska (RMŚ) z 2006
i 2014 roku Nie dotyczy to woacuted opadowych pochodzących z niezanieczyszczonych
szczelnych powierzchni (np z dachoacutew budynkoacutew na terenach mieszkaniowych)
KANALIZACJA I
36
Infiltracja z retencją powierzchniową stosowana jest na terenach zielonych Najczęściej
wykorzystuje się do tego celu naturalne zagłębienia terenu jako tzw niecki rozsączające w
ktoacuterych napełnienie wodą nie przekracza zwykle 03 m Zbiorniki rozsączające to zazwyczaj
wyprofilowane zagłębienia terenu w ktoacuterych napełnienie wodą nie przekracza 10 m
Poprawę zdolności chłonnych zbiornikoacutew oraz efektoacutew samooczyszczania woacuted opadowych
można uzyskać poprzez obsianie dna i skarp odpowiednio dobranymi mieszankami traw i
innej roślinności
Infiltracja z retencją podziemną - rozsączanie podziemne woacuted opadowych może się
odbywać poprzez skrzynki czy komory rozsączające oraz studnie czy drenaże chłonne [2] a) b) c)
Rys 48 Schematy przykładowych urządzeń do rozsączania podziemnego woacuted deszczowych
a) skrzynki rozsączające b) komora rozsączająca c) studnia chłonna
Skrzynki rozsączające umieszcza się zwykle w odpowiednio głębokich wykopach w
ktoacuterych wykonuje się warstwę drenażową - o dużej wartości wspoacutełczynnika filtracji Komory
rozsączające charakteryzują się na ogoacuteł bardziej wytrzymałą konstrukcją nośną w stosunku
do skrzynek rozsączających Są najczęściej stosowane do odwadniania dużych powierzchni
Studnie i drenaże chłonne znajdują zastosowanie przy braku naturalnych odbiornikoacutew i przy
ograniczonych możliwościach zastosowania urządzeń o większej powierzchni infiltracji
5 METODY BILANSOWANIA STRUMIENI ŚCIEKOacuteW
51 ŚCIEKI BYTOWO-GOSPODARCZE I PRZEMYSŁOWE
Grawitacyjne kanały ściekowe (tj bytowo-gospodarcze i przemysłowe) wymiaruje się
na maksymalny godzinowy strumień objętości ściekoacutew bytowo-gospodarczych i
przemysłowych (w dobie maksymalnej) z uwzględnieniem strumienia woacuted przypadkowych
tj infiltracyjnych i deszczowych (w okresie mokrej pogody) Miarodajny do wymiarowania
strumień objętości ściekoacutew Qm śc (w dm3s) obliczać należy z wzoru [2]
Qm śc = Qbg + Qp + Qinf + Qwd (513)
lub ogoacutelnie
Qm śc = Qbg + Qp + Qprzyp (513a)
gdzie
Qbg - strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych dm3s
Qp - strumień ściekoacutew przemysłowych dm3s
Qinf - strumień woacuted infiltracyjnych (przypadkowy) dm3s
Qwd - strumień woacuted deszczowych (przypadkowy) dm3s
Qprzyp - łączny strumień woacuted przypadkowych (Qinf + Qwd) dm3s
Kanały ściekowe należy więc dobierać na miarodajną wartość strumienia ściekoacutew i woacuted
przypadkowych Qm śc (z wzoroacutew (513) lub (513a)) z pozostawieniem rezerwy na
przyszłościowy rozwoacutej tj na potencjalny wzrost wartości strumienia ściekoacutew w przyszłości
(w perspektywie większej niż 50 lat)
KANALIZACJA I
37
Bilans odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych opracowuje się wg
podobnych zasad jak bilans zapotrzebowania na wodę - do wymiarowania wodociągoacutew
Obecnie odstępuje się od sporządzania szczegoacutełowych bilansoacutew wodnych zwłaszcza na
perspektywę ge 50 lat na rzecz bilansoacutew opartych na wskaźnikach jednostkowych bądź
scalonych
W metodach bilansowania odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
wykorzystuje się wskaźniki zużycia wodyodpływu ściekoacutew
jednostkowe średnio-dobowe (w dm3d) - w przeliczeniu na mieszkańca (Mk)
scalone maksymalne-godzinowe (w dm3s) - w przeliczeniu na mieszkańca (Mk)
ilub na powierzchnię jednostkową danej zlewni (w ha)
Strumień objętości odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych (Qbg) i przemysłowych
(Qp) można więc zbilansować dwoma metodami
A metodą wskaźnikoacutew średnich dobowych (MWŚD) bądź
B metodą wskaźnikoacutew maksymalnych godzinowych (MWMG)
Ad A Bilans ściekoacutew Qbg i Qp wg metody wskaźnikoacutew średnich dobowych (MWŚD)
Średnie dobowe w roku (Qdśr) zużycie wodyodpływ ściekoacutew (w m3d) wynosi
idisrd QQ
365
1365
1
(51)
Rys 51 Nieroacutewnomierność poboru wody bądź odpływu ściekoacutew w roku (0274=100365 d)
Wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności dobowej (Nd) i maksymalny dobowy odpływ
ściekoacutew (Qdmax) wynosi
ddsrd
dsr
dd NQQ
Q
QN max
max (52)
Wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności godzinowej (Nh) i maksymalny godzinowy odpływ
ściekoacutew (Qhmax) w dobie o Qdmax wynosi
hhsrh
d
h
hsr
hh NQQ
Q
Q
Q
QN max
max
maxmax 24 (53)
Rys 52 Nieroacutewnomierność odpływu ściekoacutew w dobie (4167=10024 h)
Stąd maksymalny godzinowy strumień objętości ściekoacutew (w dm3s) wyniesie
86400max srdhdh QNNQ (54)
KANALIZACJA I
38
UWAGA Wielkość zużycia wody w danej jednostce osadniczej określić można
najdokładniej na podstawie zarejestrowanego poboru wody (z wodomierzy) Odpływ
ściekoacutew bytowo-gospodarczych czy przemysłowych jest mniejszy od 100 rejestrowanego
poboru wody i ma mniejszą nieroacutewnomierność godzinową (retencja sieci) w stosunku do
poboru wody w tym przesuniętą w czasie (rys 53)
Rys 53 Nieroacutewnomierność poboru wody i odpływu ściekoacutew w dobie
Najpierw bilansuje się średnie dobowe (w m3d) zapotrzebowanie na wodę w
poszczegoacutelnych elementach zagospodarowania przestrzennego (Lp od 1 do 4 w tab 51a)
posługując się liczbą mieszkańcoacutew (LMk) miastaosiedlastrefy i wskaźnikiem jednostkowego
średniego dobowego zapotrzebowania na wodę (qj)
Qd śr = 0001
4
1i
q j middot LMk (55)
gdzie
qj - wskaźnik jednostkowego dobowego zużycia wody na mieszkańca w dm3d (tab 51a)
LMk - liczba mieszkańcoacutew miastaosiedlastrefy Mk
Tab 51a Wskaźniki jednostkowego zapotrzebowania na wodę w miastach [1 2]
Lp
Elementy zagospodarowania
przestrzennego
terenu zurbanizowanego
Jedno-
stka
Wskaźnik
zużycia wody
qj dm3d
Wspoacutełczynnik
nieroacutewnomierności
dobowej Nd
1
Mieszkalnictwo
wielo- i jednorodzinne I
wg klasy wyposażenia II
instalacyjnego mieszkań III
Mk
Mk
Mk
140 divide 160
80 divide 100
70 divide 90
15 divide 13
15 divide 13
20 divide 15
2 Usługi ogoacutelnomiejskie Mk 60 13
3 Komunikacja zbiorowa Mk 4 12
4 Tereny przemysłowo-składowe Mk 70 115
I klasa - pełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z dostawą ciepłej wody użytkowej z zewnątrz
II klasa - pełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z lokalnym źroacutedłem ciepłej wody użytkowej
III klasa - niepełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z lokalnym źroacutedłem ciepłej wody użytkowej
UWAGA Podane w tabeli 51a informacje dotyczące wskaźnikoacutew zapotrzebowania na wodę dla
bdquomieszkalnictwardquo (wg RMI z 2002 roku) w odniesieniu do I klasy wyposażenia instalacyjnego
mieszkań (tj z dostawą ciepłej wody użytkowej z zewnątrz ndash np z miejskiej ciepłowni) są obecnie
zawyżone 140divide160 dm3d na Mk w stosunku do wskaźnika dla II klasy (tj mieszkań z lokalnym
źroacutedłem ciepłej wody użytkowej) 80divide100 dm3d na Mk Według najnowszych badań [2]
należałoby na perspektywę dla I klasy przyjmować wskaźnik jednostkowy w granicach 100divide160
dm3d na Mk (niższe wartości dla małych miast)
Następnie oblicza się maksymalny dobowy strumień odpływu ściekoacutew (w m3d) z
wykorzystaniem wzoroacutew [2]
Qdmax śc = Σ (Qd śr middot Nd middot η) (56)
lub
Qdmax śc = 0001 Σ (qj middot LMk middot Nd middot η) (57)
KANALIZACJA I
39
gdzie
Nd ndash wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności dobowej (wg tab 51a) -
η ndash wspoacutełczynnik (zmniejszający) określający strumień odpływu ściekoacutew -
Dobowy odpływ ściekoacutew jest mniejszy od poboru wody wodociągowej o wartość
mnożnika [1 2]
η = 095 - dla mieszkalnictwa (wielo- i jednorodzinnego)
η = 095 - dla usług ogoacutelnomiejskich
η = 10 - dla komunikacji zbiorowej
η = 085 - dla terenoacutew przemysłowo-składowych
Przyjmując za podstawę obliczony z wzoroacutew (56) lub (57) maksymalny dobowy
strumień ściekoacutew w poszczegoacutelnych elementach zagospodarowania przestrzennego (Lp 1 divide 4
ndash wg tab 51a) jako Qdmax śc = 100 sporządza się histogramy odpływoacutew godzinowych
ściekoacutew (w m3h) wykorzystując do tego (z braku odpowiednich badań) istniejące modele
symulacyjne zapotrzebowania na wodę tj procentowe rozbiory w poszczegoacutelnych godzinach
(w dobie maksymalnej) podane w tabeli 52a Zwykle decydujący o wielkości odpływu
ściekoacutew jest udział mieszkalnictwa ndash najczęściej 60divide80 Qd max śc
Tab 52a Modele symulacyjne rozkładoacutew godzinowych zapotrzebowania
na wodęodpływu ściekoacutew w dobie maksymalnej [1 2]
Godziny
od - do
Elementy zagospodarowania przestrzennego
Mieszkalnictwo Usługi
ogoacutelno-
miejskie
Komunika-
cja zbiorowa
Tereny
przemy-
słowe wieloro-
dzinne
jedno-
rodzinne
0 ndash 1 125 135 100 - 050
1 ndash 2 085 065 100 1650 050
2 ndash 3 085 065 100 1650 050
3 ndash 4 085 065 100 1650 050
4 ndash 5 210 085 100 1650 050
5 ndash 6 250 (300) 300 100 - 050
6 ndash 7 545 (625) 515 100 - 875
7 ndash 8 625 (545) 475 200 - 875
8 ndash 9 495 (445) 445 300 - 875
9 ndash 10 440 420 700 850 875
10 ndash 11 420 340 1000 850 875
11 ndash 12 405 340 1200 850 875
12 ndash 13 390 340 1200 850 875
13 ndash 14 430 400 1200 - 875
14 ndash 15 440 420 1000 - 325
15 ndash 16 475 380 700 - 325
16 ndash 17 565 435 300 - 325
17 ndash 18 530 500 300 - 325
18 ndash 19 565 685 300 - 325
19 ndash 20 630 915 300 - 325
20 ndash 21 660 900 200 - 325
21 ndash 22 680 745 200 - 325
22 ndash 23 545 550 100 - 050
23 ndash 24 320 480 100 - 050
Suma 100 100 100 100 100
- przy założonej zmianowości pracy I zmiana - 70 II zmiana - 26 III zmiana - 4
( ) - w nawiasach podano wartości dla miast o przewadze funkcji przemysłowych
Zsumowanie odpływoacutew ściekoacutew w poszczegoacutelnych godzinach z wszystkich elementoacutew
zagospodarowania (tab 52a) prowadzi do określenia największej wartości godzinowego
odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych (w m3h) - najczęściej
występującej w godzinach rannych 600 divide 800 lub wieczornych - 1900 divide 2200
Qhmax śc = Qbg + Qp
- ktoacutera jest następnie przeliczana na dm3s (dzieląc przez 36) i podstawiana do roacutewnań
bilansowych ściekoacutew Qm śc - do wzoroacutew (513) i (513a))
KANALIZACJA I
40
Ad B Bilans Qbg i Qp wg metody wskaźnikoacutew maksymalnych godzinowych (MWMG)
W Niemczech średnie dobowe zużycie wody przez mieszkańca łącznie z usługami
kształtuje się na poziomie od 80 do 200 dm3d W Polsce odpowiednio od 90 dm3d do 220
dm3d Wartości przeciętne są na podobnym poziomie ok 130 dm3(dmiddotMk) Z braku
aktualnych danych o wskaźnikach nieroacutewnomierności dobowej (Nd) i godzinowej (Nh)
odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych w Polsce można posługiwać się wytycznymi
niemieckimi wg DWA-A118 z 2006 r [1 2 3] ktoacutere na perspektywę 50 lat przewidują
wskaźnik scalony
qbg = 0004divide0005 dm3s - na 1 mieszkańca
- jako maksymalny godzinowy odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych z mieszkalnictwa
wraz z usługami ogoacutelnomiejskimi Stąd strumień ściekoacutew Qbg (w dm3s) można oszacować z
wzoroacutew [2]
Qbg = qbg middot Z middot Fbg (58)
lub
Qbg = qbg middot LMk (58a)
gdzie
qbg - wskaźnik maksymalnego odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych dm3(s∙Mk)
Z - gęstość zaludnienia miast Mkha
Fbg - powierzchnia zlewni miejskiej ściekoacutew bytowo-gospodarczych ha
LMk - liczba mieszkańcoacutew miastaosiedlastrefy Mk
Zaludnienie na terenach zurbanizowanych (Z) kształtuje się zwykle na poziomie od 20
Mkha do 300 Mkha
Odnośnie ściekoacutew przemysłowych ndash na wydzielonych powierzchniach miasta (Fp w
ha) można posługiwać się wskaźnikami scalonymi maksymalnego godzinowego odpływu
ściekoacutew przemysłowych wg DWA-A118 skąd strumień Qp (w dm3s) oszacować można z
ogoacutelnego wzoru [2]
ppp FqQ (59)
gdzie
qp(n) = 02divide05 dm3(s∙ha) - wskaźnik odpływu ściekoacutew z przemysłu niewodochłonnego
qp(w) = 05divide10 dm3(s∙ha) - wskaźnik odpływu ściekoacutew z przemysłu wodochłonnego
Fp ndash powierzchnia zlewni ściekoacutew przemysłowych (powierzchnia wydzielonych terenoacutew
przemysłowych) ha
UWAGA 1 Wartość strumienia jednostkowego qp zależny od branży i technologii produkcji
ale też od czasu pracy - zmianowości itp W Polsce dotychczasowe wytyczne (z lat 60-tych
XX wieku) przewidywały qp(n) = 03divide12 dm3(s∙ha) oraz qp(w) = 12divide58 dm3(s∙ha) co jest
obecnie wysoce nie racjonalne ()
Rys 54 Wpływ zmianowości pracy w przemyśle na nieroacutewnomierność godzinową odpływu ściekoacutew
KANALIZACJA I
41
UWAGA 2 Przemysł min ze względu na zmianowość pracy może mieć istotny wpływ na
nieroacutewnomierność godzinową odpływu ściekoacutew Przykład na rysunku 54
UWAGA 3 Odpływ ściekoacutew z terenoacutew przemysłowych może być większy od
rejestrowanego poboru wody wodociągowej Zakłady przemysłowe posiadają często własne
ujęcia wody woacutewczas wartość strumienia (Qp) i nieroacutewnomierność odpływu ściekoacutew
przemysłowych należy ustalać na podstawie ankiet ilub pomiaroacutew
52 BILANS WOacuteD PRZYPADKOWYCH
Szczegoacutełowe ustalenie strumieni ściekoacutew - miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew
powinno uwzględniać dodatkowo dopływ woacuted przypadkowych tj głoacutewnie infiltracyjnych i
opadowych Qprzyp = Qinf + Qwd (w dm3s) Głoacutewnie wskutek starzenia się materiałoacutew ndash
kanałoacutew dochodzi do ich uszkodzeń i rozszczelnień co powoduje
infiltrację woacuted podziemnych do wnętrza kanałoacutew bądź też
eksfiltrację ściekoacutew do gruntu i skażenie woacuted podziemnych
Wg nieaktualnych polskich wytycznych technicznych z 1965 roku w przypadku gdy
dno kanału zagłębione jest pod zwierciadłem wody podziemnej o H le 4 m (wg rys 55)
jednostkową wartość infiltracji (qinf ) należało przyjmować
dla sieci osiedlowej qinf = 10 m3(d∙km) lub odpowiednio 05 divide 20 m3(d∙ha)
dla sieci miejskiej
qinf = 10 m3(d∙km) lub 05divide20 m3(d∙ha) - kanały murowane i tworzywowe
qinf = 30 m3(d∙km) lub 15divide60 m3(d∙ha) - kanały kamionkowe
qinf = 40 m3(d∙km) lub 20divide80 m3(d∙ha) - kanały betonowe
Rys 55 Zagłębienie kanału względem zwierciadła wody podziemne
Przy zagłębieniu kanałoacutew H gt 4 m należało zwiększyć qinf o 20 co 1 m - powyżej 4
m Dla przykładu dla H = 6 m i kanału miejskiego z kamionki qinf = 14 middot 30 = 42 m3(d∙km)
UWAGA Obecnie wykonuje się proacuteby szczelności nowych kanałoacutew - przy odbiorze
technicznym - mniejsza będzie infiltracja w przyszłości
Obok woacuted infiltracyjnych wody przypadkowe stanowią wody deszczowe dopływające
do kanałoacutew ściekowych (podczas pogody deszczowej) przez
otwory wentylacyjne we włazach studzienek kanalizacyjnych
błędne podłączenia np rynien dachowych wpustoacutew podwoacuterzowych itp
Tabela 53 Możliwe składowe woacuted przypadkowych w zależności od rodzaju kanałoacutew [ATV A-118]
Kanał ogoacutelnospławny Kanał deszczowy Kanał ściekowy - infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- dopływające wody drenażowe i
źroacutedlane
- dopływające wody drenażowe
źroacutedlane oraz powierzchniowe (ze
strumieni potokoacutew itp)
- dopływające wody drenażowe i
źroacutedlane
- dopływające ścieki (bdquosanitarnerdquo)
poprzez błędne podłączenia
- dopływające wody deszczowe
poprzez włazy studzienek i błędne
podłączenia
KANALIZACJA I
42
Strumień dopływu woacuted przypadkowych zależy od charakterystyki miastaosiedla tj
rodzaju materiału kanałoacutew jakości wykonania i wieku kanałoacutew oraz zagłębienia pod
zwierciadłem wody podziemnej spadkoacutew powierzchni terenu rodzaju nawierzchni droacuteg itp
Można go oszacować przez pomiar strumienia przepływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i
przemysłowych w godzinach nocnych - przy odciętym dopływie wody wodociągowej
podczas pogody deszczowej i bezdeszczowej
Na podstawie wytycznych niemieckich DWA-A 1182006 zaleca się przyjmowanie
następujących wartości wskaźnikoacutew jednostkowych woacuted przypadkowych [1 2 3]
qinf [005 015] dm3(s∙ha) - dla infiltracji (wg polskich wytycznych np dla H le 40
m wskaźnik ten wynosiłby qinf = 0006divide010 dm3(s∙ha))
qwd [02 07] dm3(s∙ha) - dla dopływu woacuted deszczowych (nie uwzględniany w
bilansach ściekoacutew wg dotychczasowych polskich wytycznych )
czyli łącznie
qprzyp [025 085] dm3(s∙ha) - do bilansu ściekoacutew wg wzoru (513a)
Strumień woacuted przypadkowych Qprzyp = Qinf + Qwd (w dm3s) można określać oddzielnie ndash
dla powierzchni cząstkowych zlewni ściekoacutew bytowo-gospodarczych (Fbg w ha) oraz zlewni
ściekoacutew przemysłowych (Fp w ha) korzystając z wzoroacutew [1 2]
Qprzyp b-g = Qinf + Qwd = (qinf + qwd) middot Fbg
Qprzypp = Qinf + Qwd = (qinf + qwd) middot Fp
Przykład metodyczny Podział zlewni ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych na
powierzchnie cząstkowe przynależne do danego odcinka kanału ściekowego (A-B-C) i
obliczenia strumieni ściekoacutew do doboru średnic ndash schemat na rys 57
Rys 57 Schemat podziału zlewni ściekoacutew na powierzchnie cząstkowe
Wymiar kanału na odcinku AB dobieramy na strumień miarodajny - maksymalny
godzinowy QB (w dm3s) - bezpośrednio przed węzłem B
QB = qbg middot Z middot sumFbg AB + [(qinf + qwd) middot sumFbg AB]
a wymiar kanału na odcinku BC na łączny strumień QC (na odcinkach AB i BC) -
bezpośrednio przed węzłem C
QC = QB + qbg middot Z middot Fbg BC + [(qinf + qwd) middot Fbg BC] + qpmiddot Fp BC + [(qinf + qwd) middot Fp BC]
KANALIZACJA I
43
53 ZALECANE WYPEŁNIENIA KANAŁOacuteW ŚCIEKOWYCH
Dotychczas w Polsce (wg WTP z 1965 r) błędnie przyjmowano ryczałtowo strumień
woacuted przypadkowych w tym infiltracyjnych z rezerwą na przyszłościowy rozwoacutej w
wysokości 100 Qh max śc tj ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych a wymiar
kanału dobierano na 2Qh max śc - do całkowitego wypełnienia kanału Zmienione zasady
projektowe w 1983 roku [wg IKŚ] zalecały przyjmowanie wypełnień względnych kanałoacutew
ściekowych hD le 06 (tj do 60 średnicy) dla kanałoacutew o średnicach D lt 10 m ale dla
miarodajnego (maksymalnego godzinowego) strumienia samych ściekoacutew Q = Qbg + Qp
czyli do 67 obliczeniowej przepustowości całkowitej (Qo = 100) kanału kołowego Tym
samym ograniczono rezerwę przepustowości takich kanałoacutew ndash łącznie na wody przypadkowe
i infiltracyjne oraz na przyszłościowy rozwoacutej - z ok 50 do ok 33 (rys 56)
przepustowości całkowitej (Qo) Prowadziło to do niedowymiarowania średnic kanałoacutew
Rys 56 Przykładowe krzywe sprawności hydraulicznej kanału kołowego (QQo od hD)
Wypracowane w Niemczech zasady wymiarowania kanałoacutew ściekowych są
poprawniejsze bowiem rezerwa bezpieczeństwa przepustowości kanałoacutew (na przyszłościowy
rozwoacutej) jest uwzględniana dopiero po wyznaczeniu miarodajnego odpływu ściekoacutew Qm śc tj
łącznie ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych oraz woacuted przypadkowych
(infiltracyjnych i woacuted deszczowych) Tak więc miarodajny strumień objętości ściekoacutew
wyznacza się dla 4 składowych dopływu
Qm śc = Qbg + Qp + Qinf + Qwd (513)
- a kanały ściekowe dobiera się na wypełnienie hD od 50 do 70 co odpowiada
przepustowości całkowitej (Qo = 100) przekroju kołowego od 50 do 83 (rys 56) czyli
pozostaje bdquoczystardquo rezerwa na przyszłościowy rozwoacutej od 50 do 17 Qo ndash w zależności od
ważności kanału ściekowego w systemie Powstająca w ten sposoacuteb bdquonadwyżkardquo
przepustowości kanału nie może być w żadnym wypadku traktowana w kategorii
bdquorozrzutnościrdquo lecz jako zabezpieczenie pewności działania systemu (ochrony przed
wylaniem) a także jako rezerwa rozwojowa do ewentualnego wykorzystania w przyszłości
Zalecenia do doboru średnic kanałoacutew ściekowych
Obecnie wg wytycznych DWA-A 1182006 jako minimalną średnicę kanałoacutew bytowo-
gospodarczych i przemysłowych w miastach należy przyjmować Dmin = 025 m a tylko w
uzasadnionych przypadkach dopuszcza się (jak w dotychczas) Dmin = 020 m ndash na
początkowych odcinkach sieci przy znacznych spadkach terenu i luźnej zabudowie
Minimalne spadki dna kanałoacutew ściekowych można obliczać z formuły imin = 1D (imin
w [permil] dla D w [m]) Jednakże dla małych względnych wypełnień kanałoacutew ściekami hD le
03 spadki dna powinny być znacznie większe niż obliczane z formuły 1D ze względu na
niespełnianie woacutewczas hydromechanicznych warunkoacutew transportu zawiesin (organicznych i
mineralnych) zawartych w ściekach w tym wleczonych przy dnie kanału (podano to w
notatkach - wg rozdz 9 z podręcznika [2]) Spadek maksymalny dna kanałoacutew ściekowych
(imax) powinien wynikać z warunku nieprzekraczania prędkości maksymalnej Vmax = 30 ms
KANALIZACJA I
44
6 PODSTAWY BILANSOWANIA WOacuteD OPADOWYCH 61 OGOacuteLNA CHARAKTERYSTYKA SPŁYWOacuteW OPADOWYCH
611 OPADY ATMOSFERYCZNE
Opady atmosferyczne w naszej szerokości geograficznej występują głoacutewnie w postaci
deszczu (ciekłej) oraz śniegu i gradu (stałej) Ze względu na odmienny charakter spływu
natychmiastowy w przypadku deszczu
przesunięty w czasie w przypadku topnieniu śniegu czy lodu
do wymiarowania kanalizacji rozważane są wyłącznie opady deszczowe jako dające
największe chwilowe odpływy Spływy woacuted pochodzące z topnienia śniegu czy lodu
stwarzają problemy natury jakościowej - są silnie zanieczyszczone min pyłami
atmosferycznymi po długim okresie zalegania na powierzchni terenu Ogoacutelnie zjawisko
opadoacutew deszczowych charakteryzują 3 parametry
intensywność deszczu I = ΔhΔt (zmiany wysokości opadu Δh w czasie Δt)
czas trwania deszczu t
zasięg terytorialny F
Intensywność deszczu nie jest stała w czasie jego trwania jak też w przestrzeni objętej
opadem Deszcze wyjątkowo intensywne (tzw ulewne czy nawalne) zdarzają się rzadko (raz
na kilka czy raz na kilkanaście lat) trwają kroacutetko i mają mały zasięg terytorialny Przykład
lokalne bdquooberwanie chmuryrdquo Deszcze mało czy średnio intensywne występują częściej
trwają dłużej i obejmują większe obszary Przykład opad regionalny typu bdquokapuśniaczekrdquo UWAGA W kanalizacji posługujemy się częściej pojęciem jednostkowego natężenia
deszczu q w dm3s ha zamiast intensywności deszczu I = ΔhΔt w mmmin Między tymi
wielkościami zachodzi związek wynikający z przeliczenia jednostek miar
q = 16667∙I (63)
i odwrotnie I = q 16667
Zasięg deszczu (w km2) opisuje w przybliżeniu formuła Rosłońskiego dla I lt 5
mmmin
F = 5(5 ndash I)3 (64)
Przykładowo
- dla I = 1 mmmin (q = 167 dm3s ha) - F = 320 km2 (- obszar dużego miasta)
- dla I = 2 mmmin (q = 333 dm3s ha) - F = 135 km2 (- mniejsze miasto)
- dla I = 3 mmmin (q = 500 dm3s ha) - F = 40 km2 (- dzielnica miasta)
- dla I = 4 mmmin (q = 667 dm3s ha) - F = 5 km2 (- osiedle mieszkaniowe)
612 POROacuteWNANIE ILOŚCIOWE SPŁYWOacuteW DESZCZOWYCH ZE ŚCIEKAMI
Nie cały opad na obszarze zurbanizowanym - zlewni deszczowej o całkowitej
powierzchni F spływa do kanalizacji Część opadu deszczowego zwilża powierzchnie i
wyparowuje część wypełnia nieroacutewności terenu i wsiąka w grunt bądź też odpływa poza
zlewnię zgodnie ze spadkiem terenu Wysokość opadu ktoacutera nie stała się częścią spływu
określa się jako straty Pozostała część ndash tzw opad efektywny (dający już spływ
powierzchniowy) związany jest z tzw zlewnią zredukowaną Fzr (szczelną)
FFzr (65)
gdzie
ψ - wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego ψ = (H ndash (E + straty))H ψ[0 1]
H - wysokość opadu normalnego (średniego rocznego z wielolecia min 30 lat) mrok
E - wysokość parowania terenowego mrok bdquostratyrdquo - głoacutewnie wsiąkanie mrok
KANALIZACJA I
45
Przykładowe poroacutewnanie spływoacutew ściekoacutew i woacuted opadowych w roacuteżnym czasie
Jednostkową wielkość spływu powierzchniowego z opadoacutew w okresie obliczeniowym
np 1 roku z powierzchni zlewni F = 10 ha oszacować można (w m3rok) z wzoru
FHQ (66)
Przyjmując dla Polski opad normalny H = 060 m spływ woacuted opadowych z 1 ha
powierzchni przykładowo zlewni miejskiej przy średnim wspoacutełczynniku spływu ψ = 03
wyniesie
Odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych z 10 ha zabudowy miejskiej przy przyjęciu
gęstości zaludnienia Z = 200 Mkha i wskaźnika odpływu ściekoacutew qj = 02 m3Mk∙d ndash wraz z
usługami wyniesie w roku
rokmha
haMk
dMkmdFZqQ j
rocz
ść
33
1460001200)(
20365365
odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych jest ok 8 razy większy od odpływu woacuted opadowych
18180014600 rocz
op
rocz
ść QQ
Poroacutewnując jednak odpływy woacuted deszczowych i ściekoacutew w kroacutetkich okresach czasu -
w czasie trwania intensywnych opadoacutew (miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew
ogoacutelnospławnych i deszczowych) powyższe relacje odwroacutecą się Przykładowo przyjmując
średnie natężenie deszczu np q = 100 dm3s ha przy wspoacutełczynniku spływu ψ = 03
otrzymamy z powierzchni 1 ha
sdmhahasdmFqQ sek
op
33
300130)(100
a maksymalny godzinowy odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych przy Nd = 13 Nh = 20
qj = 200 dm3Mkmiddotd i Z = 200 Mkha wyniesie z powierzchni 1 ha
sdmha
haMk
dMkdmFZqNNQ jhd
sek
ść
33
2186400
01200)(
20023186400
Wynika stąd stosunek 252130 sek
ść
sek
op QQ 1 (czasem nawet 1001 - przy bardzo
rzadkich częstościach występowania intensywnych opadoacutew)
62 POMIARY OPADOacuteW DESZCZOWYCH 621 DESZCZOMIERZE KLASYCZNE
Do rejestracji wysokości opadoacutew atmosferycznych powszechnie stosowany jest
deszczomierz Hellmanna (rys 62) Składa się z cylindrycznej osłony i dwoacutech naczyń
montowanych na wysokości 10 m npt Naczynie goacuterne zakończone lejkiem kieruje opady
do naczynia dolnego - zbiornika Średnica wlotu wynosi 1596 cm stąd F = 200 cm2 Zwarta
budowa urządzenia zmniejsza parowanie Deszczomierze umieszcza się w okolicy
pozbawionej wysokich drzew
Rys 62 Deszczomierz Hellmanna
rokmmrokmFHQrocz
op
32 1800100003060
KANALIZACJA I
46
Odczyty odbywają się raz na dobę (najczęściej o godz 7 rano) Woda przelewana jest
woacutewczas ze zbiornika do szklanej menzurki gdzie odczytuje się jej objętość skąd wysokość
opadu h = VF (10 mm wysokości opadu oznacza 10 dm3m2)
Deszczomierz Hellmanna nie pozwala na rejestrację zmian intensywności opadoacutew w
czasie czy też czasu trwania poszczegoacutelnych faz opadoacutew Do tego celu służą (od połowy XX
wieku) tzw pluwiografy pływakowe - z graficznym zapisem zdarzeń na pluwiogramach
papierowych (rys 63) Dokładność pomiaru i zapisu takich urządzeń jest rzędu 01 mm
wysokości opadu tj 01 dm3m2
Rys 63 Schemat pluwiografu pływakowego
622 DESZCZOMIERZE NOWEJ GENERACJI - BEZOBSŁUGOWE
Pluwiometry wagowe Istotną wadą klasycznych deszczomierzy jest ich uciążliwa
obsługa - codzienna w przypadku deszczomierza Hellmanna i co kilka dni w przypadku
pluwiografu pływakowego (w tym także obecnie konieczność digitalizacji zapisoacutew na
pluwiogramach papierowych do formatu cyfrowego - do ich interpretacji czy archiwizacji)
Rozwoacutej automatyki elektroniki i radiotelefonii nowej generacji skutkował opracowaniem
nowych konstrukcji urządzeń do rejestracji opadoacutew deszczowych (ciekłych) i śnieżnych
(stałych) zwanych też pluwiointensometrami
Rys 64 Schemat pluwiointensometru wagowego
Pluwiointensometry wagowe pozwalają na rejestrację opadoacutew atmosferycznych (śniegu
i deszczu - opad łączny) z dokładnością do 001 mm wysokości opadu (h) Termostat z
grzałką umożliwia eksploatację urządzenia w okresach wczesnowiosennych i
poacuteźnojesiennych ndash przymrozki (rys 64) Pluwiogram w zapisie cyfrowym jest analogiczny
do wyżej omoacutewionego (papierowego) przesyłany może być drogą radiową do centrali
KANALIZACJA I
47
Pluwiometry korytkowe Deszczomierze z naczyniami wywrotnymi (korytkami)
stosowane są w automatycznych stacjach meteorologicznych min od 2007 r w sieci
IMGW-PIB - deszczomierze typu RG 50 firmy SEBA Wyposażone są w dwa na przemian
napełniane i oproacuteżniane zbiorniczki o małej pojemności (2 cm3)
Rys 65 Fragment zapisu opadu z dnia 7 VII 2009 r z deszczomierza SEBA na
stacji IMGW w Legnicy (suma wysokości opadu 1820divide2255 ndash h = 387 mm)
Impulsy zadziałania rejestrowane są z dokładnością sekundową i wysyłane drogą
radiową do centrali w zapisie cyfrowym - w formie zestawień tabelarycznych wykresoacutew
słupkowych (hietogramoacutew) czy pluwiogramoacutew - przykład na rysunku 65 Jeden impuls
odpowiada opadowi o wysokości h = 01 mm (tj 01 dm3m2)
623 DOKŁADNOŚĆ POMIAROacuteW OPADOacuteW I REPREZENTATYWNOŚĆ STACJI
Rejestratory elektroniczne mają istotne wady W odniesieniu do tradycyjnych
pluwiografoacutew pływakowych ktoacutere funkcjonują w zasadniczo niezmienionej postaci od
kilkudziesięciu lat urządzenia automatyczne są wrażliwe na zanieczyszczenia i ulegają często
rozregulowaniu a co za tym idzie ich wskazania stają się woacutewczas niemiarodajne
Przestawiając system pomiarowy wyłącznie na rejestrację elektroniczną nie można
więc zapominać o okresowych kontrolach i kalibracji tych urządzeń - na podstawie
tradycyjnych metod i urządzeń pomiarowych (jak np deszczomierz Hellmanna czy
pluwiograf pływakowy) Na rysunku 66 przedstawiono przykład rejestracji opadoacutew na stacji
meteorologicznej IMGW-PIB w Legnicy przez kilka urządzeń celem weryfikacji wynikoacutew
Rys 66 Deszczomierze na stacji meteorologicznej IMGW w Legnicy od lewej
pluwiografy pływakowy i korytkowy (SEBA) oraz deszczomierz Hellmanna
63 CHARAKTERYSTYKA ILOŚCIOWA OPADOacuteW
631 KRZYWE WZORCOWE OPADOacuteW
O zjawisku (tzw reżimie) opadowym określonego obszaru decyduje
położenie geograficzne
odległość od moacuterz i oceanoacutew
ukształtowanie powierzchni i wyniesienie nad poziomem morza
pokrycie i sposoacuteb użytkowania terenu
KANALIZACJA I
48
Ekstremalnie intensywne opady występujące w warunkach polskich nie roacuteżnią się
znacząco pod względem zwłaszcza dobowych sum wysokości od notowanych w krajach
ościennych (położonych na granicy klimatu morskiego i kontynentalnego jak Niemcy czy
Czechy) podobnie jak i opady we Wrocławiu (na Strachowicach) w poroacutewnaniu do
Warszawy (na Bielanach) ndash tabela 62
Tab 62 Maksymalne wysokości opadoacutew (w mm) o czasie trwania od 5 minut do 72 godzin w
wybranych krajach Europy na tle Wrocławia (Strachowice) i Warszawy (Bielany) [1 2]
Kraj
Miejscowość
Czas trwania opadu
minuty godziny doby
5 10 15 30 1 2 3 6 12 1 2 3
Polska 253 80 798 126 1761 1179 220 2218 - 300 428 557
Niemcy - 126 - 40 200 239 246 112 - 312 3799 458
Czechy 298 398 502 799 928 117 1266 1585 2036 3451 380 5367
Wrocław 131 187 247 329 353 577 619 631 642 801 1039 1169
Warszawa 206 219 28 366 408 495 504 57 68 801 1097 1133
Podstawową formą ilościowego opisu opadoacutew deszczowych są modele na zależność
intensywności I (mmmin) lub natężenia jednostkowego q (dm3s ha) bądź wysokości h (mm)
opadu od czasu jego trwania t i prawdopodobieństwa wystąpienia p lub zamiennie częstości
(powtarzalności) C opadu (lata) typu
( ) ( ) ( )I I t p q q t p h h t p (67)
Związek intensywności (czy natężenia jednostkowego) bądź wysokości opadu z czasem
jego trwania prezentowany jest najczęściej w postaci krzywych typu IDF (Intensity-Duration
Frequency) bądź typu DDF (Depth-Duration Frequency) dla roacuteżnych prawdopodobieństw p
(zamiennie częstości C) wystąpienia opadu Krzywe te stanowią rodzinę hiperbol o roacutewnaniu
cbt
aI
n
)( (68)
w ktoacuterym a b c n - wspoacutełczynniki empiryczne zależne od prawdopodobieństwa pojawienia
się danego deszczu oraz od czynnikoacutew klimatycznych i fizjograficznych zlewni
Krzywe deszczy typu IDF czy DDF są tworami syntetycznymi ustalanymi na
podstawie materiału empirycznego Na ich podstawie tworzony jest opad blokowy - o stałej
wartości natężenia w czasie ktoacutery jest podstawą wymiarowania kanalizacji deszczowej
632 ZWIĄZEK NATĘŻENIA OPADU Z CZĘSTOŚCIĄ WYSTĘPOWANIA
Zależność pomiędzy natężeniem jednostkowym a czasem trwania deszczu o określonym
prawdopodobieństwie pojawiania się - czyli częstości występowania (tj powtarzalności w
latach) przedstawiono poglądowo na rysunku 68
Rys 68 Zależność typu IDF - natężenia jednostkowego q od czasu trwania t deszczu o określonym
prawdopodobieństwie p pojawiania się ndash zamiennie częstości występowania C
KANALIZACJA I
49
Prawdopodobieństwo (p) pojawienia się danego deszczu z częstością (C) jego
występowania ujmuje związek
C
p100
(69)
gdzie p ndash prawdopodobieństwo występowania deszczu wyrażane w (bądź w ułamku
woacutewczas p = 1C) określa ile razy w przeciągu 100-lecia zostanie osiągnięte lub
przekroczone dane natężenia deszczu q (w dm3s ha)
C ndash częstość pojawiania się deszczu wyrażana w latach oznacza że w danym C letnim
cyklu zdarzy się przynajmniej raz deszcz o natężeniu roacutewnym lub większym od q
p
C100
(610)
- co interpretujemy jako 1 raz na C lat
W niektoacuterych krajach Europy funkcjonuje pojęcie częstotliwości n występowania opadu
bdquoCzęstotliwośćrdquo df
C
n1
[1rok] (611)
- stąd fizykalnie n = p100 gdy p w oraz n = p gdy p wyrazimy w ułamku (tab 63)
Tab 63 Prawdopodobieństwo (p) częstotliwość (n) a częstość (C) występowania opadoacutew
Z przyczyn ekonomicznych systemy kanalizacyjne nie mogą być tak projektowane aby w
czasie dowolnie intensywnego deszczu zagwarantować pełną ochronę terenu przed wylaniem
Nieopłacalne jest bowiem projektowanie kanalizacji na bardzo niskie prawdopodobieństwo
pojawienia się deszczy np o p = 001 = 1 tj zdarzających się 1 raz na 100 lat gdyż
średnice kanałoacutew byłyby woacutewczas bardzo duże i niewykorzystywane przez dziesięciolecia
Nie można też za pomocą obliczeń w wiarygodny sposoacuteb określić fizycznie największego
(np o C = 100 lat) odpływu ze względu na losowy charakter opadoacutew
Do projektowania odwodnień terenoacutew brane są pod uwagę intensywne opady o
częstości występowania C [1 10] lat oraz o C [10 50] lat - do weryfikacji częstości
wylewoacutew Wymagany standard odwodnienia terenu wg PN-EN 752 definiowany jest jako
przystosowanie systemu kanalizacyjnego do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych)
strumieni woacuted opadowych z częstością roacutewną akceptowanej społecznie częstości wystąpienia
wylania z kanalizacji na powierzchnię terenu [1 2 3]
64 MODELE OPADOacuteW DO PROJEKTOWANIA KANALIZACJI
641 MODELE OPADOacuteW O ZASIĘGU OGOacuteLNOPOLSKIM
Model Reinholda
W 1940 roku Reinhold opublikował zasady projektowania kanalizacji obiektoacutew
komunikacyjnych typu autostrady mosty i wiadukty przejścia i przejazdy pod ulicami czy
lotniska w ktoacuterych sformułował model fizykalny opadoacutew postaci [1 2]
Prawdopodobieństwo
występowania
deszczu p
Częstotliwość
występowania
deszczu n
Częstość
- powtarzalność
deszczu C
[] [-] [rok-1] [1 raz na C lat]
100 1 1 1
50 05 05 2
20 02 02 5
10 01 01 10
5
1
005
001
005
001 20
100
KANALIZACJA I
50
368409
3836840
1
9
38 41154115
C
tq
ntqq (612)
gdzie
q - jednostkowe (maksymalne) natężenie deszczu dm3(s∙ha)
q151 - natężenie deszczu (wzorcowego) o czasie trwania t = 15 min i częstotliwości
występowania n = 1 rok-1 (czyli dla częstości występowania C = 1 rok) dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu min
n - częstotliwość występowania deszczu o natężeniu q lub większym (n = 1C) rok-1
W modelu Reinholda przestrzenna zmienność natężenia opadoacutew (q) uzależniona była
od przyjmowanej wartości lokalnego natężenia deszczu wzorcowego (q151) Po II Wojnie
Światowej model Reinholda był stosowany do projektowania kanalizacji w państwach
zachodnich (Niemcy Szwajcaria Austria) a także w państwach Europy środkowej min w
Polsce Najczęściej do wymiarowania odwodnień terenoacutew przyjmowano q151 = 100
dm3(s∙ha) Obecnie w Niemczech zaleca się odczytywanie jednostkowego natężenia deszczu
wzorcowego z atlasu KOSTRA - indywidualnie dla każdej zlewni miejskiej bowiem q151
zmienia się w granicach od 90 do 170 dm3(s∙ha)
UWAGA model Reinholda (z 1940 roku) zaniża wyniki jednostkowych natężeń
wspoacutełczesnych deszczy o rząd 15 [1 2]
Model Błaszczyka
Dotychczas najczęściej stosowanym do projektowania kanalizacji deszczowej w Polsce
był fizykalny model opadoacutew ndash w postaci wzoru Błaszczyka (z 1954 r)
32
3 26316
t
CHq (614)
gdzie
q - jednostkowe natężenie deszczu dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu min
H - wysokość opadu normalnego (średniego rocznego z wielolecia min 30 lat) mm
C - częstość (powtarzalność) występowania deszczu o natężeniu q z przewyższeniem lata
Wzoacuter Błaszczyka (614) oparty został na analizie statystycznej (79) intensywnych
deszczy zarejestrowanych w Warszawie w latach 1837divide1891 i 1914divide1925 ndash czyli od 180 do
90 lat temu ndash jest obecnie nieaktualny Zmienność opadoacutew na obszarze kraju
scharakteryzowana była za pomocą tzw opadu normalnego (średniego w wieloleciu min 30
lat) Dla wartości średniej dla Polski H = 600 mm wzoacuter Błaszczyka upraszczał się do postaci
32
3470
t
Cq (615)
UWAGA 1 Na podstawie pomiaroacutew na stacji meteorologicznej IMGW-PIB we Wrocławiu z
okresu 1960-2009 wykazano że wzoacuter Błaszczyka zaniża wyniki obecnych jednostkowych
natężeń deszczoacutew o rząd 40 (np q151 = 77 dm3(s∙ha) wobec q151 = 112 dm3(s∙ha)) - wg Kotowski A Kaźmierczak B Dancewicz A Modelowanie opadoacutew do wymiarowania kanalizacji Wyd
Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN Studia z zakresu Inżynierii nr 68 Warszawa 2010
UWAGA 2 Na podstawie ogoacutelnopolskich danych o opadach z lat 1986divide2015 ze 100 stacji
IMGW-PIB wykazano że wzoacuter Błaszczyka zaniża obecne jednostkowe natężenia deszczoacutew
średnio o 33 na terenie całego kraju oraz o 36 w Warszawie - wg Licznar P Siekanowicz-Grochowina K Oktawiec M Kotowski A Burszta-Adamiak E Empiryczna
weryfikacja formuły Błaszczyka do obliczania wartości natężenia deszczu miarodajnego Ochrona Środowiska
2018 vol 40 nr 2 s 17-22
KANALIZACJA I
51
Model Bogdanowicz i Stachy
Bogdanowicz i Stachy na podstawie ogoacutelnopolskich pomiaroacutew deszczy - w latach
1960divide1990 na 20 stacjach meteorologicznych IMGW opublikowali w 1998 roku tzw
bdquocharakterystyki projektowerdquo opadoacutew w postaci modelu probabilistycznego opadoacutew
maksymalnych
5840330
max )ln() (421 ptRth (616)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
t - czas trwania deszczu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p(01]
α - parametr (skali) zależny od regionu Polski i czasu t (rys 610)
R1
R1
R1
Wrocław Wrocław Wrocław
R2
R3
R3
c)b)a)
Rys 610 Regiony opadoacutew maksymalnych a) dla czasoacutew trwania deszczy t [5 60) min b) dla
t [60 720) min c) dla t [720 4320] min (R1 - region centralny R2 - region poacutełnocno-zachodni
R3 - regiony południowy i nadmorski)
Dla p = 1 (czyli dla C = 1 rok) model (616) upraszcza się do funkcji będącej dolnym
ograniczeniem przyjętego rozkładu prawdopodobieństwa postaci
330
max 421 th (617)
Dla prawdopodobieństw przewyższenia p lt 1 (czyli dla C gt 1) w regionie centralnym
Polski (R1) parametr α obliczany jest z wzoroacutew (rys 610)
2491)1ln(6934)( ttR - dla t [5 120) min (618)
63910)1ln(2232)( ttR - dla t [120 1080) min (619)
1735)1ln(013)( ttR - dla t [1080 4320] min (620)
Analogicznie dla regionu poacutełnocno-zachodniego (R2) parametr α obliczany jest z
wzoroacutew (dla czasoacutew trwania opadoacutew ge 60 minut region R2 zanika przechodząc w R1)
6621)1ln(923)( ttR - dla t [5 30] min (621)
619)1ln(1609)( ttR - dla t (30 60) min (622)
Dla regionoacutew południowego i nadmorskiego (R3) parametr α obliczany jest z wzoru
03237)1ln(4729)( ttR - dla t [720 4320] min (623)
UWAGA 1 Model Bogdanowicz i Stachy nie obejmuje obszaroacutew goacuterskich i podgoacuterskich
UWAGA 2 Model Bogdanowicz-Stachy obarczony jest błędem odnośnie wysokości opadoacutew
dla częstości deszczy pojawiających się raz na rok (tj C = 1 rok) Łatwo wykazać że z
przekształcenia wzoru Bogdanowicz-Stachy (617) do postaci wzoru na jednostkowe
natężenie deszczu q (w dm3(s∙ha)) dla p = 1 otrzymamy
q(max) = 2367t 067 (624)
a z wzoru Błaszczyka (615) dla H = 600 mm i C = 1 rok mamy
q = 470t 067 (625)
Tak więc dla C = 1 rok wynik obliczeń q z wzoru (624) jest dwukrotnie mniejszy
UWAGA 3 Dla częstości deszczy C = 2 5 i 10 lat z modelu Bogdanowicz-Stachy
otrzymamy maksymalne natężenia opadoacutew bliskie zmierzonym we Wrocławiu [1 2]
KANALIZACJA I
52
642 MODELE OPADOacuteW O ZASIĘGU LOKALNYM ndash DLA WROCŁAWIA
Model Lambora
Model fizykalny Lambora (z 1953 r) na intensywność opadoacutew we Wrocławiu ma
postać
70)030(
log15743
t
pI (626)
gdzie
I - intensywność opadu deszczu mmh
p - prawdopodobieństwo wystąpienia opadu
t - czas trwania deszczu h
Przykładowo dla t = 15 min i p = 100 (C = 1 rok) z modelu Błaszczyka (615) otrzymujemy
q151 = 77 dm3s ha a z modelu (626) Lambora (dla Wrocławia) q151 = 928 dm3s ha
Model Licznara i Łomotowskiego
Licznar i Łomotowski dla danych pluwiograficznych ze stacji UP Wrocław-Swojczyce
z wielolecia 1975-2002 wyestymowali wspoacutełczynniki empiryczne fizykalnego modelu
opadoacutew o ogoacutelnej postaci
cbt
aq
n
)(max
(627)
gdzie
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadoacutew dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu t [5 180] min
a b c n - wspoacutełczynniki regresji zależne od prawdopodobieństwa empirycznego
Tab 64 Wartości wspoacutełczynnikoacutew a b c i n do wzoru (627)
Prawdopodobieństwo p
10 20 50 100
a = 7138329 a = 8241363 a = 6436455640 a = 1573239
b = -388429 b = 1957292 b = 6488700 b = 4787518
c = -210067 c = 2040978 c = 2062691 c = 6351722
n = 0218073 n = 1752958 n = 3535880 n = 0949642
Modele Kotowskiego i Kaźmierczaka
Dla danych pluwiograficznych z wielolecia 1960-2009 ze stacji IMGW Wrocław-
Strachowice opracowano dwa modele (fizykalny i probabilistyczny) na maksymalną
wysokość opadoacutew we Wrocławiu [1 2]
1 Model fizykalny opadoacutew maksymalnych w zakresie t [5 4320] minut i C [1 50]
lat ma postać
2650
max )4503()5300ln(67716706 tCh (628)
a przekształcony na maksymalne natężenia opadoacutew
12650
max ])4503()5300ln(67716706[7166 ttCq (629)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(s∙ha)
t - czas trwania opadu min
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu (z przewyższeniem) lata
2 Model probabilistyczny (oparty na kwantylu rozkładu prawdopodobieństwa Fishera-
Tippetta typ IIImin) dla zakresu t [5 4320] minut i p [1 001] (tj C [1 100] lat)
KANALIZACJA I
53
8090022202420
max ln 675981059741275834 ptth (630)
a przekształcony na maksymalne jednostkowe natężenia opadoacutew
18090022202420
max ]ln675981059741275834[7166 tpttq (631)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(s∙ha)
t - czas trwania opadu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p (0 1] -
643 POROacuteWNANIE MODELU BŁASZCZYKA Z INNYMI MODELAMI OPADOacuteW
Do celoacutew poroacutewnawczych przyjęto wynik obliczeń natężenia opadu z wzoru
Błaszczyka (qB) za 100 Względne przewyższenia obliczeń q z innych modeli względem
modelu Błaszczyka (qqB) zaznaczono pogrubioną czcionką (tab 65) Przewyższenia qqB
w roacuteżnych zakresach t i C sięgają nawet 60 Przeciętnie są na poziomie o 40 większym
Tab 65 Poroacutewnanie natężeń deszczy obliczonych z modeli roacuteżnych autoroacutew względem modelu
Błaszczyka (qqB) - najczęściej stosowanego w Polsce do wymiarowania kanalizacji
Czę
sto
ść d
eszc
zu
C
lata
Cza
s tr
wa
nia
des
zczu
t m
in
Bła
szcz
yk
qB
= 1
0
(100
)
Rei
nh
old
q151
= 1
00
dm
3s
ha
Bo
gd
an
ow
icz-
Sta
chy
- r
egio
n p
oacutełn
ocn
o-
zach
od
ni
Bo
gd
an
ow
icz-
Sta
chy
- r
egio
n c
entr
aln
y
La
mb
or
- W
rocł
aw
Lic
zna
r- Ł
om
oto
wsk
i
- W
rocł
aw-S
wo
jczy
ce
Ko
tow
ski
-
Ka
źmie
rcza
k
mo
del
fiz
yk
alny
- W
rocł
aw-
Str
ach
ow
ice
Ko
tow
ski-
Ka
źmie
rcza
k
mo
del
pro
bab
ilis
tycz
ny
- W
rocł
aw-
Str
acho
wic
e
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C = 1
10 100 125 050 050 118 127 147 138
15 100 130 050 050 121 128 149 140
30 100 127 050 050 123 125 148 141
60 100 115 050 050 123 119 144 140
120 100 098 050 050 121 117 139 138
180 100 087 050 050 107 120 136 137
C = 2
10 100 129 122 146 124 136 158 144
15 100 134 125 149 127 146 160 149
30 100 131 127 149 129 142 159 153
60 100 118 146 146 130 119 155 153
120 100 101 139 139 128 112 149 150
180 100 090 130 130 127 125 145 148
C = 5
10 100 131 128 157 144 138 146 130
15 100 136 132 161 148 141 150 139
30 100 133 134 161 150 131 149 144
60 100 120 157 157 150 113 145 144
120 100 102 149 149 149 106 139 141
180 100 091 138 138 147 113 136 138
C = 10
10 100 130 120 148 115 125 132 117
15 100 135 124 152 117 128 135 125
30 100 132 126 152 119 135 134 131
60 100 119 148 148 119 132 130 131
120 100 101 140 140 118 105 126 128
180 100 090 130 130 117 067 123 125
UWAGI Z poroacutewnania wynika konieczność zastąpienia wzoru Błaszczyka (z 1954 r)
wspoacutełczesnymi modelami opadoacutew maksymalnych Dla C = 1 rok model Bogdanowicz-Stachy
zaniża wyniki o 50 względem wzoru Błaszczyka Dla częstości C = 2 5 i 10 lat z modelu
Bogdanowicz-Stachy np dla regionu R1 otrzymamy maksymalne natężenia nieznacznie
wyższe względem zmierzonych obecnie we Wrocławiu (czyli w klasie dokładności modeli)
KANALIZACJA I
54
7 DOTYCHCZASOWE METODY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
DESZCZOWEJ
71 METODY CZASU PRZEPŁYWU
711 ZASADY OBLICZENIOWE MCP
Zjawisko opad-odpływ w danej zlewni zurbanizowanej jest zagadnieniem złożonym i
trudnym do uogoacutelnienia Proces spływu woacuted opadowych można podzielić na 3 fazy
tworzenia spływu
koncentracji terenowej
odpływu kanałowego
Tworzenie spływu obejmuje procesy fizyczne takie jak zwilżanie wypełnianie
zagłębień terenu parowanie i wsiąkanie w grunt poprzedzające przekształcenie opadu w
efektywny spływ powierzchniowy Część opadu ktoacutera nie tworzy spływu określa się jako
straty Efektywny spływ powierzchniowy zależy od wielu czynnikoacutew jak
rodzaj i stopień uszczelnienia (utwardzenia) powierzchni
nachylenie terenu (powierzchni przepuszczalnych i nie przepuszczalnych)
natężenie deszczu i czas jego trwania
rodzaj gruntu i pokrycie roślinnością powierzchni przepuszczalnych
wilgotność i temperatura powietrza
Koncentracja terenowa obejmuje przekształcenie powierzchniowo rozdzielonego
opadu efektywnego w powstający w najniższym punkcie rozpatrywanej zlewni hydrogram
odpływu Odgrywają przy tym rolę procesy spływu na powierzchni (przesunięcie w czasie) i
efekty opoacuteźniające (retencja terenowa)
Odpływ w kanałach podlega roacutewnież efektom przesunięcia w czasie i retencji min w
wyniku istnienia oporoacutew przepływu (spowodowanych chropowatością ścian kanałoacutew na
zwilżonym obwodzie) jak i wypełnianiem się kanałoacutew do przepływu obliczeniowego
Wymiarowanie kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej opiera się z konieczności
na założeniach upraszczających Mianowicie zakłada się że
dana zlewnia (F) zasilana jest deszczem o stałym natężeniu - opad blokowy
rozdział powierzchniowy opadu jest roacutewnomierny - zlewnia homogeniczna
- woacutewczas uzyskuje się miarodajny do wymiarowania systemoacutew kanalizacyjnych odpływ
woacuted deszczowych (Qm)
Rys 71 Schemat zlewni deszczowej o powierzchni F
Historycznie wzoacuter wyjściowy na miarodajny odpływ woacuted deszczowych Qm (w dm3s)
ze zlewni ma postać
FqQm (71)
gdzie
q - natężenie jednostkowe deszczu q = q(td C) dm3(s∙ha)
φ - wspoacutełczynnik opoacuteźnienia odpływu (redukcji natężenia deszczu) -
ψ - wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego -
F - powierzchnia zlewni ha
KANALIZACJA I
55
Wspoacutełczynnik opoacuteźnienia (φ) zwany też wspoacutełczynnikiem redukcji natężenia deszczu
związany jest z czasem spływu woacuted deszczowych od najdalszego punktu zlewni do przekroju
obliczeniowego Zależy od wielu czynnikoacutew (opoacuteźnienia i retencji) tj głoacutewnie od czasoacutew
przepływu w kanale (tp) oraz koncentracji terenowej (tk) i retencji kanałowej (tr)
Wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego (ψ) ujmuje stosunek wielkości spływu woacuted
opadowych Qsp ze zlewni (o powierzchni F) do wielkości opadu Qop w tej zlewni
1op
sp
Q
Q (72)
Wartość wspoacutełczynnika spływu zależy głoacutewnie od rodzaju zagospodarowania
(uszczelnienia) terenu zlewni ale także od spadkoacutew powierzchni oraz natężenia deszczu (C)
Dotychczas w wymiarowaniu kanalizacji obliczano zastępczy ndash tj średni ważony
wspoacutełczynnik spływu dla zlewni cząstkowej (podzlewni) przyporządkowanej do danego
odcinka kanału z wzoru
F
F
F
F
FFF
FFF zr
n
i
i
n
i
ii
n
nn
1
1
21
2211
)(
(73)
gdzie
ψi - wspoacutełczynnik spływu (i-tej) powierzchni składowej podzlewni kanału -
Fi - (i-ta) powierzchnia składowa podzlewni F ha
Spływ powierzchniowy utożsamiano ze zlewnią zredukowaną - o roacutewnoważnej
szczelnej powierzchni - Fzr obliczanej ze wzoru
FFzr (74)
UWAGA W projektowaniu odwodnień terenoacutew w Polsce wspoacutełczynnik spływu był błędnie
utożsamiany ndash tylko ze stopniem uszczelnienia powierzchni zlewni - niezależnie od spadkoacutew
terenu oraz natężenia deszczu obliczeniowego (q(t C)) Wartość wspoacutełczynnika spływu (ψi)
danej powierzchni cząstkowej (Fi) zlewni deszczowej określano więc wyłącznie w zależności
od rodzaju pokrycia - stopnia uszczelnienia terenu
Gdy znane były szczegoacutełowe plany zagospodarowania przestrzennego terenoacutew
dachy szczelnehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]95090[
drogi asfaltowe helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]900850[
bruki kamienne klinkierowe helliphelliphelliphelliphelliphellip ]850750[
drogi tłuczniowehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]600250[
drogi żwirowe helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]300150[
parki ogrody łąki zieleńce helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]10000[
Gdy brak było szczegoacutełowych planoacutew zagospodarowania przestrzennego miast
zabudowa zwarta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]7050[
zabudowa luźna helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]5030[
zabudowa willowahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]3020[
powierzchnie niezabudowanehelliphelliphelliphelliphelliphellip ]2010[
parki i duże obszary zieleni helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]1000[
Edel (w 2002 roku) zaproponował uzależnianie wartości wspoacutełczynnika spływu
dodatkowo od spadkoacutew powierzchni co przedstawiono w tabeli 71 Był to już pewien postęp
metodyczny Nadal jednak nie uwzględniano wpływu natężenia opadoacutew deszczu (o danej
częstości występowania) na wartość wspoacutełczynnika spływu co proponuje się obecnie w
metodzie MMN (rozdz 83 [2]) - na wzoacuter niemieckiej metody MWO (wg rozdz 73 [2])
KANALIZACJA I
56
Tab 71 Wartości wspoacutełczynnika spływu w zależności od rodzaju i spadku powierzchni wg Edela
Rodzaj powierzchni
zagospodarowanie
terenu
Spadek powierzchni []
05 10 25 50 75 100
Wartość wspoacutełczynnika spływu ψ
Dachy 085 090 096 098 099 100
Bruki szczelne 070 072 075 080 085 090
Bruki zwykłe 050 052 055 060 065 070
Aleje spacerowe 020 022 025 030 035 040
Parki i ogrody 010 012 015 020 025 030
Grunty rolne 005 008 010 015 020 025
Lasy 001 002 004 006 010 015
Zabudowa zwarta 080 082 085 090 095 100
Zabudowa luźna 060 062 065 070 075 080
Zabudowa willowa 040 042 045 050 055 060
Norma PN-EN 752 podaje tutaj ogoacutelne graniczne wartości
ψ = 10 dla dachoacutew o powierzchni F lt 100 m2 i ψ = 05 dla dachoacutew żwirowych i z
zielenią ekstensywną o F gt 1 ha
ψ = 09divide10 dla powierzchni nieprzepuszczalnych i stromych dachoacutew
ψ = 0divide03 dla powierzchni przepuszczalnych
W przypadku występowania wysokich budynkoacutew powierzchnię dachoacutew zaleca
zwiększać do 30
UWAGA Należy zdawać sobie sprawę z faktu że w wraz z rozwojem miast w efekcie
postępującego doinwestowania terenoacutew rośnie wartość wspoacutełczynnika spływu w skutek
wzrostu stopnia uszczelnienia powierzchni terenoacutew zurbanizowanych
712 WYBOacuteR CZASU TRWANIA DESZCZU MIARODAJNEGO
Po przyjęciu określonej częstości C występowania deszczu obliczeniowego (wg PN-EN
752) pojawia się pytanie jakie jest miarodajne natężenie deszczu (qm) - zależne od
miarodajnego do zwymiarowania kanału czasu jego trwania (tdm) w konkretnym węźle
obliczeniowym
Rys 72 Zależność (typu IDF) natężenia deszczu q od jego czasu trwania td
- dla danej częstości C występowania
UWAGA Każdemu przekrojowi (x) kanału na jego trasie (patrz schemat na rys 73)
odpowiada inny czas spływu deszczu a zatem inna wartość qm(tdm) jest miarodajna do
zwymiarowania kanału w kolejnym przekroju (x+1) Im dalszy przekroacutej obliczeniowy tym
dłuższy czas spływu i tym mniejsze są miarodajne wartości qm - dla danej częstości C
KANALIZACJA I
57
Rys 73 Idea wymiarowania kanałoacutew w poszczegoacutelnych węzłach obliczeniowych zlewni deszczowej
W przekroju x kanału obliczeniowy strumień objętości Qm zapisać można jako
zrdmmzrxm FtqFqQ )(
(76)
gdzie
qφ = qm(tdm) - zredukowane natężenie deszczu (w dm3(s∙ha)) względem miarodajnego do
wymiarowania kanalizacji czasu trwania tdm =
Dla ideowej - modelowej zlewni deszczowej o F = Fzr (rys 75) zostaną rozpatrzone 3
przypadki związane z czasem trwania deszczu (td) w relacji do czasu przepływu (tp) w kanale
deszczowym (A-B) tj od początku zlewni (punktu A) do przekroju obliczeniowego (p B)
I przypadek td gt tp Q max 1
II przypadek td lt tp Q max 2
III przypadek td = tp Q max 3
Okaże się że dla td = tp qm(B) Qm(B) ndash strumień ten będzie największy
Rys 74 Przykładowa krzywa natężenia deszczu o częstości występowania C
Dla przyjętej częstości występowania (C) - z krzywej deszczu typu IDF (rys 74)
ustalono następujące natężenia jednostkowe opadoacutew
dla tdm 1 gt tp q1
dla tdm 2 lt tp q2
dla tdm 3 = tp q3
Rys 75 Schemat ideowy modelowej zlewni deszczowej (F = Fzr) kanału A ndash B
KANALIZACJA I
58
I przypadek td gt tp
Dla modelowej zlewni deszczowej kanału A-B (rys 75) gdy td gt tp = t3
- po czasie t1 do punktu B spłynie deszcz z powierzchni F1 o strumieniu 111 qFQ
- po czasie t2 1212 )( qFFQ
- a po czasie t3 = tp 1max13213 )( QqFFFQ - cała zlewnia objęta już będzie spływem
Rys 76 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td gt tp = t3
II przypadek td lt tp
Na przykład gdy td = t2 lt tp = t3 woacutewczas 211
qFQ oraz 2max2212
)( QqFFQ
Ponieważ q2 gt q1 pomimo że deszcz nie objął całej zlewni to najczęściej Qmax 2 gt Qmax 1
Rys 77 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td lt tp = t3
III przypadek td = tp
Dla td = tp = t3 woacutewczas311
qFQ 3212
)( qFFQ i 3max33213
)( QqFFFQ
Ponieważ q1 lt q3 lt q2 a deszcz obejmuje całą zlewnię to przepływ Qmax 3 w punkcie B
będzie największy (rys 78)
Rys 78 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td = tp = t3
KANALIZACJA I
59
Tak więc gdy maxmpd Qtt - co jest podstawą dotychczasowych metod (czasu
przepływu) wymiarowania kanalizacji w wielu krajach świata tj
metody wspoacutełczynnika opoacuteźnienia (MWO) - w krajach niemieckojęzycznych
rational method - w krajach anglojęzycznych (RM)
metody granicznych natężeń (MGN) ndash dotychczas stosowanej w Polsce
metody maksymalnych natężeń (MMN) ndash zalecanej do stosowania w Polsce [1 2 3]
72 METODA GRANICZNYCH NATĘŻEŃ (MGN)
721 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MGN
W MGN przyjmowano że miarodajny strumień objętości ściekoacutew deszczowych (Qm) w
rozpatrywanym przekroju kanału występuje z pewnym opoacuteźnieniem w stosunku do momentu
rozpoczęcia opadu (co jest prawdą ale tylko po okresie suchej pogody ) o czas niezbędny
na
tk - koncentrację terenową - zwilżenie powierzchni wypełnienie nieroacutewności teren i
dopływ po powierzchni do kanału (poprzez wpust deszczowy)
tr - retencję kanałową - wypełnianie się kanału od wysokości bdquo0rdquo do wysokości
wypełnienia obliczeniowego h(Qm)
tp - przepływ w kanale - od początku kanału do przekroju obliczeniowego
Tak więc w MGN oproacutecz opoacuteźnienia (redukcji) odpływu związanego z czasem
przepływu (tp) uwzględniano dodatkowo czasy opoacuteźnienia-retencji tk i tr ndash czyli dodatkowo
redukujące wartość natężenia jednostkowego opadoacutew stąd dla
)()()( pmdmmdmprkdmd tQtQtqttttt (77)
gdzie FtqtQ dmdmm )()( (78)
lub FtqtQ pdmm )()( (79)
UWAGA Założenia wyjściowe metody MGN są poprawne jedynie w przypadku opadu
deszczu występującego po długim okresie suchej pogody Ponieważ opady kryterialne do
wymiarowania kanałoacutew deszczowych (o częstości C = 1divide10 lat) występują z reguły w
okresach długotrwałej mokrej pogody założenie to prowadzi do niedowymiarowania średnic
kanałoacutew bowiem miarodajny strumień objętości ściekoacutew deszczowych Qm(tdm) jest woacutewczas
zawsze mniejszy od Qm(tp) ndash wg relacji (77) Zostało to wykazane w podręcznikach [1 2] na
przykładach wymiarowania i modelowania działania kanalizacji
Czas koncentracji terenowej - tk
Czas koncentracji terenowej zależy głoacutewnie od rodzaju i stopnia uszczelnienia terenu
spadkoacutew powierzchni oraz natężenia deszczu ale także pośrednio od gęstości zabudowy czy
rozmieszczenia wpustoacutew deszczowych na trasie kanału itp Jest to czas niezbędny na
zwilżenie powierzchni wypełnienie nieroacutewności terenu (- jedynie po okresie suchej pogody)
jak i sam dopływ po powierzchni do wpustu deszczowego i dalej przykanalikiem do kanału
UWAGA 1 Z punktu widzenia niezawodności działania kanalizacji bezpieczniejsze jest
pomijanie wartości tk Czas tk powiększa bowiem czas trwania deszczu a więc redukuje
natężenie q(tdm) miarodajne do wymiarowania kanałoacutew Qm(tdm) lt Qm(td = tp)
UWAGA 2 W przypadku serii występujących po sobie intensywnych opadoacutew wartość tk jest
znikomo mała
UWAGA 3 Koncentracja terenowa jest pomijana w niemieckich metodach czasu przepływu
wymiarowania kanalizacji deszczowej
KANALIZACJA I
60
Prawdopodobieństwo p (zamiennie częstość C) pojawiania się deszczu miarodajnego
było przyjmowane w dostosowaniu do zalecanych woacutewczas standardoacutew ochrony terenoacutew
przed wylaniami ndash odrębnych dla kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej Według WTP z
1965 r uśredniony czas tk - w warunkach miejskich przyjmowano od 2 do 10 minut Wg
Zasad planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych w aglomeracjach miejsko -
przemysłowych i dużych miastach z 1984 r zmniejszono zalecane czasy koncentracji
terenowej tk z 2divide10 minut do 2divide5 minut (tab 71 [2])
Tab 71 Zalecane prawdopodobieństwa (częstości) występowania deszczu miarodajnego do
projektowania kanalizacji w Polsce wg WTP z 1965 r
Lp
Warunki terenowe w zlewni deszczowej
Prawdopodobieństwo p (częstość C)
występowanie opadoacutew dla
kanalizacji
Czas
koncentracji
terenowej
tk min - deszczowej - ogoacutelnospławnej
1 Kanały boczne w płaskim terenie 100 (C = 1 rok) 50 (C = 2 lata) 10 (5)
2 Kolektory kanały boczne przy spadku
terenu powyżej 2
50 (C = 2 lata) 20 (C = 5 lat) 5 (2)
3 Kolektory w głoacutewnych ulicach o trwałych
nawierzchniach kanały boczne przy spadku
terenu powyżej 4
20 (C = 5 lat) 10 (C = 10 lat) 2
4 Szczegoacutelnie niekorzystne warunki terenowe
(niecki o utrudnionym odpływie zbocza
głębokie piwnice przy gęstej zabudowie)
10 (C = 10 lat) 5 (C = 20 lat) 2
5 Rowy otwarte w obrębie miast 10 (C = 10 lat) 2 (C = 50 lat) 2
wartości zalecane wg bdquoZasad planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych helliprdquo z 1984 r
wartości zalecane do projektowania przepustoacutew pod torami kolejowymi w wojewoacutedztwie dolnośląskim
Czas retencji kanałowej - tr
W okresie braku opadoacutew kanały deszczowe są prawie puste Płyną jedynie wody
przypadkowe najczęściej infiltracyjne Czas wypełniania się kanałoacutew do wysokości
obliczeniowej h(Qm) tj wypełnienia normalnego hn(Qm) w ruchu roacutewnomiernym w MGN
wyrażano w procentach czasu przepływu (tp) ściekoacutew - od początku sieci do przekroju
obliczeniowego Czas ten szacowany był na
tr = (14 divide 20) tp (711)
Wg zaleceń WTP z 1965 r w MGN należało przyjmować wartość tr w wysokości 20
czasu tp czyli tr = 02tp
UWAGA 1 Z punktu widzenia niezawodności działania kanalizacji bezpieczniejsze jest
pomijanie czasu retencji kanałowej bowiem wartość tr znacznie redukuje natężenie deszczu
q(tdm) miarodajne do wymiarowania kanałoacutew w MGN
UWAGA 2 W przypadku wystąpienia serii intensywnych opadoacutew czas tr ma małą wartość ndash
kanały są częściowo wypełnione po poprzednim opadzie
UWAGA 3 Czas tr jest pomijany w obliczeniach kanalizacji metodami czasu przepływu
stosowanymi w Niemczech (MWO MZWS) gdzie przyjmuje się td = tp
722 TOK OBLICZEŃ W WYMIAROWANIU KANAŁOacuteW w MCP
Czas przepływu ściekoacutew tp (w minutach) w kanale A-B (wg rys 79) - od jego początku
(A) do przekroju obliczeniowego (B) określa się z wzoru
60
Lt p (712)
- znając długość kanału L (w m) i prędkość przepływu υ (w ms)
KANALIZACJA I
61
Przykład Dla danych Qm(B) i projektowanego spadku dna kanału ik należy dobrać przekroacutej
(średnicę) kanału i ustalić wypełnienie h( ) oraz prędkość υ( ) przepływu (dla Qm(B) ik
h( ) υ( ))
Rys 79 Schemat przykładowej zlewni deszczowej do doboru średnicy kanału A-B
UWAGA Ponieważ do obliczenia strumienia objętości Qm(B) potrzebny jest nieznany a priori
- rzeczywisty czas przepływu tp toteż wymiarowanie kanału prowadzi się iteracyjnie W
pierwszym przybliżeniu w MCP zakłada się bdquodowolnąrdquo prędkość przepływu np υz(1) = 10
ms i oblicza czas przepływu tp(1) = L60υz(1)
Przykładowo w MGN wyznaczano bdquomiarodajnyrdquo czas trwania deszczu tdm(1) z wzoru
krpdm tttt (713)
w ktoacuterym podstawiano za tr = 02tp stąd
kpkppdm tttttt 2120 (714)
Dalej - w 1 przybliżeniu w MPC należy obliczyć natężenie jednostkowe deszczu
miarodajnego q(tdm)(1) a następnie strumień objętości Qm(tdm)(1) oraz dobierać wymiar kanału
z ustaleniem jego wypełnienia h(1) oraz bdquorzeczywistejrdquo prędkość przepływu υrz(1)
W 2 przybliżeniu dla nowo założonej prędkości υz(2) = υrz(1) należy obliczyć nowe
czasy tp(2) i tdm(2) oraz strumienie q(tdm)(2) i Qm(tdm)(2) Dla dobranej już średnicy kanału należy
ustalić nowe wartości h(2) oraz υrz(2) Obliczenia należy prowadzić do momentu aż prędkość
rzeczywista w n-tym przybliżeniu υrz(n) dla Qm(n) w dobranym kanale o wypełnieniu h(n)( )
nie roacuteżni się więcej niż plusmn 01 ms od υrz(n-1)
Przykładowo w MGN dla kanału złożonego z wielu odcinkoacutew obliczeniowych czas tp
był sumowany - od początku kanału do ostatniego przekroju obliczeniowego z wzoru
kpdm ttt 21 (716)
a minimalny czas trwania deszczu miarodajnego przyjmowano jako
tdm min = 10 min
- co oznaczało w praktyce że bdquokroacutetkierdquo kanały - na początkowych odcinkach sieci gdzie tdm le
10 minut były wymiarowane na stały opad q10(C) tj dla tdm = 10 minut
724 METODA UPROSZCZONA ndash STAŁYCH NATĘŻEŃ (MSN)
Do wymiarowania kanalizacji deszczowej stosowana była też uproszczona metoda
zwana metodą stałych natężeń (MSN) mająca jednak ograniczone zastosowanie - do
projektoacutew wstępnych i do zlewni o F le 50 ha Nie wyznaczano tutaj czasu trwania deszczu
miarodajnego a natężenie deszczu redukowano najczęściej funkcją uwzględniającą przyrost
powierzchni zlewni (F) Wzoacuter do obliczania miarodajnego strumienia Qm (w dm3s) w MSN
ma postać
zrIICm FqQ )(10 (723)
gdzie
q10C - natężenie jednostkowe deszczu o czasie trwania tdm = 10 minut dla danej częstości
występowania C lat (w dm3(s∙ha)) obliczane z wzoru (717) Błaszczyka postaci
KANALIZACJA I
62
constAA
t
CHq
dm
C 64410
6316667032
3 2
10 (724)
φ(II) - wspoacutełczynnik redukcji natężenia deszczu (oznaczony w MSN indeksem II - dla
odroacuteżnienia od MGN) obliczany najczęściej z formuły Buumlrkli-Ziglera w
zależności od wielkości powierzchni zlewni dla F ge 10 ha
nII
F
1)( (725)
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha
n - parametr zależny od spadkoacutew powierzchni terenu i kształtu zlewni -
Dla przeciętnych warunkoacutew terenowych gdy spadek terenu warunkuje prędkość
przepływu w kanałach rzędu 12 ms a długość zlewni była około dwa razy większa niż jej
szerokość zalecano przyjmowanie (intuicyjnie) n = 6 Dla spadkoacutew mniejszych i zlewni
wydłużonych n = 4 a dla spadkoacutew większych i zlewni zwartych n = 8
UWAGA MSN jako nie należąca do tzw metod czasu przepływu w świetle zaleceń PN-
EN 752 nie powinna być stosowna do wymiarowania kanalizacji deszczowej
725 OSOBLIWOŚCI OBLICZENIOWE W MCP
Wszystkie metody czasu przepływu wymagają obliczeń sprawdzających tj poroacutewnań
aktualnie obliczanej wartości Qm(x) - w węźle (przekroju) niżej położonym względem
obliczonej już wartości Qm(x-1) - w węźle (przekroju) wyżej położonym W tzw zlewni
regularnej zawsze
Qm(x) ge Qm(x-1) (726)
W przypadku gdy Qm(x) lt Qm(x-1) - do wymiarowania dolnego odcinka kanału należy
przyjmować większą wartość strumienia tj Qm(x-1) - z goacuternego odcinka Dotyczy to
przypadkoacutew występowania tzw zlewni nieregularnych tj
zlewni o roacuteżniących się znacznie parametrach podzlewni (Fi ψi li iihellip)
występowania kanałoacutew tranzytowych
połączeń w węźle kilku kanałoacutew
Przykład zlewni regularnej kanału A-B-C przedstawiono poglądowo na rys 712
Rys 712 Schemat zlewni regularnej kanału deszczowego A-B-C (Fc ψsr = Fzr c Fc = F1 + F2)
Cechy szczegoacutelne przykładowej zlewni regularnej
kanał A-B-C złożony jest z dwoacutech odcinkoacutew o podobnych długościach l1 + l2 = l
podzlewnie deszczowe F1 i F2 są podobnej wielkości
wspoacutełczynniki spływu ψ1 i ψ2 są podobnej wartości
spadki terenu czy dna kanałoacutew i1 i i2 są podobnej wartości
Dla zlewni regularnej
QmC gt QmB
)(1)(2 BC DD
zrmm FqQ - strumień zwiększa się
pomimo że maleje qm ale szybciej rośnie Fzr
średnice kanałoacutew nie mogą maleć
wraz ze wzrostem długości kanału
KANALIZACJA I
63
Przykłady obliczeń zlewni nieregularnych ndash konieczne sprawdzenia Qm w węzłach
Nieregularność zlewni powodowana jest najczęściej znacznymi roacuteżnicami wielkości
powierzchni zlewni cząstkowych (Fi) bądź wspoacutełczynnikoacutew spływu (ψi) na wymiarowanych
odcinkach (i) kanału lecz nie tylko Nieregularność może być też wywołana znacznymi
roacuteżnicami wartości takich parametroacutew kanału jak długość czy spadek dna a więc
związanych z czasem przepływu (tp) Dla przykładu w podręcznikach [1 2] przedstawiono 4
klasyczne przykłady występowania zlewni nieregularnych - zwanych także wspoacutełzależnymi
lub wzajemnie oddziaływującymi na siebie Poniżej omoacutewiono 2 - najczęstsze przypadki
Przykład 1 21
Rys 713 Schemat zlewni nieregularnej gdy ψ1 gtgt ψ2
Wymiarowanie w przekroju B (odcinka A-B o długości l1 ndash rys 713)
1
1
1 )()(60
zrdmBmBdmBdmBpAB FtqQtqtl
t
Wymiarowanie w przekroju C (odcinka B-C o długości l2)
2
2
60
lt pBC )()()( 21 zrzrdmCmCdmCdmCpACpBCpABp FFtqQtqttttt
Sprawdzenie relacji wynikoacutew obliczeń strumieni QmB i QmC
- jeżeli QmB gt QmC to odcinek B-C wymiarujemy na strumień QmB Ma to miejsce zawsze
woacutewczas gdy pACpAB tt i jednocześnie 21 zrzr FF
Uzasadnienie prawdziwości hipotezy podano na rys 714
Rys 714 Wpływ relacji tpAB ltlt tpAC i Fzr1gtgt Fzr2 na wynik obliczeń strumieni QmB i QmC
KANALIZACJA I
64
Przykład 2 Połączenie dwoacutech kanałoacutew w węźle początkowym sieci
Założenie wyjściowe tp1 ltlt tp2 - wg rys 718
Rys 718 Schemat zlewni nieregularnej wywołanej połączeniem kanałoacutew węźle C gdy tp1 ltlt tp2
Kanał A-C wymiarujemy na strumień miarodajny w węźle C QmAC - dla czasu przepływu tp2
Kanał B-C wymiarujemy na strumień miarodajny w węźle C QmBC - dla czasu przepływu tp1
Kanał C-D wymiarujemy na strumień miarodajny dla węzła D - największy z 4 możliwych
1) dla sumy czasoacutew tp2 + tp3 i zlewni Fzr = Fzr1 + Fzr2 + Fzr3 (najczęściej w praktyce)
2) dla sumy czasoacutew tp1 + tp3 i zlewni Fzr = Fzr1 + Frsquozr2 + Fzr3 (sprawdzenie)
3) dla czasu tp2 i zlewni Fzr = Fzr1 + Fzr2 (sprawdzenie)
4) dla czasu tp1 i zlewni Fzr = Fzr1 + Frsquozr2 (sprawdzenie)
Aby obliczyć Frsquozr2 (do sprawdzeń 2 i 4) należy określić położenie punktu Arsquo tak aby
czas przepływu od Arsquo do C był roacutewny tp1 tzn długość odcinka ArsquoC = tp1 2 Zakładając
proporcjonalny do długości kanału przyrost powierzchni zlewni
2
2
zr
zr
F
F
AC
CA (727)
Otrzymamy
AC
FCAF zr
zr2
2
(728)
73 METODA WSPOacuteŁCZYNNIKA OPOacuteŹNIENIA
731 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MWO
W metodzie wspoacutełczynnika opoacuteźnienia (MWO) należącej do MCP pomija się czasy
retencji terenowej i kanałowej - czyli przyjmuje się z założenia td = tp Wyznaczone w ten
sposoacuteb spływy woacuted deszczowych (Qm) są miarodajne do bezpiecznego wymiarowania
kanałoacutew deszczowych (są one znacznie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN)
W MWO miarodajny strumień woacuted deszczowych Qm (dla td = tp) określa się z wzoroacutew
KANALIZACJA I
65
- dawniej (do 1999 r)
FCtqQ sdm )(115 (729)
- obecnie (od 1999 r)
FCtqQ sdm )( (730)
gdzie
q151 - wzorcowe jednostkowe natężenie deszczu - o czasie trwania td = 15 minut i
częstości występowania C = 1 rok przyjmowane dawniej jako średnie dla
Niemiec q151 = 100 dm3s ha Obecnie ustalane z atlasu KOSTRA q151 [90
170] dm3(s∙ha)
(tdC) - wspoacutełczynnik opoacuteźnienia odpływu (redukcji natężenia deszczu) dla czasu trwania
deszczu td (w minutach) i częstości wystąpienia C (w latach)
368409
38)( 4
C
tCt
d
d (731)
q(tdC) - miarodajne (maksymalne) natężenie jednostkowe deszczu (w dm3(s∙ha)) dla
czasu trwania td = tp i częstości występowania C obecnie ustalane na podstawie
krzywych IDF z atlasu KOSTRA - indywidualnie dla każdej miejscowości
ψs - szczytowy wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych przyjmowany w zależności
od stopnia uszczelnienia powierzchni nachylenia terenu i natężenia deszczu
wzorcowego - q15C -
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha
Miarodajne do wymiarowania kanalizacji - zredukowane jednostkowe natężenie deszczu
wg bdquostaregordquo wzoru (729)) wynosi więc
)36840(9
38)( 4
115115
Ct
qCtqd
d (732)
Np dla q151 = 100 dm3(s∙ha) z (732) otrzymamy natężenia deszczy zależne od C
q152 = 130 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 2 lata ((tdC) = 1300)
q155 = 180 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 5 lat ((tdC) = 1784)
q1510 = 225 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 10 lat ((tdC) = 2232)
Najkroacutetsze miarodajne czasy trwania deszczu (td min) przyjmowane są w MWO w
zależności od spadku terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni ndash wg tab 75
Tab 75 Najkroacutetsze czasy trwania deszczu (td min) w MWO w zależności
od spadku terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni wg ATV A-118
W MWO maksymalny spływ powierzchniowy (Qm dawniej wg (729) lub obecnie wg
(730)) pochodzi z miarodajnej - zredukowanej zlewni deszczowej o zastępczej
powierzchni
Fm zr = ψs middot F
Wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu (ψs) zależy od stopnia uszczelnienia
zlewni (ψ) i spadkoacutew powierzchni terenu (it) oraz od natężenia ndash częstości deszczu (C) (wg
tab 76)
Średni spadek
terenu
Stopień
uszczelnienia
Minimalny czas
trwania deszczu
Deszcz
obliczeniowy
lt 1 le 50 15 minut q15C
gt 50 10 minut
q10C 1 do 4 gt 0 10 minut
gt 4 le 50 10 minut
gt 50 5 minut q5C
KANALIZACJA I
66
Tab 76 Szczytowe wspoacutełczynniki spływu (s) dla roacuteżnych natężeń (częstości) deszczy
obliczeniowych (q15C) o czasie trwania 15 minut w zależności od grupy spadkoacutew terenu (it)
oraz stopnia uszczelnienia (ψ) wg ATV A-1181999 DWA A-1182006 cytow w [1 2]
() Stopnie uszczelnienia le 10 wymagają uwzględnienia lokalnych uwarunkowań wspoacutełczynnika s
() natężenia q15C = 100 130 180 i 225 dm3(s∙ha) odpowiadają C = 1 2 5 i 10 lat
732 OSOBLIWOSCI OBLICZENIOWE W MWO
Procedura wymiarowania hydraulicznego kanalizacji deszczowej wg MWO jest
podobna jak w MGN W szczegoacutelności dla każdego przekroju obliczeniowego kanału (węzła
x sieci) wyznacza się miarodajny czas trwania deszczu (td) odpowiadający sumarycznemu
czasowi przepływu (tp) w kanałach (sieci) wyżej położonych (td = tp)
Dla bardzo zroacuteżnicowanych powierzchni cząstkowych zlewni - pod względem kształtu
spadkoacutew terenu czy wartości wspoacutełczynnikoacutew spływu szczytowego występowanie zlewni
wspoacutełzależnych (oddziałujących na siebie) ndash czyli nieregularnych jest często spotykane [1
2] Przykładowo w przypadku połączenia większej liczby (n) kanałoacutew o zroacuteżnicowanych
czasach przepływu (tpi) wyznacza się skorygowany - średni ważony czas przepływu tps z
wzoru
n
mi
n
mipips QQtt11
(737)
8 WSPOacuteŁCZESNE STANDARDY ODWODNIENIA TERENOacuteW
ZURBANIZOWANYCH
81 WYMAGANIA DO WYMIAROWANIA KANALIZACJI DESZCZOWEJ
Z przyczyn ekonomicznych systemy kanalizacyjne na terenach zurbanizowanych nie
mogą być tak projektowane aby dla każdego intensywnego opadu deszczu w wieloleciu
mogły zagwarantować pełną ochronę terenoacutew przed wylaniem tj zapobiec w pełni szkodom
w wyniku podmoknięcia terenu czy podtopienia budowli czy też utrudnieniom
komunikacyjnym Zapewnienie odpowiedniego standardu odwodnienia terenu definiuje się
jako przystosowanie sieci kanalizacyjnej do przyjęcia maksymalnych - prognozowanych
strumieni woacuted opadowych z częstością roacutewną dopuszczalnej - akceptowalnej społecznie
częstości wystąpienia wylania na powierzchnię terenu
Określenie dopuszczalnych częstości z jaką średnio w okresie wieloletnim użytkownik
systemu kanalizacyjnego ma tolerować występowanie zaburzeń w funkcjonowaniu
kanalizacji powinno uwzględniać każdorazowo we właściwy sposoacuteb miejscowe
uwarunkowania terenu (tab 81)
Stopień
uszczel-
nienia
terenu
ψ
Szczytowe wspoacutełczynniki spływu s
Grupy spadkoacutew terenu
1) it le 1 2) 1 lt it le 4 3) 4 lt it le 10 4) it gt 10
Wzorcowe natężenie deszczu q15C - w dm3s ha ()
100 130 180 225 100 130 180 225 100 130 180 225 100 130 180 225
0 () 0 0 010 031 010 015 030 (046) 015 020 (045) (060) 020 030 (055) (075)
10 () 009 009 019 038 018 023 037 (051) 023 028 050 (064) 028 037 (059) (077)
20 018 018 027 044 027 031 043 056 031 035 055 067 035 043 063 080
30 028 028 036 051 035 039 050 061 039 042 060 071 042 050 068 082
40 037 037 044 057 044 047 056 066 047 05 065 075 050 056 072 084
50 046 046 053 064 052 055 063 072 055 058 071 079 058 063 076 087
60 055 055 061 070 060 063 070 077 062 065 076 082 065 070 080 089
70 064 064 070 077 068 071 076 082 070 072 081 086 072 076 084 091
80 074 074 078 083 077 079 083 087 078 08 086 090 080 083 087 093
90 083 083 087 090 086 087 089 092 086 088 091 093 088 089 093 096
100 092 092 095 096 094 095 096 097 094 095 096 097 095 096 097 098
KANALIZACJA I
67
Tab 81 Zalecane wg PN-EN 7522008 dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanalizacji [1 2]
Częstość deszczu
obliczeniowego C ) [1 raz na C lat]
Kategoria standardu odwodnienia terenu
(Rodzaj zagospodarowania)
Częstość
wystąpienia wylania
Cw
[1 raz na C lat] 1 na 1 I Tereny pozamiejskie (wiejskie) 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne przejścia i przejazdy
pod ulicami itp
1 na 50
) Dla deszczu obliczeniowego nie mogą wystąpić żadne przeciążenia systemoacutew
Wdrożona w Polsce norma europejska PN-EN 752 z 2008 r przyjmowała dopuszczalną
częstość wylania (Cw) jako miarę stopnia ochrony terenoacutew przed wylaniem - w zależności od
rodzaju jego zagospodarowania Jak wynika z tabeli 81 o wymaganym standardzie
odwodnienia terenu decydował rodzaj zagospodarowania w tym obecność obiektoacutew
specjalnych infrastruktury podziemnej Tym samym wyroacuteżniono cztery kategorie standardu
odwodnienia terenu roacuteżniące się istotnie dopuszczalną częstością wystąpienia wylania (Cw)
Podobną kategoryzację (I - IV) przyjęto w Polsce w latach osiemdziesiątych ubiegłego
wieku - w zależności od zagospodarowania i spadkoacutew terenu rozroacuteżniając przy tym jeszcze
rodzaj systemu kanalizacyjnego (tab 82) Były to jednak znacznie niższe dopuszczalne
wartości częstości (1 2 5 i 10 lat ndash dla kanalizacji deszczowej) wystąpienia wylania w
poroacutewnaniu do podanych w tabeli 81
Tab 82 Dopuszczalne prawdopodobieństwa (częstości) wystąpienia zalewoacutew terenu dla kanałoacutew
deszczowych i ogoacutelnospławnych wg IKŚ [1 2]
Kategoria
standardu
odwodnie-nia
terenu
Rodzaju ukształtowania i zagospodarowania terenu -
w standardach odwodnienia I II III i IV kategorii
Prawdopodobieństwo p w
(częstość Cw w latach)
- kanalizacja
deszczowa
- kanalizacja
ogoacutelnospławna
I Wszystkie rodzaje zagospodarowania z wyjątkiem dzielnic
śroacutedmiejskich centroacutew miast oraz ulic E i P - teren płaski 100 (1) 50 (2)
II
Wszystkie rodzaje zagospodarowania jw teren o spadkach
2divide4 Dzielnice śroacutedmiejskie i centra miast oraz ulice klasy E i
P na terenach płaskich
50 (2) 20 (5)
III
Wszystkie rodzaje zagospodarowania jak w 1 lecz w szczegoacutelnie
niekorzystnych warunkach ze względu na odwodnienie (niecki
terenowe) Dzielnice śroacutedmiejskie i centra miast oraz ulice klasy
E i P na terenach o spadkach 2divide4
20 (5) 10 (10)
IV
Dzielnice śroacutedmiejskie centra miast oraz ulice klasy E i P na
terenach szczegoacutelnie niekorzystnych ze względu na odwodnienie
lub form zagospodarowania wymagających wyjątkowej
pewności odwodnienia
10 (10) 5 (20)
) Instytut Kształtowania Środowiska Zasady planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych w
aglomeracjach miejsko-przemysłowych i dużych miastach Warszawa 1983
Zalecenia PN-EN 7522008 są więc na tym tle bardzo rygorystyczne a przy tym nie
roacuteżnicują częstości wylewoacutew dla kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej
Zgodnie z niemiecką praktyką kanalizacyjną
wylanie należy wiązać ze szkodami względnie zakłoacuteceniami funkcjonowania jezdni
czy podziemnych obiektoacutew komunikacyjnych spowodowanymi wystąpieniem woacuted
opadowych z systemu kanalizacyjnego na powierzchnię terenu lub niemożnością ich
odprowadzenia do systemu wskutek jego przeciążenia
samo wystąpienie wody opadowej na ulicę nie spełnia warunku faktycznego stanu
wylania dopoacuteki spływ w przekroju poprzecznym ulicy uniemożliwia dalszy wzrost
poziomu lustra wody - powyżej krawężnikoacutew i przekroczenie granic posesji
KANALIZACJA I
68
Przy niewystarczającym spadku podłużnym jezdni czy braku wpustu zwierciadło wody
może jednak podnieść się powyżej wysokości krawężnika i doprowadzić do wylania wody na
teren posesji a stamtąd do potencjalnego wnikania do budynkoacutew
Zwymiarowane metodami czasu przepływu - większe systemy kanalizacyjne (o
powierzchni zlewni F gt 2 km2 lub o tp gt 30 minut) zaleca się obecnie sprawdzać pod kątem
ich maksymalnej przepustowości hydraulicznej (sieci i obiektoacutew) w oparciu o skalibrowane
modele symulacyjne (hydrodynamiczne) dla spełnienia wymagań PN-EN 752 odnośnie
akceptowalnych społecznie częstości wylewoacutew (wg tab 81)
Zalecenia PN-EN 7522008 co do dopuszczalnych częstości wylewoacutew z kanalizacji są
trudne do weryfikacji na etapie projektowania nowych systemoacutew ponieważ nie da się
uogoacutelnić związku pomiędzy częstością opadoacutew projektowych a częstością wylewoacutew
Pomocne okazują się tutaj wytyczne ATV-A 1181999 i DWA-A 1182006 ktoacutere
wprowadzają pojęcie częstości nadpiętrzenia (Cn) jako pomocniczą wielkość wymiarującą
do obliczeń sprawdzających (w modelowaniu) działania sieci kanalizacyjnych (tab 83)
Tab 83 Zalecane wg ATV A-118 częstości nadpiętrzenia do obliczeń sprawdzających
nowoprojektowanych bądź modernizowanych systemoacutew kanalizacyjnych
(poziom odniesienia powierzchnia terenu)
Rodzaj zagospodarowania terenu Częstość nadpiętrzenia Cn
[1 raz na C lat]
I Tereny pozamiejskie 2
II Tereny mieszkaniowe 3
III Centra miast tereny usług i przemysłu rzadziej niż 5
IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp rzadziej niż 10)
) Przy przejazdach należy wziąć pod uwagę że nadpiętrzeniu powyżej powierzchni terenu z reguły towarzyszy
bezpośrednio wylanie o ile nie są stosowane lokalne środki zabezpieczające Tutaj częstości nadpiętrzenia i
wylania odpowiadają wymienionej w tabeli 81 wartości bdquo1 na 50rdquo
Przez nadpiętrzenie w sieci (studzience) kanalizacyjnej należy rozumieć przekroczenie
przyjętego poziomu odniesienia - najczęściej powierzchni terenu Obliczenia sprawdzające
przepustowości kanałoacutew ograniczono więc zatem do takich stanoacutew systemu przy ktoacuterych
lustro ściekoacutew pozostaje wewnątrz systemu względnie osiąga poziom powierzchni terenu
Takie stany dają się w poprawny sposoacuteb odwzorować przy wykorzystaniu istniejących modeli
hydrodynamicznych (np SWMM) na podstawie danych o geometrii sieci wymiaroacutew
kanałoacutew i obiektoacutew Przez to zostaje wyznaczony obliczeniowo stan przeciążenia ktoacutery jest
najbliższy potencjalnie występującemu w dalszej kolejności wylaniu (tab 83)
Trendy zmian standardoacutew wymiarowania kanalizacji deszczowej
Odnośnie europejskich standardoacutew wymiarowania systemoacutew kanalizacji deszczowej
pierwowzorem polskiej normy PN-EN 752 z 2008 roku była norma PN-EN 752 z lat
20002001 (tab 83a)
Tab 83a Historycznie zalecane częstości deszczu obliczeniowego do wymiarowania kanalizacji
deszczowej i dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew wg PN-EN 75220002001
Częstość deszczu
obliczeniowego )
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
Częstość
wylewoacutew
[1 raz na C lat]
1 na 1 Tereny wiejskie 1 na 10
1 na 2 Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 2
1 na 5
Centra miast tereny usług i przemysłu
- ze sprawdzaniem wystąpienia wylania
- bez sprawdzania wystąpienia wylania
1 na 30
----
1 na 10
Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
) Dla deszczu obliczeniowego nie mogą wystąpić żadne przeciążenia systemoacutew
KANALIZACJA I
69
Najnowsza wersja normy PN-EN 752 z 2017 roku utrzymuje zalecane wg PN-EN 752 z
2008 roku (tab 81) częstości projektowe deszczu obliczeniowego tj C = 1 rok - dla terenoacutew
pozamiejskich (wiejskich) oraz C = 2 5 lub 10 lat - dla terenoacutew miejskich (w zależności od
rodzaju zagospodarowania terenu) ale przewiduje już możliwość przyjmowania większych
niż podane w tabelach 81 i 83b - częstości projektowych deszczu obliczeniowego (C)
Biorąc pod uwagę przewidywany wzrost częstości występowania intensywnych opadoacutew
w przyszłości do wymiarowania zwłaszcza głoacutewnych kanałoacutew i przy braku możliwości
modelowania przeciążeń (nadpiętrzeń i wylewoacutew) celowe jest już obecnie przyjmowanie
większych częstości deszczu obliczeniowego niż zalecane w standardach projektowych PN-
EN 75220002001 PN-EN 7522008 PN-EN 7522017 oraz MTiGM1999 wg propozycji
podanej w tabeli 83c - na podstawie podręcznikoacutew [1 2 3]
Tab 83b Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do wymiarowania
kanalizacji deszczowej wg najnowszej normy PN-EN 7522017 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
1 na 1 Tereny pozamiejskie (wiejskie)
1 na 2 Tereny mieszkaniowe
1 na 5 Centra miast tereny usług i przemysłu
1 na 10 Podziemne obiekty komunikacyjne
Przejścia i przejazdy pod ulicami itp
Tab 83c Proponowane zmiany częstości deszczy obliczeniowych dla zachowania
w przyszłości obecnie dopuszczalnych częstości wylewoacutew wg [2 3] Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
2 zamiast 1 Tereny wiejskie
5 zamiast 2 Tereny mieszkaniowe
10 zamiast 5 Centra miast tereny usług i przemysłu
50 zamiast 10 Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp Podobne zalecenia do wymiarowania systemoacutew odwodnieniowych w tym do
sprawdzania niezawodności ich działania (z uwzględnieniem kryterium nadpiętrzeń w
kanałach) są już stosowane w Belgii (Flandria) czy w Niemczech (Nadrenia Poacutełnocna -
Westfalia - wg Merkblatt Nr 433) Pozwoli to prawdopodobnie na zachowanie także w
przyszłości obecnie dopuszczalnych częstości występowania zagrożeń wylewami z kanałoacutew
Odnośnie dopuszczalnej częstość wylewoacutew z kanalizacji normy PN-EN 752 - z
20002001 r (tab 83a) i z 2008 r (tab 81) ograniczały to zagrożenie do rzadkich częstości
(C) występowania w dostosowaniu do 4 rodzajoacutew zagospodarowania przestrzennego terenoacutew
zurbanizowanych Najnowsza wersja normy PN-EN 7522017 roacuteżnicuje już dopuszczalną
częstość wylewoacutew z kanałoacutew w siedmiostopniowej skali wpływu zagrożenia na środowisko -
dla przykładowo zdefiniowanych lokalizacji terenoacutew Jednocześnie zastrzega że podane w
tabeli 83d wartości dopuszczalnych częstości wylewoacutew mogą być zaroacutewno podwyższane bdquow
przypadku szybko przemieszczających się woacuted powodziowychrdquo ale także obniżane bdquow
przypadku przebudowy istniejących systemoacutew gdy osiągnięcie tych samych kryterioacutew
projektowych dla nowych systemoacutew pociąga za sobą zbyt wysokie kosztyrdquo Ta druga
możliwość jest dyskusyjna wobec prognozowanego wzrostu częstości występowania
intensywnych opadoacutew w przyszłości Ponieważ norma nie jest aktem prawnym (wg Ustawy o
normalizacji z 2002 r) zalecenia normatywne należy traktować jako wskazoacutewki do
autorskich projektoacutew [1 2 3]
KANALIZACJA I
70
Tab 83d Kryteria oceny zagrożeń oraz dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew i podtopień
terenoacutew wg PN-EN 7522017
Stopień zagrożenia Przykładowe lokalizacje Częstość wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Bardzo mały Drogi lub otwarte przestrzenie z dala od budynkoacutew 1
Mały Tereny rolnicze w zależności od wykorzystania (np
pastwiska grunty orne) 2
Mały do średniego Otwarte przestrzenie wykorzystane do celoacutew publicznych 3
Średni Drogi lub otwarte przestrzenie w pobliżu budynkoacutew 5
Średni do wysokiego Zalania zamieszkanych budynkoacutew z wyłączeniem piwnic 10
Wysoki Głębokie zalania zamieszkanych piwnic lub przejazdoacutew
pod ulicami 30
Bardzo wysoki Infrastruktura krytyczna 50
82 POROacuteWNANIE DOTYCHCZASOWYCH METOD WYMIAROWANIA
KANALIZACJI DESZCZOWEJ W POLSCE i W NIEMCZECH
821 Analiza jakościowa dotychczasowych metod czasu przepływu
W podręcznikach [1 2] poroacutewnano dwie metody (czasu przepływu) wymiarowania
kanalizacji deszczowej stosowanej dotychczas w Polsce - MGN z wzorem Błaszczyka oraz
podobnie w Niemczech - MWO z wzorem Reinholda
UWAGA Poroacutewnywane metody roacuteżnią się ilościowo - pod względem wartości obliczanych
strumieni Qm(C) lecz wykazują wysoką zgodność jakościową pod względem podobnych
przyrostoacutew strumieni przy zwiększaniu częstości opadoacutew projektowych (C)
Wykazane to będzie na przykładzie całkowicie wypełnionych kanałoacutew o przekroju
kołowym gdzie łatwo udowodnić że wzrost ich przepustowości całkowitej (Q) zależy od
średnicy kanału (d) w funkcji
3 8
1
3 8
11 d
d
dQ
dQ iii (81)
Dowoacuted Korzystając z wzoru Manninga na prędkość średnią [1 2 3]
21321iR
nh (82)
dla promienia hydraulicznego Rh = d4 i wspoacutełczynnika szorstkości kanału n = 0013 sm13
otrzymamy
21322132 5330)4
(1
idid
n (83)
stosując roacutewnanie ciągłości ruchu
ididd
AQ 3 821322
982353304
(84)
przy spadku linii energii roacutewnemu spadkowi dna kanału ii = i1 = idem otrzymamy
3 8
1
3 8
13 8
1
3 8
11 9823
9823
)(
)(
d
d
id
id
dQ
dQ iiiii (85)
Na wykresie na rys 81 przedstawiono bezwymiarowe zależności did1 od QiQ1 equiv
qmiqm1 ndash wyliczone z MGN i MWO Z wykresu wynika że dwukrotne zwiększenie wartości
częstości deszczu np z C = 1 rok na C = 2 lata powoduje wzrost wartości strumienia deszczu
o wartość mnożnika 127 - wg wzoru Błaszczyka (MGN) lub o 13 - wg wzoru Reinholda
(MWO) a więc wymaga wzrostu przepustowości kanału o rząd 30 co wymaga z kolei
wzrostu średnicy kanału tylko rzędu 10 Przykładowo dziesięciokrotne zwiększenie
wartości częstości deszczu np z C = 1 rok na C = 10 lat powoduje względny wzrost wartości
KANALIZACJA I
71
strumienia deszczu o wartość mnożnika ok 22 (w MGN i MWO) i wymaga wzrostu średnicy
kanału jedynie rzędu 35
Rys 81 Jakościowa zależność względnej średnicy kanału od względnego strumienia objętości
Jak z tego wynika bdquobezpiecznerdquo projektowanie średnic kanałoacutew na większą wartość C
np na C = 2 w poroacutewnaniu z C = 1 lub na C = 5 w poroacutewnaniu z C = 2 czy też na C = 10 w
poroacutewnaniu z C = 5 wymaga tylko nieznacznego wzrostu średnicy o około 10 a więc
praktycznie nie podnosi kosztoacutew budowy kanalizacji zapewniając jednocześnie większą
pewność poprawnego jej działania
Racjonalne jest więc zapewnianie bdquowyższego standardurdquo ochrony terenoacutew
zurbanizowanych przed wylaniami z kanalizacji poprzez podnoszenie (w pewnym zakresie)
wartości częstości obliczeniowych deszczy (C) - miarodajnych do projektowania kanalizacji
czyli obniżanie przyjmowanych wartości prawdopodobieństwa (p) ich pojawiania się
822 Analiza ilościowa dotychczasowych metod czasu przepływu
Obliczane wg MWO miarodajne do wymiarowania kanalizacji strumienie ściekoacutew
deszczowych (Qm) są znacznie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN Wynika to
głoacutewnie z roacuteżnic stosowanych modeli opadoacutew ale także z odmiennych założeń wyjściowych
samych metod obliczeniowych co do miarodajnego czasu trwania deszczu (w MWO td = tp)
czy też wartości wspoacutełczynnikoacutew spływu (s - w MWO) Wyniki obliczeń strumieni Qm wg
MWO mogą być nawet dwukrotnie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN - dla
tych samych parametroacutew zlewni deszczowych tj czasu przepływu i częstości występowania
deszczu obliczeniowego [1 2]
W tabeli 84 poroacutewnano natężenia deszczy 10-minutowych odczytane z atlasu
KOSTRA dla granicznych polskich miast na tle zmierzonych we Wrocławiu i w Bochum
oraz obliczonych z modeli Reinholda (612) Błaszczyka (614) i Bogdanowicz-Stachy (616)
Wzajemne roacuteżnice wynikoacutew obliczeń natężeń deszczy q10C - obliczonych z modelu
Reinholda względem obliczonych z modelu Błaszczyka są rzędu 30 (tab 84 wiersz 12) -
na niekorzyść modelu Błaszczyka Średnie wartości natężeń deszczy q10C dla polskich miast
mieszczących się w zasięgu atlasu KOSTRA (z 1997 roku) są niemal identyczne ze
zmierzonymi we Wrocławiu [1 2] i zbliżone wartościami do obliczonych z modelu
Reinholda (tab 84 - wiersze 8 9 i 10) Średnie te są znacznie wyższe od obliczonych z
modelu Błaszczyka od 44 do 19 w praktycznym do projektowania kanalizacji
deszczowej zakresie C [1 10] lat (wiersz 13)
UWAGA Wg modelu Bogdanowicz-Stachy w regionie centralnym Polski (R1) natężenia
q10C są wyższe niż w regionie poacutełnocno-zachodnim (R2) Obliczane z tego modelu natężenia
deszczy poza C = 1 rok korespondują zaroacutewno ze zmierzonymi we Wrocławiu i w Bochum
jak i podanymi w atlasie KOSTRA dla polskich miast przygranicznych
KANALIZACJA I
72
Tab 84 Poroacutewnanie natężenia deszczy 10-minutowych dla wybranych polskich miast (z atlasu
KOSTRA) na tle zmierzonych we Wrocławiu i w Bochum oraz obliczonych z modeli
Reinholda (612) Błaszczyka (614) i Bogdanowicz-Stachy (616) Lp Miejscowość Natężenie deszczu q10C (w dm3(smiddotha)
dla częstości C (w latach)
Uwagi
C = 1 C = 2 C = 5 C = 10
1 Świnoujście 1352 1640 2020 2308
[Atlas KOSTRA]
2 Szczecin 1447 1776 2211 2540
3 Kostrzyń 1441 1747 2151 2457
4 Słubice 1486 1648 1863 2025
5 Gubin 1571 2019 2611 3059
6 Zgorzelec 1477 1869 2386 2778
7 Bogatynia 1410 1866 2469 2926
8 Średnio (1divide7) 1455 1795 2244 2585
9 Wrocław [106] 1483 1833 2300 2617 1960divide2009
10 Wg modelu Reinholda 1263 1642 2254 2820 q151= 100 dm3(smiddotha)
11 Wg modelu Błaszczyka 1009 1276 1725 2173 H = 600 mm
12 Roacuteżnica (10-11) (11) 252 287 307 298 -
13 Roacuteżnica (8-11) (11) 442 407 301 190 -
14 Wg Bogdanowicz-
Stachy dla regionu
R1 506 1852 2708 3220 1960divide1990
R2 506 1547 2209 2604
15 Bochum - Niemcy [10] 1600 1984 2500 2884 1951divide1980
83 METODA MAKSYMALNYCH NATĘŻEŃ DO BEZPIECZNEGO
WYMIAROWANIA KANALIZACJI DESZCZOWEJ W POLSCE
831 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MMN
W celu zapewnienia niezawodności działania systemoacutew odwadniania terenoacutew (w tym
kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej) budowanych czy modernizowanych w Polsce
zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 752 pilna staje się potrzeba zmiany dotychczasowych
metod ich wymiarowania w tym zastąpienie modelu Błaszczyka nowymi modelami opadoacutew
maksymalnych W książkach [1 2 3] zaproponowano daleko idącą modyfikację MGN
poprzez min wyeliminowanie czasoacutew opoacuteźnienia-retencji tk i tr a więc uzależnienie
opoacuteźnienia odpływu jedynie od rzeczywistego czasu trwania opadu td - roacutewnego czasowi
przepływu tp (na wzoacuter MWO) i korzystanie z wiarygodnych polskich modeli opadoacutew
maksymalnych Wykazano bowiem że warunki hydrologiczne Polski i Niemiec są
zbliżone a ponadto miarodajne do projektowania bezpiecznych systemoacutew odwodnień
terenoacutew zurbanizowanych są maksymalne wysokości opadoacutew deszczu (o czasach trwania do
kilku godzin) ktoacutere występują z reguły w okresach długotrwałych zjawisk opadowych
(trwających nawet kilka dni) Woacutewczas znaczenie koncentracji terenowej (tk) i retencji
kanałowej (tr) jest pomijalnie małe Tak więc
MMN = zasady MWO + polskie modele opadoacutew maksymalnych
Miarodajny strumień deszczu Qm (w dm3s) wg umownie nazwanej bdquometody
maksymalnych natężeńrdquo (MMN) obliczyć należy z wyjściowej postaci wzoru [1 2 3]
FCtqQ sdm )(max (86)
gdzie
qmax(td C) - maksymalne natężenie jednostkowe deszczu (w dm3s ha) dla czasu trwania
td = tp i częstości występowania C ndash z wiarygodnych modeli opadoacutew
maksymalnych - krzywych IDF (przy td min - wg tab 75)
KANALIZACJA I
73
ψs - maksymalny (szczytowy) wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych przyjmowany
w zależności od stopnia uszczelnienia powierzchni (ψ) nachylenia terenu (it) oraz
częstości deszczy C (ψs - wg tabeli 76a)
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha W wymiarowaniu kanalizacji deszczowej oblicza się najpierw zastępczy (średni
ważony) stopień uszczelnienia powierzchni (ψ) danej zlewni obliczany z wzoru
n
i
i
n
i
ii
n
nn
F
F
FFF
FFF
1
1
21
2211
)(
(86a)
gdzie
ψi - wspoacutełczynnik spływu (i-tej) powierzchni składowej zlewnipodzlewni kanału -
Fi - (i-ta) powierzchnia składowa zlewnipodzlewni F ha
Stopień uszczelnienia powierzchni zlewni należy przyjmować z zakresu
ψ = 10 - dla szczelnych powierzchni np dachoacutew
ψ = 09divide10 - dla uszczelnionych powierzchni np jezdni placoacutew chodnikoacutew
ψ = 0divide03 - dla nieuszczelnionych powierzchni np tzw terenoacutew zielonych
Następnie ustala się wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu s wg tabeli 76 (jak
w MWO)
Tab 76a Szczytowe wspoacutełczynniki spływu (s) w zależności od stopnia uszczelnienia (ψ) i
spadkoacutew terenu (it) oraz częstości projektowych deszczy (C)
Przykład metodyczny nr 1 Dla obliczonego stopnia uszczelnienia powierzchni zlewni
ψ = 025 przy uwzględnieniu spadkoacutew terenu w granicach 1 lt it le 4 i deszczu
obliczeniowego o częstości występowania C = 5 lat na podstawie tabeli 76 interpolowana
liniowo wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu wynosi ψs = 0465
Przykład metodyczny nr 2 Dla ψ = 030 przy 4 lt it le 10 i C = 2 lata na podstawie
tabeli 76 ustalono ψs = 042
Miarodajny spływ powierzchniowy (o strumieniu Qm - z wzoru (86)) pochodzi z
miarodajnej - zredukowanej zlewni deszczowej o zastępczej powierzchni
Stopień
uszczel-
nienia
terenu
ψ
Szczytowe wspoacutełczynniki spływu s
Spadki terenu
it le 1 1 lt it le 4 4 lt it le 10 it gt 10
Częstości obliczeniowe deszczu C lata
C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 0 () 0 0 010 031 010 015 030 (046) 015 020 (045) (060) 020 030 (055) (075)
10 () 009 009 019 038 018 023 037 (051) 023 028 050 (064) 028 037 (059) (077)
20 018 018 027 044 027 031 043 056 031 035 055 067 035 043 063 080
30 028 028 036 051 035 039 050 061 039 042 060 071 042 050 068 082
40 037 037 044 057 044 047 056 066 047 05 065 075 050 056 072 084
50 046 046 053 064 052 055 063 072 055 058 071 079 058 063 076 087
60 055 055 061 070 060 063 070 077 062 065 076 082 065 070 080 089
70 064 064 070 077 068 071 076 082 070 072 081 086 072 076 084 091
80 074 074 078 083 077 079 083 087 078 08 086 090 080 083 087 093
90 083 083 087 090 086 087 089 092 086 088 091 093 088 089 093 096
100 092 092 095 096 094 095 096 097 094 095 096 097 095 096 097 098
() Stopnie uszczelnienia le 10 wymagają uwzględnienia lokalnych uwarunkowań s
KANALIZACJA I
74
Fm zr = ψs middot F (86b)
gdzie
ψs - szczytowy wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych w zlewni danego kanału -
F - powierzchnia zlewni deszczowej danego kanału ha
Najkroacutetsze czasy trwania deszczu td min (w MMN) należy dobierać w zależności od
nachylenia terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni (td min 5 10 15 minut) wg tab 75
(jak w MWO)
Tab 75 Najkroacutetsze czasy trwania deszczu (td min) w zależności
od spadku terenu (it) i stopnia uszczelnienia (ψ) do MMN
Do czasu opracowania atlasu opadoacutew maksymalnych w Polsce - na wzoacuter atlasu
KOSTRA w Niemczech (co było postulowane już w 2011 roku w I wydaniu podręcznika [1])
można sformułować następujące zalecenia co do przydatności dotychczasowych modeli
opadoacutew do wymiarowania odwodnień terenoacutew w Polsce wg MMN
odnośnie do wymiarowania sieci kanalizacyjnych
o dla częstości projektowej deszczu C = 1 rok (na terenach wiejskich) należy
stosować wiarygodne modele lokalne opadoacutew maksymalnych bądź do czasu ich
opracowania z konieczności stosować można wzoacuter Błaszczyka (dla td = tp)
jednak z niezbędną korektą częstości deszczy z C = 1 rok na C = 2 lata
o dla częstości projektowych deszczy C = 2 5 i 10 lat zaleca się stosowanie
wiarygodnych modeli lokalnych (jak np w przypadku Wrocławia) bądź modelu
Bogdanowicz-Stachy Jednak na terenach podgoacuterskich i goacuterskich (ktoacuterych nie
obejmuje model Bogdanowicz-Stachy - rys 610) z konieczności stosować można
wzoacuter Błaszczyka - z niezbędną korektą częstości deszczy (dla td = tp)
o z C = 2 lata na C = 5 lat - w II kategorii (wg tab 81)
o z C = 5 lat na C = 10 lat - w III kategorii
o z C = 10 lat na C = 20 lat - w IV kategorii odwodnienia terenu
odnośnie do wymiarowania zbiornikoacutew retencyjnych ściekoacutew deszczowych ze
względu na ich wagę w zapewnieniu niezawodności działania systemoacutew
odwodnieniowych terenoacutew należy odpowiednio zwiększyć wartości przyjmowanych
częstości projektowych opadoacutew dla zbiornikoacutew (Cz gt C) w stosunku do zalecanych
częstości projektowych do wymiarowania sieci kanalizacyjnych (na wzoacuter wytycznych
niemieckich) i korzystać tutaj z zalecanych wyżej modeli opadoacutew (tab 85)
W przypadku Wrocławia do projektowania sieci i obiektoacutew kanalizacji deszczowej
można stosować lokalny np model fizykalny opadoacutew maksymalnych zwłaszcza dla
praktycznego zakresu td [5 180] minut i C [1 10] lat postaci [1 2]
2650
max )453()530ln(681676)( dd tCCth (89)
ktoacutery po przekształceniu na maksymalne natężenia jednostkowe opadoacutew przyjmuje postać
Średni
spadek
terenu
Stopień
uszczelnienia
powierzchni
Minimalny
czas trwania
deszczu
lt 1 le 50 15 minut
gt 50 10 minut
1 do 4 gt 0 10 minut
gt 4 le 50 10 minut
gt 50 5 minut
KANALIZACJA I
75
12650
max ])453()530ln(681676[7166)(
ddd ttCCtq (89a)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu (deszczu) mm
qmax - maksymalne jednostkowe natężenie opadu dm3(smiddotha)
td - czas trwania deszczu min
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu (z przewyższeniem) lata
Tab 85 Zalecane modele opadoacutew do wymiarowania systemoacutew odwodnieniowych wg MMN [1 2]
Standard
odwodnienia
terenu
Wymagane
częstości
projektowe
Zalecane modele opadoacutew i częstości deszczy
C - do wymiarowania
sieci odwodnieniowych
Cz - do wymiarowania
zbiornikoacutew retencyjnych
- lata lata lata Tereny wiejskie C = 1 rok Modele lokalne dla C = 1 lub
model Błaszczyka dla C = 2
Modele lokalne dla Cz = 2 lub
model Błaszczyka dla Cz = 5
Tereny mieszkaniowe C = 2 lata
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 2
(Model Błaszczyka dla C = 5)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz = 5
(Model Błaszczyka dla Cz = 10)
Centra miast
tereny usług i
przemysłu
C = 5 lat
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 5
(Model Błaszczyka dla C = 10)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz ge 10
(Model Błaszczyka dla Cz ge 20)
Podziemne obiekty
komunikacyjne
przejścia przejazdy
C = 10 lat
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 10
(Model Błaszczyka dla C = 20)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz ge 20
(Model Błaszczyka dla Cz ge 30)
Metoda maksymalnych natężeń (MMN) pozwoli osiągnąć w Polsce roacutewnie bezpieczne
rezultaty wymiarowania systemoacutew kanalizacyjnych jak w wypadku metod czasu przepływu
stosowanych w Niemczech (MWO i MZWS) zaroacutewno pod względem wartości miarodajnych
strumieni deszczy (Qm) jak i osiąganych częstości nadpiętrzeń (Cn) czy wylewoacutew (Cw)
Ponadto zaleca się przyjąć w Polsce jako zasadę doboacuter średnic grawitacyjnych kanałoacutew
deszczowych i ogoacutelnospławnych na niecałkowite wypełnienie ndash do 90 przepustowości
przekroju przy strumieniu Qm (według zaleceń ATV A-118)
Tak zwymiarowane (MMN) systemy kanalizacyjne obejmujące zlewnie deszczowe o
powierzchni F gt 2 km2 zaleca się dodatkowo sprawdzać pod kątem ich przepustowości
hydraulicznej (sieci i obiektoacutew) w oparciu o skalibrowane modele symulacyjne -
hydrodynamiczne dla spełnienia wymagań PN-EN 752 co do akceptowalnych społecznie
częstości nadpiętrzeń czy wylewoacutew (wg tab 81 83 i 85) Zastosowanie mają tutaj
zwłaszcza probabilistyczne modele opadoacutew maksymalnych
W przypadku Wrocławia korzystać można np z modelu opartego na rozkładzie
prawdopodobieństwa Fishera-Tippetta (typu IIImin) dla zakresu td [5 4320] minut i p [1
001] czyli C [1 100] lat o postaciach (DDF i IDF) [1 2]
8090022202420
max ln 68981197417584)( pttpth ddd (810)
lub
1
8090
022202420
max ]1
ln68981197417584[7166)(
dddd t
CttCtq (810a)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu (deszczu) mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(smiddotha)
td - czas trwania deszczu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p C -
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu z przewyższeniem lata
KANALIZACJA I
76
852 WYMIAROWANIE PRZYKŁADOWYCH SIECI KANALIZACYJNYCH
Na potrzeby ilustracji metod wymiarowania a następnie modelowania działania
hydrodynamicznego - przykładowo zwymiarowanych sieci kanalizacji deszczowej przyjęto
modelową zlewnię deszczową o powierzchni F = 2025 ha (tj ok 2 km2) położoną w terenie
płaskim we Wrocławiu przedstawioną schematycznie na rysunku 85 Przykład zaczerpnięto
z pracy doktorskiej B Kaźmierczaka z 2011 r pt Badania symulacyjne działania przelewoacutew
burzowych i separatoroacutew ściekoacutew deszczowych w warunkach ruchu nieustalonego do
wspomagania projektowania sieci odwodnieniowych cytowanej w [1 2]
1
2
5
4
3
6
7
10
9
8
11
12
15
14
13
16
17
20
19
18
21
22
25
24
23
26
27
30
29
28
31
32
35
34
33
86
87
90
89
88
81
82
85
84
83
76
77
80
79
78
71
72
75
74
73
66
67
70
69
68
61
62
65
64
63
56
57
60
59
58
51
52
55
54
53
46
47
50
49
48
41
42
45
44
43
36
37
40
39
38 out
Rys 85 Plan zintegrowanych powierzchni cząstkowych modelowej zlewni deszczowej
Kanalizowana zlewnia deszczowa w zabudowie mieszkaniowej składa się z 90 zlewni
cząstkowych - modułoacutew o powierzchniach 225 ha i wymiarach 150 na 150 m Średni ważony
wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego wynosi ψ = 025 stąd powierzchnia zredukowana
zlewni Fzr = 50625 ha Projektowane kanały boczne (w liczbie 36) mają długość po 300 m
(2 odcinki po 150 m) Kolektor ma całkowitą długość 2700 m (18 odcinkoacutew po 150 m)
Obliczenia hydrologiczne i hydrauliczne kanalizacji deszczowej przeprowadzono dla 3
wariantoacutew wymiarowania sieci metodami czasu przepływu a mianowicie
(I) MGN - z modelem opadoacutew Błaszczyka (717) dla H = 590 mm (Wrocław)
(II) MGN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia (810a)
(III) MMN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia (810a)
Zestawienie założeń wyjściowych do obliczeń hydrologicznych i hydraulicznych dla 3
wariantoacutew obliczeniowych sieci kanalizacji deszczowej przedstawiono w tabeli 814
Tabela 814 Zestawienie założeń wyjściowych do obliczeń hydrologicznych i hydraulicznych
przykładowych sieci kanalizacji deszczowej (dla trzech wariantoacutew wymiarowania)
Wariant
metoda
Częstość deszczu
obliczeniowego
C lata
Czas koncentracji
terenowej
tk min
Czas
retencji
kanałowej
tr min
Minimalny czas
trwania deszczu
miarodajnego
tdm min min
Maksymalne
wypełnienie
kanału
D kanały
boczne kolektor
kanały
boczne kolektor
I MGN z
wzorem (717) 1 2 10 5 02 tp 10 do 100
II MGN z
wzorem (810a) 1 2 10 5 02 tp 10 do 100
III MMN z
wzorem (810a) 2 2 0 0 0 15 do 75
KANALIZACJA I
77
Wyniki wymiarowania
I MGN z modelem opadoacutew Błaszczyka
W I wariancie obliczeniowym - wymiarowania kanalizacji deszczowej opracowano
krzywe natężenia deszczu z wzoru Błaszczyka (717) Zredukowane (dla czasu przepływu tp)
krzywe IDF dla częstości występowania opadoacutew C = 1 i 2 lata przedstawiono na rys 86
W I wariancie dobrano średnice kanałoacutew bocznych pierwszy odcinek (150 m) ma
K030 m oraz drugi odcinek (150 m) ma K040 m Kolektor składa się z 18 odcinkoacutew o
średnicach od K080 do K160 m Obliczeniowy czas przepływu wynosi 456 min
Miarodajny strumień odpływu ściekoacutew deszczowych wynioacutesł Qm(I) = 1948 m3s
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
C=2
C=1
p Rys 86 Zredukowane krzywe natężenia deszczu (IDF) z wzoru Błaszczyka do MGN
II MGN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W II wariancie obliczeniowym opracowano krzywe natężenia deszczu do MGN z
modelu opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia Zredukowane (od czasu przepływu tp) krzywe
IDF z wzoru (810a) dla częstości występowania opadoacutew C = 1 i 2 lata przedstawiono na
rys 87
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
p
C=2
C=1
Rys 87 Zredukowane krzywe natężenia deszczu (IDF) z modelu opadoacutew
maksymalnych dla Wrocławia do MGN
W II wariancie kanały boczne mają średnice K040 m i K050 m Kolektor składa się z
18 odcinkoacutew o średnicach K080 m do K20 m Czas przepływu w sieci wynosi 4385 min
Przyjmując miarodajny strumień odpływu ściekoacutew deszczowych z I wariantu Qm(I) = 1948
m3s za 100 to strumień odpływu w II wariancie Qm(II) = 3049 m3s jest wyższy o 56
III MMN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W III wariancie obliczeniowym na podstawie założeń wyjściowych (tab 814)
opracowano krzywą natężenia deszczu do MMN - z modelu (810a) opadoacutew maksymalnych
dla Wrocławia Krzywą IDF dla C = 2 lata i td min = 15 minut przedstawiono na rysunku 88
KANALIZACJA I
78
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
p
C=2
Rys 88 Krzywa natężenia deszczu (IDF) z modelu opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia do MMN
W III wariancie kanały boczne mają średnice K040 m i K060 m a kolektor - od
K080 m do K220 m Czas przepływu wynosi 433 min Strumień ściekoacutew deszczowych w
III wariancie Qm(III) = 3700 m3s jest wyższy aż o 90 wzgl I wariantu (Qm(I) = 1948 m3s)
853 MODELOWANIE DZIAŁANIA PRZYKŁADOWO ZWYMIAROWANYCH SIECI
KANALIZACYJNYCH
W celu weryfikacji występowania nadpiętrzeń w kanałach w przykładowo
zaprojektowanych sieciach należy zgodnie z zaleceniami DWA-A 1182006 obciążyć
zlewnię modelową deszczem o częstości występowania C = 3 lata (wg tab 83) i czasie
trwania dwukrotnie przewyższającym czas przepływu w sieci Ponieważ w zaprojektowanych
zlewniach modelowych (średni) czas przepływu jest rzędu 45 min opracowano na podstawie
wzoru (810) na maksymalną wysokość deszczu we Wrocławiu opad modelowy o czasie
trwania t = 90 min Do symulacji działania sieci wykorzystano oprogramowanie SWMM 50
Ideą opadoacutew modelowych jest oddanie w sposoacuteb zbliżony do rzeczywistości przebiegu
typowych opadoacutew - o zmiennej w czasie intensywności Przykładem jest model Eulera typu
II zalecany min do symulacji działania kanalizacji w Niemczech a obecnie w Polsce [1 2]
Jego przydatność potwierdziła Wartalska w pracy doktorskiej z 2019 r oraz w monografii ndash wg Wartalska KE Kotowski A Metodyka tworzenia wzorcoacutew opadoacutew do modelowania odwodnień
terenoacutew Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2020
Rys 3 Opad modelowy Eulera typu II o C = 3 lata i t = 90 min dla Wrocławia [1 2]
Wyniki modelowania
Ad I Sieć deszczowa zwymiarowana MGN z modelem opadoacutew Błaszczyka
W celu weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zwymiarowanej w 3 wariantach obciążono zlewnię opracowanym opadem modelowym
Eulera typu II dla warunkoacutew wrocławskich Z sumarycznej wysokości opadu (2675 mm)
czwarta jego część (ψ = 025) przekształcana była w spływ powierzchniowy i trafiała do
kanalizacji Profil kolektora wraz z maksymalnymi wypełnieniami w czasie trwania opadu
(31-sza min) dla zwymiarowanej w I wariancie sieci kanalizacyjnej podano na rys 810
KANALIZACJA I
79
Rys 810 Profil kolektora w 31 minucie trwania opadu modelowego
w I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Zaprojektowana w I wariancie sieć kanalizacji deszczowej nie ma odpowiedniej
przepustowości hydraulicznej aby bez nadpiętrzeń do poziomu terenu odprowadzać
modelowane spływy ściekoacutew deszczowych Jak pokazano na rysunku 810 praktycznie cały
kolektor poza ostatnim odcinkiem pracuje pod ciśnieniem w czasie trwania zadanego
opadu modelowego Nadpiętrzenia rzędu kilku metroacutew w tym do powierzchni terenu (i
wylania) występują w większości węzłoacutew obliczeniowych kolektora W przypadku kanałoacutew
bocznych roacutewnież mamy do czynienia z licznymi nadpiętrzeniami
Sumaryczna objętość ściekoacutew ktoacutere podczas trwania opadu modelowego nie zmieściły
się lub wylały się z sieci wynosi 1291 m3 Większa część z tej objętości to ścieki deszczowe
ktoacutere wylały się w początkowych odcinkach sieci - w węzłach obliczeniowych gdzie
zagłębienie kolektora jest najmniejsze Łącznie wylania zanotowano aż w 71 węzłach
obliczeniowych czyli w 71 zintegrowanych zlewniach cząstkowych
Węzły obliczeniowe w ktoacuterych nastąpiły wylania przedstawiono schematycznie na
rysunku 814 Tylko w przypadku 19 z 90 węzłoacutew napiętrzenia nie osiągnęły w żadnej chwili
czasowej trwania opadu modelowego poziomu terenu
Rys 814 Miejsca spiętrzeń powyżej poziomu terenu w modelowej zlewni
w I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
W I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej maksymalny modelowy
strumień objętości na ostatnim odcinku kolektora wynioacutesł Qmax(I) = 516 m3s
Ad II Sieć deszczowa zwymiarowana MGN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W celu weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zaprojektowanej w II wariancie obciążono ją roacutewnież opadem modelowym Eulera typ II o
częstości występowania C = 3 lata i o czasie trwania t = 90 min (analogicznie jak w
przypadku I wariantu) Profil kolektora wraz z wypełnieniami w wybranym czasie trwania
opadu (31 minuta) przedstawiono na rysunku 816
KANALIZACJA I
80
Rys 816 Profil kolektora w 31 minucie trwania opadu modelowego
w II wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Jak widać z rysunku 816 napiętrzenia na początkowych odcinkach kolektora w
przedstawionej chwili czasowej symulacji osiągają poziom terenu Środkowe i po części
końcowe odcinki kolektora pracują już pod niewielkim ciśnieniem W przypadku
początkowych kanałoacutew bocznych także mamy do czynienia z nadpiętrzeniami do poziomu
terenu Sumaryczna objętość ściekoacutew ktoacutere podczas trwania deszczu modelowego nie
zmieściły się lub wylały się z sieci wynosi 20 m3 Łącznie wylania zanotowano w 12
węzłach (rys 819)
Rys 819 Miejsce nadpiętrzeń do poziomu terenu w modelowej zlewni
w II wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Maksymalny modelowy strumień objętości (w II wariancie) na ostatnim odcinku
kolektora wynosił Qmax(II) = 611 m3s
Ad III Sieć deszczowa zwymiarowana MMN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
Do weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zaprojektowanej w III wariancie obciążono ją roacutewnież opadem modelowym Eulera typ II o
częstości C = 3 lata i o czasie trwania t = 90 min Profil kolektora (34 minuta) przedstawiono
na rysunku 821
Rys 821 Profil kolektora w 34 minucie trwania opadu modelowego
w III wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
KANALIZACJA I
81
Jak wynika z rysunku 821 praktycznie cały kolektor pracuje ze swobodnych lustrem
ściekoacutew W przypadku wszystkich kanałoacutew bocznych nadpiętrzenia do poziomu terenu
roacutewnież nie występują - brak wylewoacutew z kanałoacutew Maksymalny strumień objętości
przepływu (w III wariancie) na ostatnim odcinku kolektora wynosił Qmax(III) = 695 m3s
854 WNIOSKI Z ANALIZ DZIAŁANIA PRZYKŁADOWO ZWYMIAROWANYCH SIECI
KANALIZACYJNYCH
Przeprowadzone badania miały na celu weryfikację przydatności do bezpiecznego
projektowania sieci (i obiektoacutew) kanalizacyjnych tzw metod czasu przepływu Zestawienie
wynikoacutew wymiarowania i analiz działania modelowych sieci kanalizacyjnych (dla trzech
wariantoacutew) przedstawiono w tabeli 818
Tab 818 Zestawienie wynikoacutew wymiarowania i modelowania działania przykładowych sieci
kanalizacyjnych w terenie płaskim w warunkach wrocławskich
Wariant
obliczeń
Parametry projektowe kanalizacji deszczowej Parametry modelowe
Strumień
odpływu
Qm
Objętość
sieci
VK
Wskaźnik
objętości
VKj
Rezerwa
systemu
VR
Maksymalny
wymiar
kolektora
Maksymalne
zagłębienie
kolektora
Strumień
modelowy
Qmax
Liczba
wylewoacutew
Lw
Objętość
wylewoacutew
Vw
m3s m3 m3ha m m ppt m3s - m3
I 1948 4849 239 22 K16 599 516 71 1291
II 3049 7234 357 22 K20 591 611 12 20
III 3700 9825 485 28 K22 533 695 0 0
Przeprowadzone analizy wskazały jednoznacznie że bezpieczną metodą czasu
przepływu jest MMN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia ze względu na
brak nadpiętrzeń do powierzchni terenu i wylewoacutew z kanalizacji Wzoacuter Błaszczyka i ogoacutelnie
MGN znacznie niedoszacowuje miarodajny do wymiarowania sieci strumień objętości
ściekoacutew deszczowych ze względu na licznie występujące nadpiętrzenia do powierzchni
terenu i wylania Proacuteba zastosowania w MGN wzoru opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
też nie przyniosła zadawalających wynikoacutew - zmalała jedynie liczba nadpiętrzeń i objętość
wylewoacutew z kanalizacji
UWAGA Praktyczne wskazoacutewki do symulacji działania kanalizacji podano w monografiach
1 Kaźmierczak B Kotowski A Weryfikacja przepustowości kanalizacji deszczowej w
modelowaniu hydrodynamicznym Oficyna Wyd Politechniki Wrocławskiej 2012
2 Nowakowska M Kotowski A Metodyka i zasady modelowania odwodnień terenoacutew
zurbanizowanych Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2017
Zalecenia do doboru wymiaroacutewśrednic kanałoacutew deszczowych
Biorąc pod uwagę prognozowany wzrost intensywności opadoacutew w przyszłości jako
minimalną średnicę kanałoacutew deszczowych w miastach zaleca się już obecnie przyjmować
Dmin = 040 m a tylko w uzasadnionych przypadkach można stosować Dmin = 030 m (jak wg
dotychczasowych WTP) - na początkowych odcinkach sieci przy znacznych spadkach terenu
- na podstawie wynikoacutew modelowania hydrodynamicznego w wyżej omoacutewionym
przykładzie a także dla obciążeń zlewni w przyszłości tj symulacji komputerowych
obecnymi opadami o C = 5 lat i 100 lat ndash wg rozdz 855 w podręczniku [2])
Analogicznie uwzględniając zmiany klimatu celowe jest także zwiększenie minimalnej
średnicy przykanalikoacutew deszczowych z wpustoacutew ulicznych - z obecnej D = 015 m na
D = 020 m a także zwiększenie ich liczby (z typowym rusztem 04x06 m) tj zmniejszenie
rozstawoacutew z obecnie zalecanych le 30 m do rozstawoacutew le 25 m - w zależności od klasy drogi
i spadkoacutew niwelety jezdni - wg tabeli 10
KANALIZACJA I
82
Tab 10 Zalecane odstępy między wpustami ulicznymi podane w [1 2]
Maksymalny odstęp
między wpustami [m]
Spadek podłużny
niwelety drogi []
le 25 gt 10
le 15 05 do 10
le 10 lt 05
Minimalne spadki dna kanałoacutew deszczowych można określać ze znanej formuły
imin = 1D (imin w [permil] dla D w [m]) Przykładowo dla Dmin = 040 m imin = 1040 = 25permil
przy czym dla D ge 10 m imin = 10permil Spadek maksymalny kanałoacutew deszczowych (imax)
powinien wynikać z warunku nieprzekraczania prędkości maksymalnej Vmax = 50 ms ndash w
warunkach całkowitego wypełnienia danego przekroju (średnicy) kanału Przykładowo dla
Dmin = 040 m imax = 90permil [1 2 3]
Kanały deszczowe należy dobierać na niecałkowite wypełnienie - odpowiednio do 90
przepustowości całkowitej (Qo) danego przekroju (np średnicy D) kanału - wg zaleceń DWA-
A118 z 2006 r czyli do względnego wypełnienia [1 2 3]
hD lt 075 - dla kanałoacutew o przekroju kołowym (o średnicy D)
hH lt 079 - dla kanałoacutew jajowych (o wysokości przekroju H = 15B) oraz
hH lt 072 - dla kanałoacutew dzwonowych (o wysokości przekroju H = 085B gdzie B
oznacza szerokość przekroju w tzw pachach)
Przykład metodyczny Przyporządkowanie pośrednich średnic kanałoacutew na odcinkach
kolektora A-B-C-D Kolektor ściekowy AD podzielono na 3 odcinki i obliczono miarodajne
strumienie ściekoacutew QB QC i QD
ndash dla odcinka AB ndash dla QB i spadku dna kanału ik1 dobrano D1 = 06 m
ndash dla odcinka BC ndash dla QC i spadku dna kanału ik2 dobrano D2 = 08 m
ndash dla odcinka CD ndash dla QD i spadku dna kanału ik3 dobrano D3 = 12 m
Do wyznaczenia położenia pośrednich średnic kolektora pomocny jest wykres (rys 58)
Q = f(LAD) na podstawie ktoacuterego zakładając proporcjonalny przyrost strumienia na długości
można określić położenie innych średnic np D = 03 m D = 04 m D = 05 m i D = 10 m
Rys 58 Wykres metodyczny do określania położenia pośrednich średnic kanałoacutew
UWAGA Spadek dna kanału o średnicy Di musi być odpowiedni dla tej średnicy (ik min ge
1Di)
KANALIZACJA I
83
9 PODSTAWY WYMIAROWANIA HYDRAULICZNEGO PRZEWODOacuteW
ŚCIEKOWYCH I KANAŁOacuteW
91 RODZAJE I KLASYFIKACJE PRZEPŁYWOacuteW CIECZY
W kanałach przewodach ściekowych i obiektach kanalizacyjnych wyroacuteżnić można pod
względem hydraulicznym trzy zasadniczo roacuteżniące się przepływy cieczy [2 39 64 69 72
84 189 232]
pod ciśnieniem - pełnym przekrojem przewodu ściekowego (kanału)
o swobodnej powierzchni - przy częściowym wypełnieniu kanału
o swobodnej strudze - np przez koronę przelewu
Odrębną grupę stanowią przepływy ciśnieniowe o ruchu wirowym spotykane min w
urządzeniach do dławienia energii czy regulatorach hydrodynamicznych
Gdy parametry ruchu cieczy takie jak ciśnienie prędkość przepływu i przyspieszenie
nie zmieniają się w czasie i w przestrzeni to taki ruch jest ustalony W przeciwnym
wypadku tj gdy parametry ruchu są funkcjami zaroacutewno położenia jak i czasu ruch taki jest
nieustalony Powiązanie parametroacutew ruchu cieczy z geometrią przewodoacutew ściekowych czy
kanałoacutew ujmują układy roacutewnań roacuteżniczkowych de Saint-Venanta o roacuteżnym stopniu
uproszczeń stosowanych do ich wymiarowania (tab 91)
Tab 91 Założenia wyjściowe do obliczeń hydraulicznych kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych
odnośnie rodzaju ruch cieczy wg ATV-A110 [1 2]
Oznaczenia do tabeli 91
x ndash wspoacutełrzędna drogi t ndash wspoacutełrzędna czasu Q ndash strumień objętości q ndash jednostkowy
dopływodpływ boczny (przyjmowany jako ustalony) A ndash powierzchnia przekroju poprzecznego
strumienia cieczy i ndash spadek dna J ndash spadek linii energii wywołany tarciem h ndash wysokość
napełnienia kanału względnie wysokość ciśnienia w przewodach całkowicie wypełnionych v ndash
średnia prędkość przepływu g ndash przyspieszenie ziemskie
Przy rozwiązaniu pełnego układu roacutewnań roacuteżniczkowych ruchu cieczy tj roacutewnania
zachowania pędu i roacutewnania zachowania masy (ciągłości przepływu) - oznaczonego w tab
91 jako bdquo0rdquo - metoda obliczeniowa jest dokładna dla roacuteżnych stanoacutew i uwarunkowań
systemowych w wyniku powiązania strumieni przepływu i poziomoacutew cieczy z parametrami
geometrycznymi przewodoacutew a także średnią prędkością przepływu Znajduje zastosowanie
do modelowania działania systemoacutew kanalizacyjnych w czasie rzeczywistym Układ roacutewnań
oznaczony jako bdquo1rdquo ma ścisłe zastosowanie do kanałoacutewprzewodoacutew tranzytowych - bez
KANALIZACJA I
84
bocznych dopływoacutewodpływoacutew Dalsze uproszczenia tj pominięcie pierwszego czy drugiego
członu roacutewnania ruchu (postaci bdquo1rdquo) może już prowadzić do błędoacutew obliczeniowych (postać
bdquo4rdquo) Jednak błędy te mogą mieć tendencje przeciwstawne - w części znoszące się
Układy roacutewnań roacuteżniczkowych ruchu cieczy (de Saint-Venanta) nie są rozwiązywalne
analitycznie - poza postacią oznaczoną w tab 91 jako bdquo7rdquo - bdquoprzepływ normalnyrdquo
Konieczne jest więc stosowanie metod numerycznych przybliżonego ich rozwiązywania
Odcinki kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych cechuje na ogoacuteł stały przekroacutej poprzeczny
niezmienny spadek podłużny dna i stała na ogoacuteł chropowatośćszorstkość ścian Przy ich
wymiarowaniu przepływy ściekoacutew są traktowane najczęściej jako ustalone i roacutewnomierne
(chwilowo niezmienne) co dla strumienia miarodajnego (maksymalnego) Qm jest jak
dotychczas podstawą doboru wymiaroacutew liniowych kanału czy przewodu Dla kanałoacutew
częściowo wypełnionych zakłada się że rozwiązanie roacutewnania ruchu cieczy (postaci bdquo7rdquo ndash
tab 91) i = J mieści się w klasie dokładności danych wyjściowych dotyczących głoacutewnie
strumienia przepływu
92 PRZEPŁYWY PEŁNYM PRZEKROJEM PRZEWODU
921 METODY I WZORY WYJŚCIOWE
Podczas przepływu cieczy newtonowskiej (ścieki - woda) w przewodach zamkniętych
powstają naprężenia styczne (opory ruchu) wywołane lepkością określane jako straty
hydrauliczne Wysokość liniowych strat hydraulicznych (Δh) w całkowicie wypełnionym
rurociągu o długości l i średnicy wewnętrznej d wyraża wzoacuter Darcy-Weisbacha
gR
l
gd
lh
h 242Δ
22
(93)
gdzie
λ - wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych (tarcia) -
- średnia prędkość strumienia cieczy w przekroju poprzecznym rurociągu ms
g - przyśpieszenie ziemskie ms2
Rh - promień hydrauliczny stosunek powierzchni przekroju poprzecznego (A) strumienia
cieczy do obwodu zwilżonego (U) Rh = d4 - dla przewodoacutew o przekroju kołowym
całkowicie wypełnionych m
Dla izotermicznych (bez wymiany ciepła) przepływoacutew turbulentnych cieczy mających
znaczenie praktyczne w sieciach kanalizacyjnych (i wodociągowych) tzn przy wartościach
liczby Reynoldsa Re gt 4000 (gdzie Re = d1306middot10-6) w literaturze naukowo-technicznej
dostępnych jest wiele wzoroacutew określających wartość wspoacutełczynnika λ - najczęściej w
odniesieniu do konkretnych materiałoacutew przewodoacutew Ich ogoacutelna postać zależy od strefy w
jakiej odbywają się przepływy wodyściekoacutew
W ruchu turbulentnym wyodrębnia się trzy takie strefy a mianowicie
strefę I - przepływoacutew w przewodach hydraulicznie gładkich gdzie λ = f1 (Re)
strefę II - przepływoacutew przejściowych λ = f2 (Re kd)
strefę III - przepływoacutew o kwadratowej zależności oporoacutew λ = f3 (kd)
Wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych (λ) zaleca się obliczać z uwikłanej postaci wzoru
Colebrooka-Whitersquoa
hR
k
d
k
4713Re
512log2
713Re
512log2
1
(94)
gdzie
k - zastępcza chropowatość wewnętrznych ścian przewodu m
KANALIZACJA I
85
Re - liczba Reynoldsa Re = dν equiv 4Rhν -
ν - wspoacutełczynnik lepkości kinematycznej cieczy m2s
Wzoacuter (94) ma uniwersalny charakter obejmujący swoim zakresem wszystkie 3 strefy
przepływoacutew turbulentnych
Dla przepływoacutew w III strefie jako alternatywną do metody bazującej na wzorach
Darcy-Weisbacha (93) i Colebrooka-Whitersquoa (94) do wymiarowania przewodoacutew wodnych
w tym kanałoacutew ściekowych całkowicie wypełnionych stosowana jest metoda oparta na
wzorze Chezy-Manninga na prędkość średnią (w ms) o dogodnej postaci analitycznej
21321JR
nJRC hhM (99)
gdzie
n - wspoacutełczynnik szorstkości przewodu sm13
Rh - promień hydrauliczny m
J - jednostkowy spadek energii wywołany tarciem (J = Δhl) -
CM - wspoacutełczynnik Cheacutezy do wzoru Manninga m12s
61
61
4
11
d
nR
nC hM (910)
Wspoacutełczynnik szorstkości (n) zależy od stanu hydraulicznego przewodoacutew - analogicznie
jak zastępcza chropowatość (k) [1 2] W normie PN-EN 752 definiowany jest jako
wspoacutełczynnik Manninga K = 1n ktoacuterego wartość w III strefie określa wzoacuter
k
d
dgK
73log
324
61
(911)
923 DOBOacuteR PRZEKROJOacuteW PRZEWODOacuteW I KANAŁOacuteW CIŚNIENIOWYCH
W praktyce na wartość wspoacutełczynnika oporoacutew liniowych (λ) wpływ mają roacutewnież
straty miejscowe - na połączeniach odcinkoacutew rur na niedokładnościach osiowego ułożenia
przewodu na zmianach spadkoacutew dna czy kierunkoacutew tras przewodu czy też niecałkowicie
kołowego kształtu przekroju poprzecznego rur (zwłaszcza tworzywowych - wynikających z
wad zabudowy) a także wynikające z efektoacutew starzenia się przewodoacutew wodnych w czasie
eksploatacji (prowadzących do spadku przepływności) możemy zapisać
ggR
lhhh
h
ml224
Δ22
(929)
Nieliniowe straty miejscowe (Δhm w m) można rozłożyć roacutewnomiernie na długości
przewodu uzyskując tym samym zastępczą chropowatość eksploatacyjną (ke) i woacutewczas
l
Rhe
4 (930)
gdzie
λe - wspoacutełczynnik oporoacutew dla zastępczej chropowatości eksploatacyjnej ke -
λ - wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych wywołany chropowatością k wg (94) -
ξ - wspoacutełczynnik oporoacutew miejscowych wywołany zaburzeniem rozkładu prędkości -
Po uwzględnieniu (929) i (930) i przekształceniu (928) na spadek linii energii
otrzymamy
gRl
hJ
h
e24
1 2
(931)
gdzie
KANALIZACJA I
86
J - jednostkowy sumaryczny spadek energii (spadek hydrauliczny) wywołany tarciem i
oporami miejscowymi na odcinku kanału o długości l
Przekształcając (931) ze względu na
gdJJgRe
h
e
21
81
(932)
i wykorzystując ogoacutelną postać wzoru (94) Colebrooka-Whitersquoa dla liczby Reynoldsa
Re = 4Rh ν equiv d ν zapisanego jako
h
e
eheR
k
R 47134
512log2
1
(933)
po podstawieniu (933) do (932) i dalszych przekształceniach otrzymamy wzoacuter na średnią
prędkość przepływu (w ms)
JgRR
k
JgRRh
h
e
hh
8471384
512log2
(934)
Stosując roacutewnanie ciągłości ruchu Q = A (gdzie A - pole powierzchni przekroju
poprzecznego przewodu m2) otrzymamy ostatecznie ogoacutelny wzoacuter analityczny na strumień
objętości przepływu (Q w m3s)
AJgRR
k
JgRRQ h
h
e
hh
8
471384
512log2
(935)
skąd dla przewodoacutewkanałoacutew o kołowym kształcie przekroju poprzecznego - o średnicy d (w
m) całkowicie wypełnionych Rh = d4
dJdd
k
dJdQ e 2
713
5670log 9576
(936)
Wg ATV-A110 do wymiarowania przewodoacutew ściekowych i kanałoacutew tranzytowych
działających pod ciśnieniem (w tym tworzywowych) zaleca się przyjmować uśrednioną
wartość zastępczej chropowatość eksploatacyjnej w wysokości ke = 025 mm Wartość ta nie
uwzględnia jednak strat miejscowych na armaturze kolanach i łukach kształtkach
połączeniowych wlotach i wylotach ściekoacutew w obiektach kanalizacyjnych takich jak syfony
rury dławiące czy reduktory ciśnienia Straty te należy ustalać indywidualnie Wskazoacutewki
znaleźć można min w pracy [2] Wspoacutełczynnik lepkości kinematycznej wody w temperaturze 10ordmC (28315 K) wynosi
ν10 = 1306 10-6 m2s a dla ściekoacutew przyjmuje się odpowiednio [1 2 3]
ν10 = 133 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 100 mgdm3
ν10 = 137 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 300 mgdm3
ν10 = 143 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 600 mgdm3
W celu ułatwienia doboru przekroi - średnic przewodoacutew czy kanałoacutew ciśnieniowych (np
przewodoacutew tłocznych pompowni ściekoacutew) można posługiwać się nomogramami
opracowanymi do wzoru Colebrooka-Whitersquoa dla przyjętej wartości zastępczej chropowatości
eksploatacyjnej k = ke Przykładowo wykorzystując nomogramem logarytmiczny
przedstawiony na rysunku 95 dotyczący ciśnieniowych przewodoacutewkanałoacutew żelbetowych o
przekroju kołowym dla k = ke = 10 mm i lepkości wody ν10 = 1306 10-6 m2s można dla
ustalonej wartości strumienia Q (w dm3s) i założonej prędkości przepływu ( w ms)
dobierać średnicę (d w mm) przewodu a następnie odczytać wartość spadku linii ciśnienia (J
w promilach)
KANALIZACJA I
87
Rys 95 Przykładowy nomogram logarytmiczny do doboru przewodoacutew żelbetowych (ciśnieniowych)
o przekroju kołowym wg wzoru Colebrooka-Whitersquoa dla k = 10 mm (ν10 = 1306 10-6 m2s)
93 PRZEPŁYWY W KANAŁACH CZĘŚCIOWO WYPEŁNIONYCH
931 METODY I WZORY WYJŚCIOWE
U podstaw obliczeń hydraulicznych służących do doboru wymiaroacutew liniowych kanałoacutew
czy przewodoacutew grawitacyjnych działających ze swobodnym zwierciadłem cieczy (tj
częściowo wypełnionych) leży założenie upraszczające iż mamy do czynienia z ruchem
ustalonym i roacutewnomiernym Odcinki kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych cechuje na ogoacuteł stały
przekroacutej poprzeczny niezmienny spadek podłużny dna oraz stała chropowatośćszorstkość
ścian W ruchu roacutewnomiernym (ustalonym) występuje wzajemna roacutewnoległość dna kanału
(i) wysokości zwierciadła cieczy (hn(Q)) i linii wysokości energii (J = i) a rozkłady
prędkości są jednakowe we wszystkich przekrojach poprzecznych na danym odcinku kanału
( = idem)
Wychodząc z ogoacutelnej postaci wzoru Darcy-Weisbacha (93) na wysokość liniowych
strat hydraulicznych po uwzględnieniu dodatkowo oporoacutew miejscowych wg (929)divide(931)
otrzymamy dla przewodoacutew i kanałoacutew ściekowych częściowo wypełnionych wzoacuter na spadek
hydrauliczny
gR
il
h
h
e24
1 2
(940)
gdzie
Δh - roacuteżnica wysokości den kanału na odcinku o długości l roacutewna roacuteżnicy wysokości
wypełnień normalnych h = hn (w ruchu roacutewnomiernym) Δh = imiddotl m
i - spadek dna kanału roacutewny sumarycznemu spadkowi linii energii - wywołanej tarciem i
oporami miejscowymi (na odcinku l) -
λe - wspoacutełczynnik oporoacutew dla zastępczej chropowatości eksploatacyjnej ke -
KANALIZACJA I
88
Rh - promień hydrauliczny Rh = AU m
A - powierzchnia przekroju poprzecznego strumienia cieczy m2
U - obwoacuted zwilżony m
- średnia prędkość strumienia cieczy ms
g - przyśpieszenie ziemskie ms2
Promień hydrauliczny w przypadku przewodoacutew i kanałoacutew całkowicie wypełnionych
jest miarą hydrauliczną roacuteżnych kształtoacutew przekroi poprzecznych (kołowych jajowych
dzwonowych itp) W przypadku przewodoacutew i kanałoacutew częściowo wypełnionych pełni
dodatkowo rolę miary hydraulicznej stopnia wypełnienia przekrojoacutew - np hD ndash wg rysunku
96
Rys 96 Schemat hydrauliczny kanału zamkniętego częściowo wypełnionego (AU = Rh)
Pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy w kanale o przekroju
kołowym przy częściowym - względnym wypełnieniu ηh = hD oblicza się z zależności
geometrycznych
22
2112121arccos4 D
h
D
h
D
hDAn
(941)
gdzie
An ndash pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy przy wypełnieniu
(normalnym) h = hn m2
D - wewnętrzna średnica kanału m
Zależność pomiędzy polem powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy przy
częściowym wypełnieniu (An) a polem powierzchni całego przekroju poprzecznego kanału
(A) - o średnicy D ujmuje wskaźnik względnej powierzchni (ηA) postaci
D
h
D
h
A
An
A 21arccos2sin21arccos22
1
(942)
Promień hydrauliczny Rh w tym dla względnego wypełnienia przekroju hD oblicza się
z ogoacutelnej postaci wzoru
Dh
DhDhDRh
21arccos
211211
4
2
(943)
Związek pomiędzy promieniem hydraulicznym przy częściowym wypełnieniu a
promieniem hydraulicznym całego przekroju poprzecznego rur określa się z zależności
geometrycznych dla przekroju kołowego
Dh
Dh
R
R
h
hn
Rh21arccos2
21arccos2sin1
(944)
gdzie
ηRh - wskaźnik względnego promienia hydraulicznego -
Rh - promień hydrauliczny przewodu o (wewnętrznej) średnicy D przy całkowitym
wypełnieniu Rh = AU = D4 m
Rhn - promień hydrauliczny strumienia cieczy przy częściowym wypełnieniu
(normalnym) h = hn m
Obliczanie przepływoacutew cieczy w kanałach czy przewodach ściekowych częściowo
wypełnionych zaleca się obecnie opierać na wzorze Colebrooka-Whitersquoa przy przyjęciu
KANALIZACJA I
89
zastępczej chropowatości eksploatacyjnej (ke) Tym samym odstępuje się od stosowania
wzoru Manninga ze wspoacutełczynnikiem szorstkości (n) jako mniej uniwersalnego właściwego
jedynie dla przepływoacutew turbulentnych w III strefie (tzw kwadratowego prawa oporoacutew)
Norma PN-EN 7522008 dopuszcza jednak stosowanie wzoru Manninga w zmienionej
postaci [1 2] (ze wspoacutełczynnikiem Manninga K = 1n - wg wzoru (911))
2132
6173
log32
4 iRk
D
Dg h
(945)
gdzie ogoacutelnie D = 4Rh
Przekształcając wzoacuter Darcy-Weisbacha (93) - ściślej roacutewnanie (940) ze względu na
igRh
e
81
(946)
i wykorzystując wzoacuter (94) Colebrooka-Whitersquoa dla Re = 4Rhν po odpowiednich
przekształceniach otrzymamy wzoacuter na średnią prędkość przepływu (w ms)
igRR
k
igRRh
h
e
hh
8471384
512log2
(947)
Stosując roacutewnanie ciągłości ruchu Q = An gdzie An - pole powierzchni przekroju
poprzecznego strumienia cieczy przy częściowym wypełnieniu (hn = h) otrzymamy postać
ogoacutelną wzoru analitycznego na strumień objętości przepływu w ruchu roacutewnomiernym
ustalonym (i = J)
nhn
hn
e
hnhn
n AigRR
k
igRRQ
8
471384
512log2
(948)
ktoacutery dla przekroju kołowego uwzględniając zapis An wg (941) przyjmie szczegoacutełową
postać (949) dla h = hn
22 211
21
21arccos8
84148
62750log2
4 D
h
D
h
D
higR
R
k
igRR
DQ hn
hn
e
hnhn
n
(949)
Wg ATV-A110 do wymiarowania grawitacyjnych przewodoacutew ściekowych i kanałoacutew
działających przy częściowym wypełnieniu zaleca się przyjmować uśrednione wartości
zastępczej chropowatość eksploatacyjnej w wysokości
ke = 050 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew tranzytowych ze studzienkami o kinetach do
wysokości przekroju kanału
ke = 075 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew zbierających ścieki ze studzienkami o
kinetach do wysokości przekroju kanału
ke = 15 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew zbierających ścieki ze studzienkami o
kinetach do wysokości połowy przekroju kanału
Podane wartości nie uwzględniają strat miejscowych na armaturze zmianach
kierunkoacutew tras wlotach i wylotach ściekoacutew w obiektach kanalizacyjnych Straty te należy
ustalać dodatkowo
932 DOBOacuteR PRZEKROJOacuteW PRZEWODOacuteW I KANAŁOacuteW CZĘŚCIOWO
WYPEŁNIONYCH
Posługiwanie się wzorami analitycznymi na strumień Q a zwłaszcza na Qn stwarza dużą
trudność ze względu na ich uwikłaną postać W celu ułatwienia obliczeń hydraulicznych
kanałoacutew niecałkowicie wypełnionych opracowano charakterystyki sprawności hydraulicznej
roacuteżnych przekroi kanałoacutew tj zależności na wskaźniki względnych prędkości przepływu η =
n oraz względnych strumieni objętości ηQ = QnQ Przykładowo dla przekroju kołowego
KANALIZACJA I
90
stosując metodologię opartą na wzorze Colebrooka-Whitersquoa przy przyjęciu pewnych
uproszczeń (bowiem przy częściowym wypełnieniu zaroacutewno jak i Q zależą roacutewnież od i
oraz k) otrzymamy wg Franke [2 54]
85
h
hnn
R
R
(952)
oraz
85
h
hnnn
QR
R
A
A
Q
Q (953)
gdzie
η - wskaźnik względnych prędkości przepływu stosunek prędkości n przy częściowym
wypełnieniu (h = hn) do prędkości przy całkowitym wypełnieniu przekroju (h = D)
Rh - promień hydrauliczny przy całkowicie wypełnionym kanale (Rh = D4) m
Rhn - promień hydrauliczny przy częściowym wypełnieniu - normalnym hn m
ηQ - wskaźnik względnych strumieni objętości stosunek strumienia Qn przy częściowym
wypełnieniu (h = hn) do strumienia Q przy całkowitym wypełnieniu przekroju (h = D)
A - pole powierzchni przekroju kanału przy całkowitym wypełnieniu (A = πD24) m2
An - pole powierzchni przekroju poprzecznego kanału przy częściowym wypełnieniu - hn
(wg wzoru (941)) m2
Na rysunku 97 przedstawiono krzywe sprawności hydraulicznej η i ηQ od hD (w )
dla kanału o przekroju kołowym o średnicy D
Rys 97 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju kołowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Według metodologii opartej na wzorze Colebrooka-Whitersquoa całkowita przepustowość
kanału (100) tj przy całkowitym wypełnieniu przekroju (100) osiągana jest już przy
względnym wypełnieniu hD = 0827 - w kanałach o przekroju kołowym bądź hH = 0867 -
w kanałach jajowych czy też hH = 0807 - w kanałach dzwonowych (gdzie H oznacza
wysokość przekroju kanału proporcjonalną do jego szerokości B) wg rys 97divide99
Promień hydrauliczny osiąga woacutewczas (prawie) maksymalne wartości a warunki
przepływu odpowiadają panującym w kanałach otwartych Krzywe sprawności hydraulicznej
kanałoacutew interpretuje się więc tylko do wymienionych wyżej względnych wypełnień
UWAGA Kanały grawitacyjne należy dobierać na przepływ ze swobodnym zwierciadłem
roacutewnież ze względu na niestabilne warunki przepływu przy całkowitych wypełnieniach ndash
gdzie powstawać mogą woacutewczas poduszki powietrzne na załamaniach spadkoacutew odcinkoacutew
kanałoacutew
KANALIZACJA I
91
Rys 98 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju jajowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Rys 99 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju dzwonowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Wymiarowany przekroacutej kanału powinno dobierać się tak aby teoretyczna jego
przepustowość całkowita Q (przy danym spadku dna) była zawsze większa od strumienia
obliczeniowego Wg zasad wypracowanych w Niemczech (ATV A-118) w przypadku
kanałoacutew deszczowych bądź ogoacutelnospławnych zaleca się dobierać następny większy przekroacutej
jeżeli strumień obliczeniowy przekracza 90 przepustowości całkowitej (Q) danego
przekroju kanału - przy danym spadku dna (i) Odpowiada to zasadzie wymiarowania takich
kanałoacutew na względne wypełnienia
hD le 075 - w wypadku kanałoacutew o przekroju kołowym bądź
hH le 079 - w przypadku kanałoacutew jajowych czy też
hH le 072 - w przypadku kanałoacutew dzwonowych
W praktyce inżynierskiej występują najczęściej dwa typy zadań hydraulicznych
doboacuter wymiaru - przekroju poprzecznego kanału (kołowego o średnicy D lub innego
o wysokości przekroju H) dla danego strumienia (Qn) i spadku dna (i) z określeniem
wypełnienia normalnego hn(Qn) oraz średniej prędkości przepływu n(Qn)
obliczenie przepustowości (Q lub Qn) kanału o danym spadku dna (i)
Do wymiarowania kanałoacutew ściekowych deszczowych i ogoacutelnospławnych stosowany
jest powszechnie wzoacuter Manninga (99) w ktoacuterym wspoacutełczynnik szorstkości kanału
przyjmowany jest najczęściej w stałej wartości n = 0013 m13s (ogoacutelnie n [0010 0016]
sm13 czemu odpowiada w przybliżeniu k [025 50] mm)
W celu ułatwienia doboru przekrojoacutew kanałoacutew wykorzystuje się wykresy i nomogramy
do wzoru Manninga przedstawiające graficznie zależności pomiędzy parametrami
konstrukcyjnymi takimi jak średnica (przekroacutej) kanału spadek dna szorstkość a
hydraulicznymi takimi jak wypełnienie prędkość i strumień objętości przepływu
Najczęściej stosowane są 2 rodzaje pomocy graficznych mianowicie
KANALIZACJA I
92
nomogramy drabinkowe - przedstawiające zależności D Q i dla kanałoacutew
całkowicie wypełnionych ktoacutere wymagały dodatkowo posługiwania się wykresami
sprawności hydraulicznej przekrojoacutew kanałoacutew przy niecałkowitym wypełnieniu
nomogramy logarytmiczne (scalone) - opracowane dla roacuteżnych przekrojoacutew kanałoacutew
niecałkowicie wypełnionych (dla n = constans)
Przykład obliczeniowy z zastosowaniem nomogramu drabinkowego i krzywych sprawności
przekroju kołowego (wg rys 910 i 911) Należy dobrać średnicę kanału (ściekowego) dla
obliczeniowego strumienia Q = 15 dm3s i spadku dna i = 5 permil
Rys 910 Przykład nomogramu drabinkowego do doboru kanałoacutew kołowych
(oznaczono Qc equiv Q oraz Vc equiv )
Tok postępowania
1 Prowadzimy prostą (1) przechodząca przez punkty i = 5permil oraz Q = 15 dm3s (rys 910)
Dobieramy pierwszą większą (katalogową) średnicę tj D = 020 m Przez punkty D = 02 m
oraz i = 5 permil prowadzimy prostą (2) i odczytujemy strumień objętości przy całkowitym
wypełnieniu Q = 22 dm3s oraz prędkość przy całkowitym wypełnieniu = 080 ms
2 Następnie korzystamy z krzywej sprawności hydraulicznej przekroju kołowego
przedstawiającej zależność pomiędzy względnym wypełnieniem kanału (hD) a względnym
strumieniem przepływu (ηQ) - wyrażonych w (rys 911) Krzywa ta umożliwia ustalenie
wartości względnego wypełnienia przekroju kanału i względnej prędkości przepływu - dla
odczytanych z nomogramu drabinkowego parametroacutew hydraulicznych całkowicie
wypełnionego kanału (tj strumienia Q i prędkości )
Dla ustalonej z nomogramu drabinkowego (rys 910) wartości strumienia przy
całkowitym wypełnieniu Q = 22 dm3s obliczamy wartość funkcji sprawności przepływu
ηQ = 1522 = 0682 asymp 68 Następnie z krzywej sprawności (rys 911) dla ηQ = 68
odczytujemy
po lewej stronie hD = 61 = 061
po prawej stronie ηυ = 108 = 108
Stąd wypełnienie (normalne) w dobranym kanale wyniesie hn = 061∙D = 061∙02 = 012 m
a prędkość przepływu n = η middot = 108∙080 = 086 ms
Rys 911 Idea korzystania z wykresu sprawności hydraulicznej przekroju kołowego
(oznaczono QQC equiv QnQ oraz vvC equiv n)
ηQ = QQc
η = c
KANALIZACJA I
93
Dla innych niż kołowy przekrojoacutew poprzecznych kanałoacutew np jajowych jajowych
podwyższonych gruszkowych czy dzwonowych korzystamy z właściwych nomogramoacutew
drabinkowych i krzywych sprawności danego przekroju kanału
Tok postępowania przy korzystaniu z nomogramoacutew scalonych - opracowanych dla roacuteżnych (typowych) przekrojoacutew kanałoacutew wg idei na rysunku 912
Rys 912 Idea korzystania z nomogramu logarytmicznego do doboru kanałoacutew kołowych
(wg wzoru Manninga)
Przykłady obliczeniowe - z zastosowaniem nomogramoacutew scalonych
1) Dla danych Q = 20 dm3s oraz i = 40permil należy dobrać kanał (ściekowy) o przekroju
kołowym dla n = 0013 sm13 Wychodząc od strumienia Q = 20 dm3s (wg idei na rys 912)
po prawej stronie nomogramu - dobrano średnicę D = 025 m i odczytano
wypełnienie h = hn = 013 m a następnie
po lewej stronie nomogramu - dla D = 025 m i h = 013 m odczytano prędkość
przepływu = n = 080 ms
2) Dla danych Q = 400 dm3s oraz i = 20permil należy dobrać kanał (deszczowy) o przekroju
jajowym dla n = 0013 sm13 Z nomogramu scalonego podanego na rysunku 913 dobrano
kanał jajowy J06 x 09 m i odczytano wypełnienie h = hn = 070 m (hH = 078 lt 079 ndash dla
90 przepustowości Q wg rys 98) oraz ustalono = 12 ms (Dokładny wynik obliczeń hn i
n uzyskamy tylko po zastosowaniu wzoroacutew analitycznych)
Rys 913 Przykładowy nomogram logarytmiczny do wzoru Manninga do doboru kanałoacutew
grawitacyjnych o przekroju jajowym (dla n = 0013 m13s)
KANALIZACJA I
94
94 ZALECANE SPADKI DNA KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
W systemach kanalizacyjnych spadek dna (i) kanałoacutew grawitacyjnych powinien
zawierać się w granicach
imin i imax (955)
- zależnie od wymiaru (średnicy D) kanału i spadku terenu
Spadek mniejszy od minimalnego (imin - dla danej średnicy) w efekcie zbyt małych
prędkości przepływu ściekoacutew prowadziłyby do odkładania się osadoacutew i w efekcie do
zamulenia kanału Spadek większy od maksymalnego (imax - dla danej średnicy)
prowadziłyby do niszczenia kanałoacutew - wskutek erozji powodowanej głoacutewnie zawiesiną
mineralną przy znacznych prędkościach przepływu
Powszechnie w literaturze zalecana jest formuła Imhoffa na spadek minimalny (imin)
D
i1
min (956)
gdzie
imin w promilach gdy wymiar średnicy D wyrażony jest w metrach lub w ułamku gdy D w mm
W przypadku kanałoacutew o innym przekroju niż kołowy (np jajowy gruszkowy) za bdquoDrdquo do
wzoru (956) bezpieczniej jest przyjmować szerokość przekroju w tzw pachach (np dla
ogoacutelnospławnego kanału jajowego J 06x09 m - bdquoDrdquo = 06 m)
Według badań prof Suligowskiego formuła (956) może być stosowana dla
względnych wypełnień kanałoacutew większych od 30 (hD gt 03)
Historycznie w wytycznych technicznych projektowania (WTP) miejskich sieci
kanalizacyjnych z 1965 roku sformułowano zasadę zachowania minimalnej prędkości (min)
przepływu ściekoacutew przy całkowitym wypełnieniu kanałoacutew jako warunku ich
bdquosamooczyszczania sięrdquo tj odpowiednio
w systemie kanalizacji rozdzielczej - w kanałach bytowo-gospodarczych
przemysłowych oraz deszczowych min = 08 ms
w systemie kanalizacji ogoacutelnospławnej min = 10 ms
Wychodząc z powyższych założeń stosując wzoacuter Manninga (99) dla n = 0013 sm13
możliwie było ustalenie wartości minimalnych spadkoacutew dna kanałoacutew ze względu na
bdquosamooczyszczanierdquo podanych w tabeli 94 - dla przykładowych średnic Wyższe wartości
spadkoacutew minimalnych względem obliczonych z formuły 1D (956) wyboldowano
Tab 94 Obliczone z formuły 1D wg wzoru Manninga (dla n = 0013 sm13
i min) minimalne spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych ( - stosowane w praktyce)
Lp
Średnica
kanału
D
Minimalne spadki dna kanałoacutew imin
Obliczone z
formuły
1D
Obliczone z wzoru
Manninga dla prędkości
min = 08 ms min = 10 ms
- m permil permil permil 1 020 50 587 918
2 025 40 436 681
3 030 333 (30) 342 534
4 040 25 233 364
5 050 20 173 270
6 060 167 136 212
7 080 125 092 145
8 100 100 069 107
9 150 067 (05) 040 062
10 200 05 027 043
Maksymalne spadki (imax) dna kanałoacutew określano (wg WTP) w podobny sposoacuteb tj przy
całkowitym wypełnieniu prędkość przepływu ściekoacutew nie powinna przekraczać wartości
KANALIZACJA I
95
max = 30 ms - w kanałach bytowo-gospodarczych i przemysłowych dla rur
betonowych i ceramicznych
max = 50 ms - w kanałach bytowo-gospodarczych i przemysłowych dla rur
żelbetowych i żeliwnych
max = 70 ms - w kanałach deszczowych i ogoacutelnospławnych niezależnie od
materiału kanałoacutew jako że kanały takie przy znacznym wypełnieniu działają
okresowo w poroacutewnaniu z kanałami bytowo-gospodarczymi i przemysłowymi
W tabeli 95 podano obliczone z wzoru Manninga (99) dla n = 0013 sm13 wartości
maksymalnych spadkoacutew dna kanałoacutew dla prędkości max ndash przy całkowitym wypełnieniu
Tabela 95 Obliczone z wzoru Manninga (99) dla n = 0013 sm13
maksymalne spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych
Lp
Średnica
kanału
D
Maksymalne spadki dna kanałoacutew imax z wzoru
Manninga dla prędkości
max = 3 ms max = 5 ms max = 7 ms - m permil permil permil
1 020 828 2300 4508
2 025 603 1675 3283
3 030 477 1325 2597
4 040 324 900 1764
5 050 243 675 1323
6 060 189 525 1029
7 080 135 375 735
8 100 99 275 539
9 150 56 156 306
10 200 38 106 209
W pracy IKŚ z 1983 roku zalecono ograniczenie maksymalnych prędkości przepływu
ściekoacutew niezależnie od materiałoacutew rur do
max = 30 ms - w kanałach ściekowych i ogoacutelnospławnych
max = 50 ms - w kanałach deszczowych i burzowych
co jest racjonalne ze względu na trwałość bezawaryjnego działania kanalizacji
Grawitacyjne przewody i kanały transportujące ścieki tj mieszaniny ciał stałych i
cieczy powinny być układane z takim spadkiem aby możliwy był zaroacutewno transport
zanieczyszczeń zawartych w ściekach w tym wleczonych przy dnie jak i rozmywanie już
odłożonych (przy mniejszych strumieniach przepływu) złogoacutew i osadoacutew
Z punktu widzenia hydromechaniki transport zanieczyszczeń można zapewnić jeżeli
opoacuter tarcia wyrażony stycznymi naprężeniami ścinającymi ( ) pomiędzy ścianką rury a
ściekami będzie większyroacutewny min
min ge 20 Pa - dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
min ge 15 Pa - dla kanałoacutew deszczowych
przy czym iR Rhh - dla małych kątoacutew α pochylenia kanałoacutew (woacutewczas i asymp sinα) W
przypadku przekroju kołowego otrzymamy
iR
RD
h
hn 4
(957)
gdzie
- naprężenia ścinające Pa
- ciężar właściwy ściekoacutew Nm3
D - średnica wewnętrzna przewodu (kanału) m
Rhn - promień hydrauliczny przy częściowym wypełnieniu kanału (normalnym hn) m
Rh - promień hydrauliczny przy całkowitym wypełnieniu kanału (Rh = D4) m
i - spadek dna ułamek
KANALIZACJA I
96
Stąd ogoacutelnie
DR
R
gi
hn
h 14 min
min
(958)
a dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych (dla 02min Pa)
DR
Ri
hn
h 1108160 3
min
(959)
i dla kanałoacutew deszczowych (dla 51min Pa)
DR
Ri
hn
h 1106120 3
min
(960)
Przykłady obliczeniowe
Dla kanału o średnicy D = 030 m z formuły (956) spadek minimalny wynosi imin = 1030 =
333permil (w praktyce przyjmowany jako 3permil) Z obliczeń wg wzoru (959) otrzymamy dla
kanału bytowo-gospodarczego o D = 03 m dla wypełnień względnych
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 00107 = 107permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000564 = 564permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000398 = 398permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000317 = 317permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000272 = 272permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000225 = 225 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000272 = 272permil
Podobnie z obliczeń wg wzoru (960) dla kanału deszczowego o średnicy D = 03 m
otrzymamy
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 000803 = 803permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000423 = 423permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000298 = 298permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000238 = 238permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000204 = 204permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000170 = 170 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000204 = 204permil
UWAGA 1 Obliczone wyżej spadki imin spełniają kryterium hydromechaniczne
samooczyszczania się kanałoacutew co jest ważne dla małych wypełnień Są one znacznie większe
niż z formuły bdquo1Drdquo (przewyższenia dla D = 030 m wyboldowano) a także od obliczonych z
warunku min = 08 ms [1 2]
UWAGA 2 Formuła imin = 1D ma praktyczne zastosowanie dla względnych wypełnień
kanałoacutew większych od 30
UWAGA 3 Dla względnych wypełnień hD gt 03 spadki imin z kryterium
hydromechanicznego są nieco mniejsze od imin = 1D
Według badań prof Dąbrowskiego uwzględniając nieroacutewnomierność godzinową
strumienia ściekoacutew w wymiarowaniu kanałoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
należy przyjmować 52min Pa - dla średnic 020 i 025 m oraz 22min Pa - dla średnic
030 035 040 i 050 m Przyjmowane dotychczas naprężenia minimalne 02min Pa są
właściwe dla średnic ge 060 m
Dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych przyjmując 22min Pa otrzymamy
DR
Ri
hn
h 1108970 3
min
(961)
KANALIZACJA I
97
woacutewczas dla przykładowej średnicy D = 03 m minimalne wartości spadkoacutew wyniosą już
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 00118 = 118permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000620 = 620permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000437 = 437permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000349 = 349permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000299 = 299permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000248 = 248 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000299 = 299permil
Na tym tle zalecone w pracy IKŚ z 1984 r minimalne spadki dna kanałoacutew ściekowych
dla jednostek osadniczych o liczbie mieszkańcoacutew le 1000 imin = 10permil są uzasadnione [1 2]
UWAGA Przytoczone dane podkreślają wagę i znaczenie obliczeń hydraulicznych kanałoacutew
do prawidłowego funkcjonowania sieci i zarazem uzasadniają konieczność ich wykonywania
już na etapie koncepcji programowo-przestrzennej (KPP) a także w projektach budowlanych
(PB i PBW) Jest to często pomijane a projektanci dobierają bdquoświadomierdquo większe średnice
kanałoacutew dążąc za wszelką cenę do wypłycenia kanalizacji ściekowej co jest błędnym i
drogim w eksploatacji rozwiązaniem
95 STOSOWANE PRZEKROJE KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Wyboacuter kształtu przekroju poprzecznego kanałoacutew zależy od
warunkoacutew hydraulicznych tj strumienia i nieroacutewnomierności przepływu ściekoacutew
(w dobie) oraz wymaganych prędkości samooczyszczania
warunkoacutew statycznych zabudowy kanału tj zagłębienia dna i przykrycia wierzchu
rury (sklepienia)
rodzaju materiału i sposobu wykorzystania kanału w tym dostosowania do
pokonania przeszkoacuted terenowych uniknięcia kolizji itp
Najczęściej stosowane są przekroje kołowe praktycznie we wszystkich systemach
kanalizacyjnych Pod względem statycznym przekroacutej ten jest właściwy zaroacutewno dla małych
jak i znacznych zagłębień kanału Łatwy w prefabrykacji w montażu i budowie ze względu
na pełną symetrię przekroju (w przypadku braku tzw stopki)
Polska norma PN-71B-02710 dopuszcza do stosowania 5 podstawowych kształtoacutew
przekroi poprzecznych kanałoacutew Przykładowo w Niemczech obowiązują 3 znormalizowane
kształty i wymiary przekroi kanałoacutew (kołowy jajowy i dzwonowy)
1 Kanały kołowe o średnicach wewnętrznych d equiv D = h = b (w m) - oznaczone jako K
K 015 020 025 030 040 050 060 080 10 12 14 16 18 20 m i większe o
wielokrotności 05 m tj np K 25 30 35 40 m
Rys 914 Geometria kanałoacutew kołowych (K)
KANALIZACJA I
98
Przekroje kołowe są powszechnie stosowane w kanalizacji bytowo-gospodarczej i
przemysłowej deszczowej oraz ogoacutelnospławnej przy czym w kanalizacji ogoacutelnospławnej
najczęściej do wymiaru K le 05 m
2 Kanały jajowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość przekroju (h
=15b) oznaczone jako J (J 06 x 09 m 07 x 105 m 08 x 12 m 10 x 15 m 12 x 18 m)
Rys 915 Geometria kanałoacutew jajowych (J)
Przekroje jajowe były powszechnie stosowane w kanalizacji ogoacutelnospławnej (powyżej
K05 m) do wymiaru J12 x 18 m Powyżej tego wymiaru należało stosować przekroje
złożone - z kinetami na ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe (Z poroacutewnania sprawności
hydraulicznej kanału kołowego o średnicy D z jajowym o przekroju D x 15D wynika że przy
całkowitym wypełnieniu Q(J) = 161Q(K) oraz (J) = 110(K))
3 Kanały jajowe podwyższone o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość
przekroju (h =175b) oznaczone jako JP (JP 06 x 105 m 07 x 1225 m 08 x 140 m 10 x
175 m 12 x 210 m
Rys 916 Geometria kanałoacutew jajowych podwyższonych (JP)
4 Kanały gruszkowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość przekroju
(h =125b) oznaczone jako GR (GR 14 x 175 m 16 x 20 m 18 x 225 m 20 x 25 m i
większe o wielokrotności 05 m)
Rys 917 Geometria kanałoacutew gruszkowych (GR)
KANALIZACJA I
99
5 Kanały dzwonowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość
przekroju (h =085b) oznaczone jako DZ (DZ 14 x 119 m 16 x 136 m 18 x 153 m 20
x 170 m i większe o wielokrotności 05 m)
Rys 918 Geometria kanałoacutew dzwonowych (DZ)
Kanały dzwonowe ze względu na małą wysokość przekroju h lt b znajdują
zastosowanie wszędzie tam gdzie nie ma wystarczającej wysokości bądź przykrycia terenem
czy też przy występujących kolizjach z istniejącym uzbrojeniem Geometria sklepienia
kanałoacutew DZ - jak kanałoacutew GR
UWAGA Zgodnie z Ustawą z 12 września 2002 r o normalizacji (Dz U Nr 169 poz 1386)
stosowanie Polskich Norm jest bdquodobrowolnerdquo Jednak unifikacja geometrii kanałoacutew jest
niezbędna ze względoacutew praktycznych (budowy napraw konserwacji czy przyszłościowej
wymiany) Odniesienie do problemoacutew prawnych jest omoacutewione w rozdz 1 i 10 w [1 2]
W uzasadnionych przypadkach (np napraw istniejących kanałoacutew) dopuszczalne jest
stosowanie innych nietypowych kształtoacutew i wymiaroacutew kanałoacutew jako poza normowych
podanych dla przykładu na rysunkach 919divide923
Przekroacutej eliptyczny
Rys 919 Geometria kanałoacutew eliptycznych (h = 067b)
Przekroacutej kołowo-troacutejkątny
Rys 920 Geometria kanałoacutew kołowo-troacutejkątnych
Przekroacutej prostokątny
Rys 921 Geometria kanałoacutew prostokątnych
KANALIZACJA I
100
Przekroacutej pięciokątny (tzw bdquofuumlnfeckrdquo)
Rys 922 Geometria kanałoacutew pięciokątnych
Przekroacutej kołowy z kinetą ściekową (tzw bdquoLindleyrsquoardquo)
Rys 923 Geometria kanałoacutew kołowych z kinetą ściekową
Złożone przekroje kanałoacutew nie mają na ogoacuteł opracowanych charakterystyk przepływu -
h = f(Q) woacutewczas należy je wyznaczyć doświadczalnie lub analitycznie opierając się na
podanych już roacutewnaniach ruchu np
AQ oraz 21321 iR
nh przy UARh
Rys 924 Przykładowa charakterystyka przepływu h = f(Q) złożonego przekroju kanału
96 PRZEPEŁNIANIE SIĘ KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Przepełnianie się kanałoacutew grawitacyjnych i praca pod ciśnieniem jest problemem
eksploatacyjnym zwłaszcza w systemach kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej
podczas występowania deszczu o rzadszej powtarzalności niż częstość (C) przyjęta do
zwymiarowania kanałoacutew Woacutewczas kanały zaczynają działać z większym niż projektowane
wypełnienie (- dla strumienia Q(C)) następnie z całkowitym wypełnieniem i w końcu pod
ciśnieniem (przy Qmax) W efekcie prowadzić to może do wylewania się ściekoacutew z kanałoacutew w
tzw punktach krytycznych sieci tj np w piwnicach czy w najniżej położonych ulicznych
wpustach deszczowych podwoacuterzowych itp
Na profilu kanału wg rysunku 925 maksymalny spadek linii ciśnienia (Jmax) jest
ograniczony przez punkt krytyczny - przecięcie się linii ciśnienia z powierzchnią terenu
Wartości spadku Jmax odpowiada maksymalny strumień przepływu Qmax - zgodnie z wzorem
Manninga (99) w połączeniu z roacutewnaniem ciągłości ruchu
21
max
32
max 1
JRn
AQ h (962)
gdzie
A - powierzchnia przekroju poprzecznego kanału przy całkowitym wypełnieniu m2
KANALIZACJA I
101
Rh - promień hydrauliczny przy całkowitym wypełnieniu m
J = Jmax ndash maksymalny spadek linii ciśnienia (energii) -
Rys 925 Przebieg linii ciśnienia (ilcmax equiv Jmax) wzdłuż trasy kanału grawitacyjnego podczas działania
pod ciśnieniem dla Qmax (skreślenia oznaczają nieaktywność parametroacutew Qn i hn dla spadku dna ik)
Woacutewczas spadek linii ciśnienia Jmax jest większy od spadku dna kanału ik Większy
strumień deszczu niż Qmax nie zmieści się już w kanale pozostanie więc na powierzchni
terenu jako nieodebrany - rozlewając się po powierzchni i niewiele podnosząc spiętrzone w
kanale (studzience) zwierciadło ściekoacutew Stąd na podstawie (962) możemy napisać
maxmax JaQ (963)
przy czym constRn
Aa h 321 oraz idem
l
HHJ
min
max - wg rys 925
Strumień objętości Q przy całkowitym wypełnieniu kanału o spadku dna ik wynosi
kiaQ (964)
Oznaczając ik =l
H (wg rys 925) stąd stosunek strumieni
1minminmaxmax
H
H
H
HH
ia
Ja
Q
Q
k
(965)
Oznaczając sH
Hmin otrzymamy 1max s
Q
Q a stąd 1max sQQ więc
Qmax gt Q ponieważ 1s gt 1
Wynika stąd że strumień Qmax ograniczony jest zagłębieniem kanału Hmin - w punkcie
krytycznym (rys 925) Im większa będzie wartość Hmin tym większa jest wartość 1s i
tym większy będzie strumień Qmax
Z powyższej analizy wynika że kanały mają w sobie pewną rezerwę przepustowości
ktoacutera może być wykorzystywana w przypadku pojawienia się większego strumienia
przepływu niż obliczeniowy - przyjęty do wymiarowania kanału Q(C) Jednak po
przeanalizowaniu oddziaływania spiętrzonych ściekoacutew w danym kanale (np kolektorze) na
warunki odbioru ściekoacutew w kanałach bocznych (zbieraczach) powyższy wniosek nie musi
odnosić się do całej sieci
Praca kolektoroacutew kanalizacyjnych pod ciśnieniem powoduje wzrost ich przepustowości
ale jednocześnie wywołuje podtapianie kanałoacutew bocznych (zbierających roacutewnież ścieki
opadowe) mogąc przyczynić się z kolei do obniżenia ich przepustowości hydraulicznej Wg
rysunku 926 rozpatrzono 3 przypadki relacji spadkoacutew linii ciśnienia w kanałach bocznych
względem spadku dna tych kanałoacutew wymuszone przez roacuteżne poziomy ściekoacutew w kolektorze
(analogia do hydraulicznych naczyń połączonych)
KANALIZACJA I
102
Rys 926 Trzy przypadki wpływu wysokości ciśnienia w kolektorze
na działanie kanałoacutew bocznych o spadku dna ik (b)
Analiza zjawisk
1 Przypadek - przepływ w kolektorze ze swobodnym zwierciadłem dla spadku linii
ciśnienia w kanale bocznym ilc equiv Jb = Jbmax gt ik(b) woacutewczas
Qbmax gt Qb(C)
2 Przypadek - przepływ w kolektorze pod ciśnieniem dla spadku linii ciśnienia w kanale
bocznym Jb = ik(b)
Qb = Qb(C)
3 Przypadek - przepływ w kolektorze pod znacznym ciśnieniem dla spadku linii ciśnienia
w kanale bocznym Jb lt ik(b)
Qb lt Qb(C)
Z rysunku 926 wynika że kolektor podtopiony do poziomu w 3-cim przypadku wywoła
spadek linii ciśnienia Jb w kanale bocznym mniejszy od spadku dna kanału bocznego ik(b) i
woacutewczas strumień przepływu pod ciśnieniem Qb w tym kanale będzie mniejszy niż jego
strumień obliczeniowy Qb(C) Wystąpi więc dławienie przepływu i spadek przepustowości
kanału bocznego - brak odbioru ściekoacutew w studzience na jego początku Przy roacuteżnicach
rzędnych studzienek ścieki mogą nawet wylewać się z kolektora na powierzchnię terenu
poprzez kanał boczny
W Polsce sformułowano jako zasadę ndash już nieaktualną iż
o kolektory powinny być wymiarowane na większy strumień przepływu tj na większą
wartość częstości deszczu C np C = 2 lata - dla kanalizacji deszczowej czy C = 5 lat
ndash w kanalizacji ogoacutelnospławnej (w płaskim terenie - tab 71) a
o kanały boczne (zbieracze) na mniejszy strumień tj na mniejszą wartość częstości
deszczu np C = 1 rok - dla kanalizacji deszczowej czy C = 2 lata - w kanalizacji
ogoacutelnospławnej (w przypadku płaskiego terenu - tab 71)
Powyższą zasadę uzasadniano ekonomicznie tym że jednostkowy koszt budowy
kolektoroacutew jest znacznie większy ale dotyczy mniejszej długości w sieci w poroacutewnaniu z
kosztem budowy kanałoacutew bocznych o zdecydowanie większej sumarycznej długości
UWAGA Zasada ta straciła swą aktualność w świetle normy PN - EN 752 - ujednolicenia
częstości deszczy dla kolektoroacutew i kanałoacutew bocznych
KANALIZACJA I
103
10 ZASADY PROJEKTOWANIA BUDOWY I EKSPLOATACJI SIECI
KANALIZACYJNYCH
101 UKŁADY SIECI KANALIZACYJNYCH
Topologia (układ) sieci kolektoroacutew i kanałoacutew bocznych zależy głoacutewnie od
konfiguracji terenu (spadkoacutew podłużnych i poprzecznych) względem odbiornika
układu geometrycznego ciągoacutew komunikacyjnych (pieszo-jezdnych)
zabudowy terenu
Ogoacutelną zasadą jest lokalizowanie - ze względoacutew hydraulicznych
kanałoacutew głoacutewnych (kolektoroacutew) na kierunkach najmniejszych spadkoacutew
powierzchni terenu
kanałoacutew bocznych (zbieraczy) na kierunkach największych spadkoacutew powierzchni
terenu tj w miarę prostopadle do warstwic terenu
przykanalikoacutew w miarę prostopadle do zbieraczy i kolektoroacutew
W konkretnych warunkach terenowych układ sieci kanalizacji grawitacyjnej zaroacutewno
ogoacutelnospławnej rozdzielczej czy poacutełrozdzielczej może być zrealizowany w oparciu o
poniższe schematy ideowe - ogoacutelnomiejskie (w skali całego miasta) bądź lokalne
1011 UKŁADY OGOacuteLNOMIEJSKIE
I Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacyjnych
II Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacyjnych z kolektorem zbiorczym
III Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacyjnych
IV Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacyjnych z kanałami odciążającymi
Rys 101 Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej
Rys 102 Układ poprzeczny kanalizacji grawitacyjnej - z kolektorem zbiorczym
KANALIZACJA I
104
Rys 103 Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej
Rys 104 Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej - z kanałami odciążającymi
1012 UKŁADY LOKALNE
V Układ promienisty
VI Układ pierścieniowy
VII Układy strefowe
Rys 105 Układ promienisty kanalizacji grawitacyjnej ndash w kotlinie
Rys 106 Układ pierścieniowy kanalizacji grawitacyjnej ndash na wzgoacuterzu
KANALIZACJA I
105
a) b)
Rys 107 Układy strefowe kanalizacji grawitacyjno-pompowej
a) z wododziałem b) w niecce terenowej
Na wyboacuter układu systemu kanalizacyjnego - w danych warunkach terenowych wpływ
mają także inne czynniki [1 2]
102 PROJEKTOWANIE TRAS KANAŁOacuteW
1021 SYTUOWANIE KANAŁOacuteW W PLANIE
Położenie sytuacyjne osi przewodoacutew kanalizacyjnych (podobnie jak wodociągowych
ciepłowniczych gazowych itp) powinno być roacutewnoległe względem
osi ulic (krawężnikoacutew chodnikoacutew)
linii rozgraniczających zabudowy
istniejącego zbrojenia podziemnego
W szerokich ciągach komunikacyjnych (pieszo-jezdnych) ndash o szerokości
przekraczającej 30 m i obustronnej zabudowie należy projektować dwa roacutewnoległe kanały
bytowo-gospodarcze Liczba i układ kanałoacutew deszczowych zależy od warunkoacutew
miejscowych Uzyskamy woacutewczas ciągi kanałoacutew o stosunkowo płytkim posadowieniu o
mniejszych średnicach i mniejszych kosztach budowy (mniej kolizji z istniejącym
uzbrojeniem)
Wymagane odległości projektowanych kanałoacutew od istniejącego uzbrojenia
podziemnego i nadziemnego terenu regulowane są odpowiednimi przepisami miejscowymi
(np powiatowymi czy wojewoacutedzkimi) ustalanymi w Zespołach Uzgadniania Dokumentacji
Projektowych (ZUDP) Przykładowo we Wrocławiu minimalna odległość zewnętrznego
obrysu kanału od
krawężnika - wynosi 20 m (wg [] 12 m)
budynku mieszkalnego 50 m (wg [] 40 m)
toroacutew kolejowych 50 m (wg [] od skrajnej szyny torowiska)
autostrad 50 m
drzew krzewoacutew 10 m (wg [] 20 m)
drenażu podziemnego 20 m
przewodu ciepłowniczego 30 m (wg [] 12divide14 m w zależności od średnicy)
przewodu wodociągowego 20 m (wg [] 12divide17 m w zależności od średnicy)
kabli energetycznych i telekomunikacyjnych 20 m
wg [] Warunki techniczne wykonania i odbioru sieci kanalizacyjnych Wydawnictwo COBRTI
INSTAL Warszawa 2003
KANALIZACJA I
106
Zmiany kierunkoacutew tras kanałoacutew
Kanały nieprzełazowe - o wysokości przekroju H = D lt 10 m należy układać
odcinkami prostymi pomiędzy studzienkami rewizyjnymi (inspekcyjnymi) Każda zmiana
kierunku trasy musi odbywać się więc w studzience
Rys 108 Trasowanie kanałoacutew o wysokościach H = D lt 10 m - w łukach droacuteg
Kanały przełazowe - o wysokości przekroju H = D 10 m można budować w łukach
o łagodnych krzywiznach o promieniu R przy czym Rmin ge 5b gdzie b = D - szerokość
kanału w tzw pachach oraz Rmin ge 50 m Na początku i końcu łuku właściwe jest
lokalizowanie studzienek rewizyjnych aby umożliwić wejście i czyszczenie takiego odcinka
Rys 109 Trasowanie kanałoacutew o wysokościach przekroju H = D 10 m - w łukach droacuteg
Łączenie kanałoacutew
Łączenie tras kanałoacutew powinno odbywać się w studzienkach tzw połączeniowych pod
kątem 90 do kierunku przepływu ściekoacutew (rys 1010)
Rys 1010 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew dla tras pod kątem 90
Gdy z układu tras łączonych kanałoacutew wychodzi kąt ostry 90 należy zastosować
dodatkową studzienkę rewizyjną - wg rys 1011
Rys 1011 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew dla tras pod kątem 90
Kanały nieprzełazowe (H lt 10 m) łączymy w studzienkach połączeniowych (o
przekroju kołowym) a kanały przełazowe (H 10 m) w komorach połączeniowych -
najczęściej o przekroju wieloboku
KANALIZACJA I
107
a) b)
Rys 1012 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew
A) nieprzełazowych - w studzienkach połączeniowych (StP) ndash studzienka kołowa
B) przełazowych - w komorach połączeniowych (KP) - wielobok foremny
1022 WYSOKOŚCIOWE SYTUOWANIE KANAŁOacuteW
Ogoacutelną zasadą jest układanie kanałoacutew możliwie jak najpłycej względem powierzchni
terenu (najmniejsze koszty budowy) Jednakże zagłębienie kanału determinowane jest przez
minimalne zagłębienie kanału Zmin umożliwiające grawitacyjny dopływ ściekoacutew tzw
przykanalikami - z budynkoacutew wpustoacutew ulicznych podwoacuterzowych itp
strefę przemarzania gruntu Hz stąd wynika minimalne przykrycie kanału Hmin gt Hz
spadki i ukształtowanie terenu po trasie kanału
inne czynniki jak np kolizje z istniejącym uzbrojeniem podziemnym (rys 1013)
Rys 1013 Przykładowy profil kanału grawitacyjnego
Rys 1014 Podział Polski na strefy głębokości przemarzania gruntu (HZ) wg PN-81B-03020
O niezbędnym przegłębieniu kanałoacutew ulicznych decydują najczęściej tzw punkty
krytyczne sieci tj najniżej zlokalizowane wpusty uliczne lub podwoacuterzowe czy też piwniczne
UWAGA Należy zwroacutecić uwagę na cechy wytrzymałościowe stosowanych rur
kanalizacyjnych oraz warunki ich zabudowy - wynikające z obciążeń statycznych - naziomem
gruntu i obciążeń dynamicznych - z ruchu pojazdoacutew
Minimalne zagłębienia przykanalikoacutew i kanałoacutew Zmin
Minimalne przykrycie przykanalikakanału deszczowego (Hmin gt HZ) przyjmuje się
najczęściej od 10 do 16 m w zależności od rejonu Polski - strefy przemarzania gruntu (wg
rys 1014) - z zapasem minimum 02 m Zasadniczo przykanaliki i kanały ściekowe powinny
być układane głębiej
Hmin ge Hz + (02divide04) m
KANALIZACJA I
108
Minimalne zagłębienie przykanalikakanału (Zmin) zależy od jego średnicy Dla
przykanalika ściekowego o np D = 020 m woacutewczas Zmin(02) ]02 41[ m - w zależności od
strefy przemarzania - z zapasem minimum 04 m Gdy zagłębienie kanału na jego trasie jest
mniejsze niż Zmin woacutewczas należy go docieplić materiałem o małym wspoacutełczynniku
przewodzenia ciepła np keramzytem lub nasypem ziemnym ndash wg schematoacutew w [1 2]
Maksymalne zagłębienia kanałoacutew Zmax
Najczęściej przyjmuje się obecnie Zmax le 60 m ppt (wg WTP z 1965 r Zmax [6 8]
m ppt) Gdy Z gt Zmax stosuje się pompownie strefowe lub bdquogoacuterniczerdquo metody budowy
kanałoacutew tj tzw wiercenia bdquopoziomerdquo lub przeciski (rys 1016)
Rys 1016 Sposoby pokonywania wzniesień na trasie kanału
Obliczenia niezbędnego zagłębienia kanałoacutew ulicznych
W przeciętnych warunkach terenowych miast jako niezbędne (i zarazem minimalne)
zagłębienie kanałoacutew ulicznych przyjmuje się na ogoacuteł
Z [18 23] m ppt - w kanalizacji deszczowej
Z [23 28] m ppt - w kanalizacji bytowo-gospodarczej i przemysłowej
Z [25 30] m ppt - w kanalizacji ogoacutelnospławnej
Takie zagłębienia kanałoacutew umożliwiają min
prawidłowe podłączenie przykanalikoacutew i kanałoacutew bocznych - zbieraczy
nie powodują na ogoacuteł kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym terenu np z
przewodami wodociągowymi Z [15 18] m ppt
Szczegoacutełowo niezbędne zagłębienie kanałoacutew ustalić można na podstawie obliczeń
według poniższych schematoacutew (w zależności od rodzaju kanalizacji)
Kanalizacja ściekowa - schemat obliczeniowy
Rt Rt
Ru
Z2 Z3 Z1
l2
l3
l1
h
h = i l1 1
d p1
p1
pp = 000
i2i1
g1
Rys 1017 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału ściekowego alternatywnie
wariant z 2 kanałami (o zagłębieniu Z1 i Z2) i wariant z jednym kanałem (o Z3)
Wzoacuter wyjściowy na niezbędne zagłębienie kanałoacutew
Z = g + p + dp + il + h ndash (Rt ndash Ru) (101)
gdzie
g - zagłębienie posadzki piwnicy względem rzędnej terenu przy budynku Rt m
KANALIZACJA I
109
p - położenie przykanalika względem fundamentu (pmin = 05 m dla kamionki i 03 m dla
żeliwa) m
dp - średnica przykanalika (dp min = 015 m) m
i - spadek dna przykanalika (imin = 15permil dla dp = 015 m i imin = 10permil dla dp = 020 m)
h - wypełnienie w kanale ulicznym (najczęściej przyjmuje się h = 05d) m
Ru - rzędna osi ulicy (ewentualnie rzędna terenu nad kanałem) m npm
Rt - rzędna terenu przy budynku (ewentualnie poziom progu - pp = 000 m npm)
Kanalizacja deszczowa - schemat obliczeniowy
Z = H + dp + il + h ndash (Rt ndash Ru) (102)
Rys 1018 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału deszczowego
Kanalizacja ogoacutelnospławna - schemat obliczeniowy
Rys 1019 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału ogoacutelnospławnego h - wypełnienie w
kanale (do tzw pach przekroju jajowego) Zp - zamknięcie przeciwcofkowe
Do obliczeń zagłębienia kanału ogoacutelnospławnego stosujemy wzory (101) lub (102)
1023 WYBOacuteR SPADKOacuteW DNA KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych (ik) powinny być dostosowane do spadku terenu
(it) ale jednocześnie muszą spełniać warunek hydrauliczny ikmin le ik le ikmax [1 2]
I przypadek gdy minkt ii - spadek terenu jest mniejszy od minimalnego spadku dna kanału
woacutewczas na trasie występuje systematyczny wzrost zagłębienia kanału od Zmin do Zmax
Rys 1020 Racjonalny spadek dna kanału w terenie płaskim ik = ik min
KANALIZACJA I
110
II przypadek gdy maxmin ktk iii - kanał roacutewnoległy do terenu tj ik = it woacutewczas
zagłębienie kanału na jego trasie jest niezmienne i wynosi np Zmin
Rys 1021 Racjonalny spadek dna kanału w terenie pochyłym
zgodnym z kierunkiem przepływu ściekoacutew ik = it
III przypadek gdy maxkt ii
Rys 1022 Racjonalny spadek dna kanału w stromym terenie ik = ik
1024 SPOSOBY POŁĄCZEŃ KANAŁOacuteW
Mamy do dyspozycji 4 sposoby połączeń kanałoacutew przy wzroście wymiaroacutew (średnic
bądź wysokości przekroju) kanałoacutew mianowicie poprzez
a) wyroacutewnanie den kanałoacutew - tanie w budowie jednak hydraulicznie nie poprawne
b) wyroacutewnanie sklepień - drogie w budowie (zagłębienie) poprawne hydraulicznie
c) wyroacutewnanie osi ndash trudne w budowie poprawne hydraulicznie
d) wyroacutewnanie zwierciadeł ściekoacutew - trudne w budowie hydraulicznie właściwe
Ad a) 0h
Rys 1023 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu den
Ad b) 12 ddh
Rys 1024 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu sklepień
KANALIZACJA I
111
Ad c) 2
12 ddh
Rys 1025 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu osi kanałoacutew
Ad d) 12 hhh 21 hhh
Rys 1026 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu zwierciadeł ściekoacutew
Przykłady sposoboacutew łączenia kanału bocznego (zbieracza) z kolektorem bądź
przykanalika z kanałem bocznym podano na schematach wg [1 2]
Rys 1027 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem o przekroju kołowym - przy
wyroacutewnaniu sklepień
Rys 1028 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem o przekroju jajowym - przy
wyroacutewnaniu sklepień
Rys 1029 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem (widok z goacutery)
KANALIZACJA I
112
W sieciach kanalizacyjnych nie dopuszcza się do zmniejszenia przekroju kanału na jego
trasie - niezależnie od wypełnień w kanałach Przykład takiej potencjalnej możliwości -
sytuacji podano na rysunku 1030 [2]
Rys 1030 Sytuacja terenowa stwarzająca potencjalną możliwość zmniejszenia przekroju
kanału na dolnym odcinku (przyjmujemy jednak d1 = d2)
Dolny (drugi) odcinek kanału o bardzo dużym spadku dna przy danym strumieniu
objętości wymaga hydraulicznie mniejszej średnicy kanału (d2) w poroacutewnaniu do średnicy
(d1) - na goacuternym (pierwszym) odcinku kanału - o małym spadku dna przyjmujemy jednak d1
= d2 - ze względoacutew praktycznych np nie zatykania się kanałoacutew ściekowych Woacutewczas
wypełnienie kanału dolnego (h2) będzie mniejsze niż goacuternego (h1)
Przypadek odwrotny do sytuacji podanej na rys 1030 - niekorzystne hydraulicznie
połączenie kanałoacutew o roacuteżnych spadkach dna i terenu zobrazowano na rysunku 1031
Woacutewczas h2 gt h1 oraz d2 gt d1
Rys 1031 Niekorzystny przypadek połączenia kanałoacutew (d2 gt d1) - występuje
cofka piętrząca i praca goacuternego odcinka kanału pod ciśnieniem
1025 RODZAJE I DOBOacuteR STUDZIENEK KANALIZACYJNYCH
Rozstaw włazowych studzienek kanalizacyjnych na kanałach nieprzełazowych - o
wysokości przekroju kanału H lt 10 m i przełazowych - do H lt 14 m nie powinien być
większy niż
50divide75 m wg zaleceń [1]
60divide80 m wg zaleceń []
Natomiast dla kanałoacutew przełazowych o H 14 m
75divide120 m wg [1]
80divide120 m wg [] wg [] Warunki techniczne wykonania i odbioru sieci kanalizacyjnych Wydawnictwo COBRTI
INSTAL Warszawa 2003
Każda zmiana spadku na trasie kanału grawitacyjnego musi rozpoczynać się i kończyć
w studzience kanalizacyjnej podobnie jak i zmiana przekroju kanału czy wysokości dna
kanału na odpływie czy zmiana trasy kanału - dla średnic lt 10 m
Polska norma (branżowa - budowlana) PN-B-10729 z 1999 r zalecała minimalne
średnice betonowych (tzw włazowych) studzienek kanalizacyjnych jako
Dmin = 10 m - dla kanałoacutew o średnicach D le 03 m
Dmin = 12 m - dla kanałoacutew o średnicach D = 04divide06 m
Dmin = 14 m - dla kanałoacutew o średnicach do D = 08 m
Dmin = 16 m - dla kanałoacutew o średnicach powyżej D gt 08 m
KANALIZACJA I
113
Podobne zalecenia w tym zakresie wynikają z aktualnej normy PN-EN 19172004
Zgodnie z Ustawą z 2002 roku o normalizacji norma nie jest aktem prawnym Tak więc
unormowane wartości są jedynie wskazoacutewkami - zalecanymi jednak do stosowania
UWAGA Klasyczne betonowe studzienki kanalizacyjne jak wykazała praktyka sprawdzają
się w warunkach występowania naprężeń dynamicznych i są niewrażliwe na wyparcie przez
wodę ze względu na swoacutej ciężar
Przykładowe ndash klasyczne konstrukcje betonowych włazowych studzienek rewizyjnych
(tzw inspekcyjnych) i połączeniowych przedstawiono na rysunkach 1032 1033 i 1034 [2]
Rys 1032 Betonowa studzienka rewizyjna o głębokości lt 30 m ndash zlokalizowana w jezdni (1- właz
żeliwny 2- płyta pokrywowa z pierścieniem podporowym 3 - krąg studzienny komina złazowego 4 -
krąg przejściowy 5 - krąg komory roboczej 6 - betonowa kineta ściekowa 7 - krąg fundamentowy
monolityczny 8 - fundament 9 - stopnie złazowe)
Rys 1033 Betonowa studzienka rewizyjna o głębokości lt 30 m ndash zlokalizowana w trawniku
(1- właz żeliwny 2- płyta pokrywowa 3 i 4 - kręgi studzienne 5 - fundament 6- stopnie złazowe)
KANALIZACJA I
114
Rys 1034 Betonowa studzienka połączeniowa o głębokości gt 30 m (w przypadku lokalizacji w
jezdni niezbędne jest oparcie płyty pokrywowej z włazem na pierścieniu podporowym wg rys 1032)
UWAGA Obecnie dopuszcza się do stosowania tzw nie włazowe studzienki kanalizacyjne
(zaroacutewno rewizyjne ndash przelotowe jak i połączeniowe) tj o małych średnicach szybu studni
rzędu 03divide06 m wykonanych z tworzyw sztucznych Jednak stosowanie takich studzienek
ograniczone jest do małych średnic kanałoacutew (015divide03 m) płytko ułożonych
Studzienki kaskadowe i komory kaskadowe służą do pokonywania roacuteżnic wysokości
przy zmianach zagłębień kanałoacutew Studzienki kaskadowe stosowane są zazwyczaj dla małych
średnic kanałoacutew (mała energia kinetyczna strumienia ściekoacutew) Przykładowo dla kanałoacutew
bytowo-gospodarczych należy stosować studzienki kaskadowe z dodatkowym pionowym
bądź ukośnym przewodem spadowym (o mniejszej średnicy) na zewnątrz studzienki
Roacuteżnica poziomoacutew den kanałoacutew (Hmax) przy takiej konstrukcji studzienek kaskadowych nie
powinna przekraczać 4 m (rys 1035 i 1036)
Rys 1035 Schemat studzienki kaskadowej dla kanałoacutew ściekowych o d 04 m
KANALIZACJA I
115
Rys 1036 Przykład połączeniowej studzienki kaskadowej
W kanalizacji deszczowej dla małych spadoacutew (Hmax le 06 m) i średnic kanałoacutew (d le 06
m) stosowane są pionowe studzienki kaskadowe ewentualnie z obniżeniem dna - tworzącym
tzw poduszkę wodną do tłumienia energii spadającego swobodnie strumienia ściekoacutew
Rys 1037 Schemat studzienki kaskadowej dla kanałoacutew deszczowych
Komory kaskadowe stosowane są zazwyczaj dla dużych średnicprzekroi kanałoacutew (d gt
06 m) w tym do pokonywania dużych roacuteżnic wysokości zagłębień kanałoacutew Kaskady mają
specjalnie formowaną pochylnię - kinetę spadową (rys 1038) Niszczenie (dławienie)
nadmiaru energii kinetycznej strumienia cieczy poruszającej się po pochylni odbywa się w
zagłębieniu dna komory - poniżej dna kanału odpływowego Towarzyszy temu odskok
hydrauliczny zwany odskokiem Bidonersquoa
Rys 1038 Schemat komory kaskadowej dla kanałoacutew o d gt 06 m
Niezbędne zagłębienie progu (p) w dnie komory kaskadowej po wyznaczeniu grubości
tzw poduszki wodnej oblicza się z wzoroacutew na głębokości sprzężone Następnie oblicza się
długość komory (L) z wzoru
)( ee HHHL 33032 (103)
gdzie
He - wysokość energii rozporządzalnej w goacuternym kanale He = hg + υ22g m
H - roacuteżnica rzędnych dna kanałoacutew goacuternego i dolnego (wysokość spadu) m
hg - wypełnienie normalne w goacuternym kanale m
υ - średnia prędkość przepływu w goacuternym kanale ms
Obliczenia wspoacutełrzędnych (x y) kształtu krzywizny pochylni wykonuje się zadając
wartości y i wyliczając x z roacutewnania
HyLx 2 (104)
KANALIZACJA I
116
103 PROJEKTOWANIE SYFONOacuteW KANALIZACYJNYCH
Syfony kanalizacyjne służą do pokonywania przeszkoacuted terenowych takich jak koryta
rzeczne niecki czy kolidujące z trasą kanału podziemne obiekty pod tymi przeszkodami
Rys 1039 Przykład syfonu pod dnem rzeki (1- komora rozdzielcza na dopływie
2- przewoacuted płuczący 3 - komora połączeniowa na odpływie)
Przepływ w syfonie złożonym z jednego lub z kilku przewodoacutew odbywa się pod
ciśnieniem ze stratą energii sh - na pokonanie oporoacutew liniowych i miejscowych
Rys 1040 Schemat działania syfonu pod dnem rzeki
Ze względu na występujące wytrącanie się i odkładanie osadoacutew należy przewidzieć
możliwość płukania i czyszczenia (mechanicznego lub hydrodynamicznego) przewodoacutew
syfonowych zwłaszcza odcinkoacutew wznoszących się Celowa jest więc budowa przed syfonami
(na kierunku napływu ściekoacutew) studzienki jako piaskownika oraz studzienki (na wylocie z
syfonu) umożliwiającej płukanie i zbieranie popłuczyn Ogoacutelnie syfony kanalizacyjne są w
praktyce wysoce awaryjne - wymagają częstego czyszczenia
Prędkość przepływu ściekoacutew w przewodach syfonowych - przy minimalnych
przepływach powinna być większa od prędkości samooczyszczania [1 2]
09 ms w kanalizacji rozdzielczej (przy przepływach nocnych ściekoacutew pogody
bezdeszczowej - nie mniej niż 07 ms)
12 ms w kanalizacji ogoacutelnospławnej
Z drugiej strony prędkość przepływu nie powinna być zbyt duża gdyż prowadzi do
dużych wartości strat hydraulicznych (Δhs) i w konsekwencji do dużych niezbędnych roacuteżnic
den kanałoacutew na wlocie i wylocie z syfonu
W kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej stosuje się najczęściej kilka przewodoacutew
syfonowych o roacuteżnych średnicach i o wlotach na roacuteżnych poziomach włączających się do
pracy kolejno w miarę zwiększania się strumienia dopływających ściekoacutew pogody
deszczowej ndash schematy podano w [1 2] Minimalna średnica syfonu to 015 m Stosuje się
tutaj najczęściej rury żeliwne stalowe czy żelbetowe Obecnie coraz częściej roacutewnież
wzmocnione tworzywa sztuczne
Obliczenia hydrauliczne syfonoacutew sprowadzają się do
doboru średnic przewodoacutew syfonowych (ds) ze względu na prędkość przepływu υs
KANALIZACJA I
117
określenia strat hydraulicznych w syfonie (Δhs) tj roacuteżnicy zwierciadeł ściekoacutew w
studzienkach 1 i 2 (lub roacuteżnicy rzędnych dna kanałoacutew dopływowego i odpływowego)
Rys 1042 Schemat do obliczeń hydraulicznych syfonu
gd
lh s
s
s
i
is2
)(2
(105)
gdzie
ξi - wspoacutełczynniki strat miejscowych na wlocie i zmianach kierunkoacutew - łuki 1 i 2
- wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych na długości odcinkoacutew l1 l2 i l3 - z wzoru Colebrooka
- Whitersquoa lub z formuły Chezy-Manninga (dla strefy oporoacutew kwadratowych)
= 8g n2 (ds4)13 (106)
s - wspoacutełczynnik energii kinetycznej roacutewny wspoacutełczynnikowi strat wylotowych
s = 1 + 293 ndash 155 32 (107)
Gdy występuje kilka rur syfonowych np 3 o roacuteżnych średnicach di
woacutewczas
2QKh zs (108)
przy czym
2
1
1
i
z
K
K (109)
oraz
Ki = Kli + Kmi = Ci il + SKi ( i ) (1010)
Wielkości poszukiwane
i
s
iK
hQ
(1011)
stąd
)(42
iii dQ (1012)
gdzie
Kz - zastępczy wspoacutełczynnik oporności układu roacutewnolegle połączonych przewodoacutew
syfonowych s2m5
Ki - wspoacutełczynnik oporności przewodu syfonowego o średnicy di
Kli - wspoacutełczynnik oporności liniowej przewodu di o długości Σ li
Kmi - wspoacutełczynnik oporności miejscowej Σ ξi przewodu di
Ci - wspoacutełczynnik oporności właściwej przewodu di (do strat liniowych) s2m6
KANALIZACJA I
118
iii
i
i ddg
C
5
52082660
18 (1013)
SKi - wspoacutełczynnik oporności przewodu di (do strat miejscowych) s2m5
SKi = 4
082660
id (1014)
Ogoacutelnie
2QlChl (1015)
2QSh iKm (1016)
Wartości wspoacutełczynnikoacutew C (dla wg 106) oraz SK dla przewodoacutew żeliwnych i
stalowych o średnicy d i wspoacutełczynniku szorstkości n = 0012 sm13 (k asymp 10 mm) podano w
tabeli 101
Tab 101 Wartości wspoacutełczynnikoacutew do wymiarowania przewodoacutew syfonowych dla n = 0012 sm13 Parametr Wartości wspoacutełczynnikoacutew dla średnic przewodoacutew
d [m] 010 015 020 025 030 040 050 060 080 100
[-] 00386 00337 00306 00285 00268 00243 00226 00213 00193 00179
C [s2m-6] 3191 3671 7916 2408 09108 01964 005974 002260 0004872 0001595
SK [s2m-5] 8266 1633 5166 2116 1020 3229 1323 06378 02018 008266
104 PROJEKTOWANIE POMPOWNI SIECIOWYCH
1041 WYMIAROWANIE STUDNI ZBIORCZYCH POMPOWNI ŚCIEKOacuteW
W niekonwencjonalnych (ciśnieniowych) systemach kanalizacji ściekowej stosuje się
obecnie przepompownie wyposażone w pompy zatapialne instalowane w studniach
zbiorczych Klasyczne konstrukcje przepompowni (z tzw mokrą komorą czerpną i suchą
komorą pompową) stosuje się nadal w dużych grawitacyjno-pompowych systemach
kanalizacji rozdzielczej (ściekowej) czy ogoacutelnospławnej gdzie pełnią funkcję pośrednich
pompowni ściekoacutew [2]
O kosztach pompowania ściekoacutew decydują koszty inwestycyjne i eksploatacyjne
Istotną częścią kosztoacutew inwestycyjnych jest koszt wykonania studnikomory zbiorczej
pompowni ktoacutery zależy od jej niezbędnej objętości retencyjnej Natomiast w kosztach
eksploatacyjnych najistotniejszy jest koszt energii elektrycznej potrzebnej do
przepompowania określonego strumienia ściekoacutew (Q H) ktoacutery zależy też od sprawności
dobranych pomp
Do określenia wymaganych wymiaroacutew studni zbiorczych - komoacuter czerpalnych w
przepompowniach ściekoacutew niezbędne jest obliczenie ich objętości czynnej (Vcz) ktoacutera zależy
od liczby pomp (i) strumienia dopływu ściekoacutew (Q) oraz przyjętej liczby cykli załączeń
pomp w godzinie (1Tmin) Dopuszczalną liczbę załączeń silnika elektrycznego pompy w
godzinie należy przyjmować według zaleceń producenta pomp Jeżeli nie ma takich danych
można kierować się minimalnym czasem trwania jednego cyklu pracy pompy (Tmin)
przykładowo podanych w tabeli 102
Tab 102 Zalecane czasy minimalnych cykli pracy pomp
w zależności od mocy silnikoacutew napędowych Moc znamionowa
silnika [kW]
Czas Tmin
[min]
0 - 11 50
14 - 22 65
25 - 44 80
48 - 74 100
110 - 147 130
KANALIZACJA I
119
Dla jednej czynnej pompy maksymalna dopuszczalna liczba załączeń w godzinie
występuje wtedy gdy przez połowę cyklu pompa pracuje a przez drugą połowę jest
wyłączona [1] Wynika to z analizy wzoroacutew na cykl pracy (T) ktoacutery jest sumą czasu pracy
(ts) i czasu postoju (tp) danej pompy
inin
psQ
V
VttT
(1017)
gdzie
V ndash objętość retencyjna studni zbiorczej pompowni dm3
Qin ndash strumień objętości dopływu ściekoacutew dm3s
Q ndash strumień objętości (wydajność) pompy dm3s
Minimalną objętość czynną studni (Vcz) dla jednej pompy oszacować można z wzoru
4
min QTVcz
(1018)
Dla przepompowni z większą liczbą czynnych pomp (i gt 1) niezbędna objętość studni
zbiorczej zależy nie tylko od wydajności pracujących pomp (Q) i liczby dopuszczalnych cykli
włączeń silnika napędowego pomp (1Tmin) ale także od charakterystyki hydraulicznej sieci
kanalizacyjnej oraz od kolejności załączania i wyłączania pomp po osiągnięciu określonego
poziomu ściekoacutew w studni Przykładowo dla 4 czynnych pomp włączenie do pracy drugiej
pompy powoduje zwiększenie wydajności pompowni o 455 trzeciej o 251 a czwartej
już tylko o 148 - wg rys 1045
Rys 1045 Zmiany parametroacutew hydraulicznych przepompowni (H Q) i poszczegoacutelnych pomp
(Hi Qi) w zależności od liczby roacutewnocześnie czynnych pomp
Objętość czynna studni zbiorczej zależy w tym przypadku od charakterystyki sieci (strat
hydraulicznych) liczby pracujących pomp i ich charakterystyki przepływu (rys 1046)
Istotny jest przy tym sam kształt charakterystyki hydraulicznej (tzw przepływność) sieci do
ktoacuterej tłoczone są ścieki [2]
1042 ZALECENIA DO DOBORU POMP
Przyjmując liczbę czynnych pomp w przepompowni należy brać pod uwagę wielkość
systemu kanalizacyjnego wartości strumieni Qmax i Qmin nachylenie charakterystyki
przepływu danej pompy H = f(Q) a także sam kształt charakterystyki strat hydraulicznych
danej sieci kanalizacyjnej
Zużycie energii elektrycznej przez pompę w ciągu roku obliczyć można z wzoru
tPE (1019)
gdzie
E ndash roczne zużycie energii elektrycznej kWh
P ndash moc pompy kW
t ndash roczny czas pracy pompy h
Moc na wale pompy wynosi
KANALIZACJA I
120
QHP
(1020)
gdzie
γ ndash ciężar właściwy ściekoacutew Nm3
H ndash wysokość podnoszenia pompy m
Q ndash strumień objętości pompy m3s
η ndash sprawność całkowita pompy -
Roczne zużycie energii E jest proporcjonalne do iloczynu parametroacutew H Q i t Z
uwagi na jej zużycie znaczenie ma kształt charakterystyki hydraulicznej sieci co wykazano
w [2] 1043 ROZMIESZCZENIE POMP ZATAPIALNYCH
Pompy w przepompowniach ściekoacutew powinny być tak rozmieszczone - w hali pomp
(dla tzw pomp suchych) lub zamocowane do dna w komorze pomp (dla pomp zatapialnych)
aby zapewnić niezawodne działanie bezpieczną obsługę i możliwe najkroacutetsze prowadzenie
rurociągoacutew w obiekcie Dla walcowych studni zbiorczych przepompowni ściekoacutew
rozmieszczenie pomp i podstawowe wymiary komoacuter czerpalnych można przyjmować
przykładowo wg wytycznych firmy KSB podanych w [2] i przedstawionych na rys 1049
Rys 1049 Przykład zabudowy pomp KSB w studniach walcowych
Gabaryty komory pompowej powinny zapewniać ciągły ruch ściekoacutew w całej objętości
aby nie dochodziło do zagniwania zanieczyszczeń na jej dnie oraz właściwie zasilać czerpnie
poszczegoacutelnych pomp tj bez zasysania powietrza do kroacutećcoacutew ssących pomp Montaż pomp
wykonać należy wg zaleceń zawartych w DTR producenta urządzeń W przypadku dużych
pompowni ściekoacutew sposoby doprowadzenia ściekoacutew do komory pompowej podano w
podręczniku [2]
105 MATERIAŁY TECHNIKI BUDOWY I RENOWACJI KANAŁOacuteW
1051 MATERIAŁY
Do budowy przewodoacutew i kanałoacutew ściekowych stosowane są
tradycyjne materiały (już nowej generacji) jak np kamionka klinkier żeliwo
sferoidalne (z wewnętrzną wykładziną) beton wodoszczelny czy też bazalt o
przewidywanej żywotności technicznej rzędu 100 lat ale także
nowoczesne materiały tworzywowe jak np polimerobeton (PMB) polietylen
(PE) polichlorek winylu (PVC) utwardzony polichlorek winylu (PVC-U)
KANALIZACJA I
121
polipropylen (PP) polibutylen (PB) czy żywice poliestrowe wzmacniane włoacuteknem
szklanym (GRP) o przewidywanej żywotności co najmniej 50 lat
Materiały tworzywowe powinny być stosowane w uzasadnionych sytuacjach
terenowych np na obszarach oddziaływań goacuterniczych zagrożonych osuwiskami dużego
natężenia ruchu pojazdoacutew itp Przykłady tradycyjnych wyroboacutew stosowanych do budowy
nowych kanałoacutew czy modernizacji istniejących sieci podano na rysunkach [1 2]
Rys 1054 Kształtki rury i elementy kamionkowe (spody i łuski do wykonania kinet ściekowych)
Rys 1055 Rury betonowe o przekroju kołowym a) bez stopki b) ze stopką c) o przekroju jajowym
(1- wpust 2- pioacutero)
50080
512
Wpust uliczny
2 x łuk 45deg
DN 150
Wstawkadł min100mm
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIE
WŁĄCZENIA DO WPUSTU 90deg
50080
512
2 x łuk 45deg
Wpust uliczny
Zamknięcie wodne częściowe
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIE
WŁĄCZENIA DO WPUSTU 90deg
Zamknięcie wodne pełne
Rysunek 1
100
Po
zio
m H
2
Po
zio
m H
1
Rysunek 1a
H1H2
lt
DN 150
Rys 1057 Przykładowe rozwiązania wpustoacutew deszczowych zalecane we Wrocławiu
KANALIZACJA I
122
Wpusty deszczowe - na kanalizacji ogoacutelnospławnej muszą być wyposażone w pełne
zamknięcie wodne na odpływie (z łukiemkolanem skierowanym do goacutery) oraz w osadnik
(o głębokości min 05 m) Przykrycie nad syfonem nie może być mniejsze od 08 m (wg rys
1057 ndash po lewej) Wpusty deszczowe - na kanalizacji deszczowej muszą być wyposażone
w osadnik oraz opcjonalnie w częściowe zamknięcie wodne ndash z łukiemkolanem do goacutery (wg
rys 1057 ndash po prawej)
UWAGA W praktyce stosowanie zamknięć syfonowych na odcinkach droacuteg z płytko
posadowioną kanalizacją deszczową jest trudne do spełnienia ze względu na brak możliwości
zachowania strefy przemarzania gruntu
1052 TECHNIKI BUDOWY I RENOWACJI KANAŁOacuteW
Do złego stanu technicznego kanałoacutew przyczynia się najczęściej słaba jakość materiału
konstrukcyjnego nieprawidłowy transport jak i sam montaż Precyzja wykonania rur
uszczelnienia i rozwiązania konstrukcyjne połączeń mają zasadniczy wpływ na trwałość
eksploatacyjną przewodukanału Przyczyny uszkodzeń kanałoacutew mogą być zaroacutewno fizyczne
jak i chemiczne
czynniki fizyczne to obciążenia zewnętrzne oraz naprężenia wewnętrzne
spowodowane wahaniami temperatury zmianami wilgotności i zmęczeniem
materiału
czynniki chemiczne to głoacutewnie korozja i starzenie się materiału
Powodem tzw odnowy kanałoacutew jest więc najczęściej zły stan techniczny i występujące
awarie systemu Czasem wystarczające jest wyczyszczenie kanału jednak zazwyczaj istnieje
potrzeba punktowej naprawy renowacji lub wymiany całego przewodu Przedsięwzięcia te
mogą być przeprowadzane w sposoacuteb klasyczny - w wykopie otwartym bądź też z
zastosowaniem technologii bezwykopowych
Naprawa kanału jest przeprowadzana gdy występują drobne pojedyncze uszkodzenia
konstrukcji Wśroacuted sposoboacutew punktowych napraw kanałoacutew rozroacuteżnić można chemiczną
stabilizację uszczelnianie połączeń wprowadzanie żywic impregnacja przewodu czy
przywracanie pierwotnego kształtu
Renowacja kanału jest preferowana gdy uszkodzenia są rozległe a średnica przewodu
może ulec nieznacznej redukcji Renowacje dotyczą zwykle dłuższych odcinkoacutew przewodoacutew
Ich celem jest ochrona ścian kanału uszczelnienie alboi wzmocnienie konstrukcji
Pokrywanie wnętrza warstwą izolacyjną służy oddzieleniu materiału konstrukcyjnego od
transportowanego agresywnego medium Alternatywnie gdy stan techniczny kanału tego
wymaga do wnętrza jest wprowadzany specjalny liner (rękaw) o odpowiednio dobranych
parametrach wytrzymałościowych - grubości ścianek (związanej z redukcją średnicy
istniejącego przewodu)
Wymiana przewodu na nowy jest najbardziej kosztowną formą odnowy starego
przewodu - konieczna woacutewczas gdy jego konstrukcja nie jest w ogoacutele zdolna do
przenoszenia obciążeń bądźi gdy celowe jest zwiększenie wymiaru (średnicy) przewodu
Stosowane tutaj linery mają dużą wytrzymałość i są w stanie przejąć wszystkie obciążenia
dotychczas przenoszone przez stary kanał Przykładowo w metodzie Burstlining stara rura
jest rozkruszana przez specjalną głowicę prowadzącą ktoacutera roacutewnocześnie wpycha odłamki
ściany starego przewodu do otaczającego gruntu Następnie wprowadzana jest nowa rura
Renowacja bądź wymiana przewodu może być więc przeprowadzana metodami
tradycyjnymi bądź bezwykopowymi Te pierwsze mają mniej zalet jednak w niektoacuterych
przypadkach np gdy kanał jest płytko zagłębiony i położony poza jezdnią są one nadal
preferowane W innych sytuacjach stosowane są coraz częściej nowoczesne i coraz tańsze
technologie bezwykopowe ktoacutere mają wiele zalet min
KANALIZACJA I
123
wykopy są całkowicie wyeliminowane lub znacznie ograniczone
zredukowana jest objętość powstających odpadoacutew
występują małe zakłoacutecenia w ruchu i aktywności ekonomicznej społeczeństwa
instalacja przebiega szybko i sprawnie
Technologie bezwykopowe mają też istotne wady m in
trudności z podłączeniem istniejących przykanalikoacutew
dodatkowe koszty związane z kontrolą jakości i monitoringiem prac
brak możliwości dokładnego nadzorowania położenia linera
wysokie koszty związane z powtoacuterzeniem instalacji w wypadku komplikacji
Częstym błędem przy wyborze metody odnowy przewodu jest kierowanie się tylko
kryterium ekonomicznym inwestycji - pomijanie kosztoacutew społecznych ponoszonych przez
mieszkańcoacutew Negatywny wpływ na społeczeństwo mają zaburzenia komunikacyjne
wywołują min obniżenie aktywności ekonomicznej generowane zanieczyszczenia i ogoacutelnie
zagrożenie dla zdrowia ludzi i środowiska naturalnego
UWAGA Koszty społeczne w przypadku metod tradycyjnych mogą być poroacutewnywalne do
kosztoacutew inwestycyjnych a w przypadku metod bezwykopowych są zazwyczaj mniejsze
106 EKSPLOATACJA SIECI KANALIZACYJNYCH
1061 WYMIAROWANIE PŁUCZEK KANAŁOWYCH
Sieci kanalizacyjne w terenach płaskich ilub o bardzo małych spadkach dna kanałoacutew
(nawet o ik lt ik min) a zwłaszcza o małych średnicach i wypełnieniach wymagają częstego
płukania w celu usunięcia zawiesin wytrącających się ze ściekoacutew i odkładających się osadoacutew
na dnie kanałoacutew Kanały mogą być płukane
wodą wodociągową ndash ze specjalnych zbiornikoacutew (studzienek) zwanych płuczkami
ściekami ndash z innych kanałoacutew (sterowanie poprzez klapy i zastawki piętrzące)
wodąpłynem z wozoacutew asenizacyjnych (ciśnieniowo)
Płukanie kanałoacutew polega na wytworzeniu fali płuczącej poruszającej się cieczy z dużą
prędkością najczęściej υ gt 10 m tj większą niż prędkość samooczyszczania się kanałoacutew
Płuczki kanałowe umieszcza się na końcoacutewkach sieci lub centralnie jako zbiorniki
podziemne (o objętości od kilku do kilkudziesięciu m3) Płuczki zasilane są najczęściej wodą
wodociągową głoacutewnie ze względoacutew praktycznych ndash sanitarnych Mogą być też zasilane
wodą drenażową opadową czy też ściekami Studzienki płuczące jako zbiorniki do płukania
kanałoacutew lokalizuje się najczęściej w najwyżej położonych punktach sieci
Rys 1058 Schemat płuczki kanałowej (sterowanej ręcznie)
Objętość cieczy V (w m3) niezbędną do przepłukania danego odcinka kanału oblicza
się ze wzoru Hansena [1 2]
2
2
2
1
2 )(40
km iiLAV (1021)
gdzie
KANALIZACJA I
124
A - powierzchnia przekroju poprzecznego płukanego kanału m2
L - zasięg płukania (zasięg fali płuczącej) 100divide200 m
ik - spadek dna kanału permil
im - spadek miarodajny linii energii permil
2321
)( hmm Rn
i (1022)
υm - prędkość miarodajna ms
2
1
2
2
2
12 3050)ln1(
m
(1023)
υ1 - prędkość początkowa (maksymalna) υ1 = 075 gh2 ms
h - wysokość ciśnienia roacutewna wysokości cieczy w płuczce m
υ2 - minimalna prędkość płukania υ2 = 08 ms
n - wspoacutełczynnik szorstkości kanału sm13
Płuczki zaopatrzone są często w urządzenia do automatycznego działania jak np
płuczka lewarowa czy płuczka z naczyniem wywrotnym - opis działania podano w [1 2]
Rys 1059 Schemat ideowy płuczki automatycznej - lewarowej
Rys 1060 Schemat ideowy płuczki automatycznej - z naczyniem wywrotnym
1062 ROZMIESZCZANIE PŁUCZEK KANAŁOWYCH
Odcinki kanałoacutew wykonanie z przyczyn technicznych (np kolizji z istniejącym
uzbrojeniem terenu) o spadku dna ik mniejszym niż dopuszczalny hydraulicznie ikmin wymagają częstego płukania (3divide6 razy na dobę) Efektywny zasięg fali płuczącej jest
ograniczony zwykle do 100divide200 m Dłuższe odcinki wymagają rozmieszczenia kilku płuczek
na trasie kanału gdy ik lt ikmin
Rys 1062 Schematyczne rozmieszczenie płuczek na trasie kanału
ułożonego z nieodpowiednim hydraulicznie spadkiem dna ik lt ik min
Przykłady sytuowania płuczek kanałowych w tzw punktach węzłowych sieci tj
połączeń kilku kanałoacutew sterowanych zasuwami bądź zastawkami do przemiennego płukania
określonych odcinkoacutew kanałoacutew podano na rysunkach w [1 2]
KANALIZACJA I
125
Rys 1064 Przykładowe lokalizacje płuczek kanałowych w węzłach sieci (P ndash płuczka)
1063 STOSOWANIE PŁUCZEK I KANAŁOacuteW PŁUCZĄCYCH
Kanały płuczące w komunalnych systemach kanalizacyjnych stosowane są sporadycznie
ze względu na wysokie koszty budowy Na rysunkach 1067divide1069 przedstawiono 3
przykłady rozwiązań koncepcyjnych płukania sieci kanalizacyjnych w zależności od spadkoacutew
terenu przy łącznym stosowaniu płuczek i kanałoacutew płuczących
Rys 1067 Wariat płukania sieci kanalizacyjnej 2 płuczkami i 2 kanałami płuczącymi
Rys 1068 Wariant płukania sieci kanalizacyjnej 3 płuczkami
Rys 1069 Wariant płukania sieci kanalizacyjnej płuczką z kanałem płuczącym
KANALIZACJA I
126
107 ETAPY I ZAWARTOŚĆ TEMATYCZNA OPRACOWAŃ PROJEKTOWYCH
Zgodnie z art 5 ust 3 Ustawy z 12 września 2002 r o normalizacji (DZ U Nr 169 poz
1386) stosowanie Polskich Norm (PN) jest bdquodobrowolnerdquo podobnie też Norm Europejskich
(EN) w tym tzw zharmonizowanych PN-EN a także Norm Międzynarodowych (ISO)
Rangę prawną mają np ustawy czy rozporządzenia do ustaw Norma nie jest obecnie aktem
prawnym Nie oznacza to jednak że nie należy je stosować a zwłaszcza zaleceń
wynikających z treści bdquoduchardquo norm jako źroacutedła przepisoacutew pozaprawnych na roacutewni z np
aktualnymi wytycznymi technicznymi projektowania (WTP) czy publikowanymi wynikami z
prac badawczych - odnośnie np metod wymiarowania kanalizacji
Obecny stan prawny nakłada więc na projektantoacutew i wykonawcoacutew obiektoacutew
budowlanych większą odpowiedzialność i obowiązek starannego w tym bezpiecznego
projektowania i wykonywania obiektoacutew ndash zgodnie ze sztuką budowlaną wynikającą z
najnowszej dostępnej wiedzy technicznej (np BAT ndash best available techniques)
Idea ta znajduje zastosowanie min w odniesieniu do nowych metod wymiarowania
systemoacutew odwodnień terenoacutew [1 2 3] - wg zaleceń normy PN-EN 752 Uwzględniono przy
tym najnowsze branżowe propozycje niemieckiego Stowarzyszenia Techniki Ściekowej
(ATV obecnie DWA) oraz postulat Europejskiego Komitetu Normalizacji (CEN)
osiągnięcia w państwach członkowskich Unii Europejskiej daleko idącego ujednolicenia
poziomu wymagań co do ochrony przed wylaniem z systemoacutew odwodnieniowych
Dokumentacje projektowe do budowy nowych systemoacutew kanalizacyjnych czy
modernizacji istniejących sporządza się zwykle etapami w kolejności
Koncepcja Programowo Przestrzenna (KPP) - dawniej nazywana bdquoZałożenia
Techniczno - Ekonomicznerdquo (ZTE)
Projekt Budowlany (PB) - dawniej zwany bdquoProjekt Technicznyrdquo (PT) ndash ogoacutelny
Projekt Budowlany Wykonawczy (PBW) - dawniej bdquoProjekt Technicznyrdquo (PT) ndash
szczegoacutełowy
Przykładowy zakres dokumentacji technicznej odnośnie systemu kanalizacyjnego
jednostki osadniczej (w etapach KPP PB lub PBW) obejmuje
1 Opis uwarunkowań sytuacyjno-wysokościowych terenu i odbiornikoacutew ściekoacutew
2 Wyboacuter systemu kanalizacyjnego pod kątem wymagań ochrony środowiska
rozdzielczy - w przypadku budowy nowych sieci
poacutełrozdzielczy - w przypadku modernizacji istniejącej sieci rozdzielczej
ogoacutelnospławny - istniejący w przypadku braku możliwości przebudowy
3 Koncepcja rozplanowania sieci i obiektoacutew
kanałoacutew bocznych (zwykle na dużych spadkach terenu)
kolektoroacutew (na małych spadkach terenu)
lokalizacja obiektoacutew odciążających separatoroacutew przelewoacutew burzowych
zbiornikoacutew retencyjnych regulatoroacutew przepływu ściekoacutew pompowni itp)
lokalizacja wylotoacutew ściekoacutew deszczowych czy zmieszanych do odbiornikoacutew wraz
z urządzeniami do ich podczyszczania
lokalizacja oczyszczalni ściekoacutew wraz ze strefą ochronną
2 Bilans ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
5 Określanie powierzchni zlewni cząstkowych dopływu ściekoacutew do kanałoacutew
bytowo-gospodarczych i przemysłowych (czy ogoacutelnospławnych)
deszczowych
6 Obliczenia hydrauliczne sieci z doborem średnic spadkoacutew i zagłębień kanałoacutew
KANALIZACJA I
127
7 Wymiarowanie i projekty technologiczne obiektoacutew sieciowych (separatoroacutew
przelewoacutew burzowych zbiornikoacutew retencyjnych osadnikoacutew syfonoacutew płuczek
kanałowych pompowni oczyszczalni ściekoacutew itp) w tym projekty branżowe
8 Plan sieci kanalizacyjnej z obiektami
9 Profile kolektoroacutew i kanałoacutew z obiektami
10 Opis techniczny rozwiązań projektowych wraz z częścią kosztorysową i towarzyszącą
zgodnie z aktualnymi wymogami prawa [1 2 3]
Wzory tabelek rysunkowych do ćwiczeń projektowych i dyplomoacutew z kanalizacji
A Tabelka na mapy profile schematy hellip
Temat pracyprojektu
(np) ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z KANALIZACJI 2
Tytuł rysunku
(np) PLAN SYTUACYJNY SIECI KANALZACYJNEJ
Funkcja Tytuł imię i nazwisko Nr uprawnień Data Podpis
Projektant helliphellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphellip - 10012020 r helliphelliphellip
Sprawdzający helliphellip helliphelliphellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphellip 10012020 r helliphelliphellip
Wydział Katedra PWr
W07 K42
Stadium
KPP
Skala
(np) 12500
Nr rys
X
B Tabelka na rysunki obiektoacutew ndash z wyszczegoacutelnieniem i opisem elementoacutew (UWAGA Wymiarowanie obiektoacutew budowlanych - w cm )
hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphellip
1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphellip
Nr Nazwa elementu Ilość Wymiar materiał Katalog norma
Temat pracyprojektu
(np) PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA (lub) MAGISTERSKA
Tytuł rysunku
(np) PROJEKT STUDZIENKI POŁĄCZENIOWEJ NR hellip
Funkcja Tytuł imię i nazwisko Nr uprawnień Data Podpis
Projektant hellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphellip - 10012020 r helliphelliphellip
Sprawdzający helliphellip helliphelliphellip helliphelliphellip helliphelliphelliphellip 10012020 r helliphelliphellip
WydziałKatedra PWr
W07 K42
Stadium
KPP (lub) PB
Skala
(np) 150
Nr rys
Y
Dziękujemy za dotrwanie do końca
KANALIZACJA I
3
TREŚCI PROGRAMOWE PRZEDMIOTU Kanalizacja 2
TREŚCI PROGRAMOWE
Forma zajęć - projekt Liczba
godzin
Pr1 Program ćwiczenia projektowego zakres i wymagania 1
Pr2 Sporządzenie bilansu odpływu ściekoacutew komunalnych 2
Pr3 Wykonanie krzywych deszczy (IDF) 2
Pr4 Obliczenia hydrauliczne sieci kanalizacji deszczowej 5
Pr5 Sporządzenie planu spadkoacutew i zagłębień kanalizacji deszczowej 2
Pr6 Obliczenia hydrauliczne sieci kanalizacji bytowo-gospodarczej i
przemysłowej z uwzględnieniem możliwych kolizji z siecią deszczową 4
Pr7 Sporządzenie planu spadkoacutew i zagłębień sieci kanalizacji bytowo-
gospodarczej i przemysłowej 2
Pr8 Wykonanie profilu podłużnego głoacutewnego kolektora kanalizacji deszczowej 2
Pr9 Wykonanie profilu podłużnego głoacutewnego kolektora kanalizacji bytowo-
gospodarczej i przemysłowej 2
Pr10 Sporządzenie planu sieci kanalizacyjnych 3
Pr11 Projekt techniczny wybranego obiektu kanalizacyjnego 2
Pr12 Sporządzenie opisu technicznego projektu 3
Suma godzin 30
CELE PRZEDMIOTU
C1 Nabycie umiejętności wykonywania bilansoacutew odpływu ściekoacutew i woacuted opadowych
C2 Nabycie umiejętności określania strumieni ściekoacutew bytowo-gospodarczych
przemysłowych i opadowych oraz przypadkowych
C3 Nabycie umiejętności wymiarowania kanałoacutew grawitacyjnych sieci kanalizacyjnych
C4 Nabycie umiejętności sporządzania planoacutew i profili sieci kanalizacyjnych
C5 Nabycie umiejętności projektowania obiektoacutew na sieci kanalizacyjnej
C6 Nabycie umiejętności sporządzania opisu technicznego projektu
PRZEDMIOTOWE EFEKTY KSZTAŁCENIA
Z zakresu umiejętności
PEK_U01 Potrafi dokonać identyfikacji i sformułować specyfikację zadań inżynierskich o
charakterze praktycznym charakterystycznych dla rozdzielczego sytemu usuwania
ściekoacutew
PEK_U02 Potrafi ocenić przydatność metod i narzędzi służących do rozwiązania zadania
inżynierskiego charakterystycznego dla rozdzielczego systemu usuwania ściekoacutew oraz
wybrać właściwe metody obliczeniowe
PEK_U03 Potrafi zaprojektować oraz zrealizować system typowy dla rozdzielczego sposobu
usuwania ściekoacutew używając właściwych metod technik i narzędzi
Z zakresu kompetencji społecznych
PEK_K01 Potrafi odpowiednio określić priorytety służące realizacji określonego zadania
związanego z projektowaniem systemoacutew usuwania ściekoacutew
PEK_K02 Prawidłowo identyfikuje i rozstrzyga dylematy związane z projektowaniem i oceną
działania systemoacutew usuwania ściekoacutew w tym wpływu na środowisko w przyszłości
KANALIZACJA I
4
1 WPROWADZENIE
Pojęcie bdquoKANALIZACJArdquo oznacza
zespoacuteł budowli inżynierskich czyli system - do spełniania określonych celoacutew
naukę stosowaną - o projektowaniu budowie i eksploatacji sieci oraz obiektoacutew do
odprowadzania oraz unieszkodliwiania ściekoacutew tj woacuted zużytych i opadowych
Cele kanalizacji na terenach zurbanizowanych (osadniczych) to [1 2 3]
1) Utrzymanie warunkoacutew higienicznych (czyli sanitarnych) przez zbieranie i odprowadzanie
ściekoacutew do oczyszczalni gdzie następuje ich unieszkodliwienie
2) Zapobieganie szkodom związanym z zalewaniem bądź podmakaniem terenoacutew i obiektoacutew
3) Zapewnienie przejezdności powierzchni komunikacyjnych np jezdni przejść pieszych w
tym podziemnych (woda co najwyżej do poziomu krawężnikoacutew)
Utrzymanie warunkoacutew higienicznych (cel 1) jest głoacutewnym i pierwotnym celem
kanalizacji jednostek osadniczych Problemy higieniczne wynikają głoacutewnie z obecności
zanieczyszczeń mikrobiologicznych w składzie ściekoacutew bytowo-gospodarczych związanych
z życiem i działalnością ludzi a także niekorzystnego wpływu na środowisko w tym na
trwałość kanałoacutew składu fizyczno-chemicznego ściekoacutew przemysłowych
Cele 2 i 3 dotyczą zwłaszcza woacuted opadowych tj deszczowych i roztopowych Z
punktu widzenia ochrony środowiska wody opadowe zbierane kanalizacją z uszczelnionych
powierzchni terenoacutew zurbanizowanych są ściekami Roacutewnolegle do postulatu sanitarnego
cele te zyskały na znaczeniu wraz ze wzrostem gęstości i wartości zabudowy oraz
intensyfikacji wykorzystywania powierzchni terenoacutew na cele komunikacyjne
Co nas czeka w przyszłości - kilka faktoacutew i prognoz [2]
TEZA Wzrost średniej rocznej temperatury powietrza wywołuje zwiększoną cyrkulację
wody w cyklu hydrologicznym i nasilenie się występowania ekstremalnych zjawisk
pogodowych jak susze powodzie trąby powietrzne
DOWODY
bull W Warszawie na przestrzeni 232 lat (1779-2010) zarejestrowano wzrost temperatury
powietrza o 16oC (tj 007oC na dekadę)
- wg VI Raport Rządowy RP dla Konferencji Stron Ramowej Konwencji NZ w sprawie zmian klimatu
Warszawa 2013
bull Globalny wzrost temperatury w latach 1960-2005 wynioacutesł 074oC (016oC na dek)
- wg IPCC 2007 The Physical Science Basis Cambridge University Press
bull Na przestrzeni 50 lat (1960-2009) we Wrocławiu nastąpił wzrost intensywności opadoacutew
średnio o około 13 przy malejącym trendzie rocznych sum wysokości
- wg Kaźmierczak B Kotowski A Trendy zmian wysokości i intensywności opadoacutew maksymalnych do
modelowania kanalizacji we Wrocławiu Gaz Woda i Technika Sanitarna 2013 nr 5
PROGNOZY ndash na przyszłość
bull Według prognoz IPCC - opartych na globalnym modelu klimatu w bieżącym stuleciu
temperatura powietrza może się podnieść o dalsze 17oC do nawet 44oC a na każdy
stopień wzrostu temperatury szacuje się globalnie ok 7 wzrost intensywności opadoacutew
- wg Landerink G Meijgaard EV Increase in hourly precipitation extremes beyond expectations from
temperature changes Nature Geosci 2008
KANALIZACJA I
5
bull W bieżącym (XXI) stuleciu poziom moacuterz i oceanoacutew może się podnieść nawet o 10 m -
co zagraża już zalaniem znacznych powierzchni przybrzeżnych
- wg IPCC 2014 Impacts Adaptation and Vulnerability Cambridge University Press
bull Z powodu ocieplenia klimatu zmieni się istotnie struktura opadoacutew w Polsce - w
projekcji na lata 2071-2100 - biorąc za podstawę okres 1951-2009 (wg modelu
klimatycznego dla Europy HadRM3-PRECIS)
- wg Pińskwar I Projekcje zmian w ekstremach opadowych w Polsce Monografia Komitetu Gospodarki
Wodnej Polskiej Akademii Nauk Warszawa 2010
Wspoacutełczesne standardy odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych
Niezawodność działania systemoacutew kanalizacji deszczowej czy ogoacutelnospławnej nie jest
w pełni możliwa do osiągnięcia ze względu na losowy charakter opadoacutew Dążyć należy zatem
do bezpiecznego ich wymiarowania tj gwarantującego osiągnięcie wspoacutełcześnie
wymaganego standardu odwodnienia terenoacutew ktoacutery definiuje się jako przystosowanie
systemu do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych) strumieni woacuted opadowych z
częstością roacutewną dopuszczalnej (akceptowalnej społecznie) częstości wystąpienia wylania
na powierzchnię terenu (tab 11) ndash także w przyszłości [1 2 3]
Tab 11 Zalecane częstości projektowe deszczu obliczeniowego i dopuszczalne częstości wystąpienia
wylania wg PN-EN 7522008 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Rodzaj zagospodarowania terenu
- standard odwodnienia terenu
Częstość wystąpienia
wylania
[1 raz na C lat]
1 na 1 I Tereny pozamiejskie 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
Polska norma - zharmonizowana z europejską normą PN-EN 752 z 2008 roku
ogranicza częstość wylewoacutew z kanalizacji do rzadkich powtarzalności ich występowania
1 raz na 10 lat - w przypadku terenoacutew pozamiejskich (wiejskich) oraz
1 raz na 20 30 lub 50 lat dla terenoacutew miejskich - odpowiednio do rodzaju
zagospodarowania przestrzennego terenu ndash standardu odwodnienia terenu (tab 11)
Najnowsza wersja normy PN-EN 752 z 2017 roku zaleca już roacuteżnicowanie
dopuszczalnej częstości wylewoacutew z kanałoacutew w siedmiostopniowej skali wpływu zagrożenia
na środowisko - dla przykładowo zdefiniowanych lokalizacji (tab 11a) W szczegoacutelności
dopuszcza częstsze wylewy ndash na terenach pozamiejskich (C le 10 lat) ale także rzadsze
wylewy - na terenach mieszkaniowych (dla budynkoacutew podpiwniczonych C = 30 lat)
Tab 11a Kryteria zagrożeń oraz dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew wg PN-EN 7522017
Stopień zagrożenia Przykładowe lokalizacje terenoacutew Częstość wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Bardzo mały Drogi lub otwarte przestrzenie z dala od budynkoacutew 1
Mały Tereny rolnicze w zależności od wykorzystania (np
pastwiska grunty orne) 2
Mały do średniego Otwarte przestrzenie wykorzystane do celoacutew publicznych 3
Średni Drogi lub otwarte przestrzenie w pobliżu budynkoacutew 5
Średni do wysokiego Zalania zamieszkanych budynkoacutew z wyłączeniem piwnic 10
Wysoki Głębokie zalania zamieszkanych piwnic lub przejazdoacutew
pod ulicami 30
Bardzo wysoki Infrastruktura krytyczna 50
KANALIZACJA I
6
Do projektowania nowych systemoacutew kanalizacyjnych cytowane normy (PN-EN
75220082017) zalecają przyjmowanie następujących częstości deszczu obliczeniowego
1 raz na rok - dla terenoacutew pozamiejskich
1 raz na 2 5 lub 10 lat dla terenoacutew miejskich
- przy czym nie mogą występować woacutewczas żadne przeciążenia w działaniu systemoacutew
grawitacyjnych (np praca pod ciśnieniem) co jest roacutewnoznaczne z projektowaniem kanałoacutew
na niecałkowite wypełnienia
Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do projektowania odwodnień droacuteg - wg
Rozporządzenia MTiGM z 1999 r podano w tabeli 12
Tab 12 Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do projektowania
odwodnień droacuteg w Polsce - wg Rozporządzenia MTiGM1999
Rodzaj ndash klasa drogi
Częstości projektowe
opadoacutew deszczu
[1 raz na C lat]
Lokalna (L) dojazdowa (D) 1 na 1
Głoacutewna (G) zbiorcza (Z) 1 na 2
Głoacutewna ruchu przyspieszonego (GP) 1 na 5
Autostrada (A) ekspresowa (S) 1 na 10
Ustalenie związku pomiędzy częstością deszczu obliczeniowego i częstością wylania
nie jest jednak możliwe do uogoacutelnienia zwłaszcza na etapie projektowania kanalizacji
Pomocne okazują się tutaj zalecenia niemieckie wg DWA-A 118 z 2006 r wprowadzające
pojęcie częstości nadpiętrzenia do poziomu terenu do obliczeń sprawdzających przy pomocy
modelowania hydrodynamicznego przez co staje się możliwe wyznaczenie stanu
przeciążenia ktoacutery jest najbliższy potencjalnie występującemu w dalszej kolejności wylaniu
Tab 13 Dopuszczalne częstości nadpiętrzenia do obliczeń sprawdzających nowoprojektowanych
bądź modernizowanych systemoacutew kanalizacyjnych wg DWA-A 1182006
Rodzaj zagospodarowania terenu Częstość nadpiętrzenia
[1 raz na C lat]
Tereny wiejskie 1 na 2
Tereny mieszkaniowe 1 na 3
Centra miast tereny usług i przemysłu rzadziej niż 1 na 5
Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp rzadziej niż 1 na 10
Wymiarowanie kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej w Polsce napotyka na
podstawową trudność wynikającą z braku wiarygodnego modelu opadoacutew do określania
miarodajnego natężenia deszczu Dotychczas stosowany wzoacuter Błaszczyka - oparty na opadach
z przełomu XIX i XX wieku (zarejestrowanych przeszło100 lat temu) zaniża bowiem wyniki
obliczeń obecnych natężeń deszczy o rząd 40 Ponadto stosowana dotychczas w Polsce
tzw metoda granicznych natężeń (MGN) dodatkowo redukuje strumień spływu woacuted
opadowych (Qm) w stosunku do innych metod - stosowanych przykładowo w Niemczech
(MWO i MZWS) - w podobnych warunkach hydrologicznych Roacuteżnice obliczanych strumieni
Qm sięgają nawet 100 - na niekorzyść MGN Metoda ta wymagała więc pilnej modyfikacji
co zostało zaproponowane w podręcznikach [1 2 3]
Systemy kanalizacyjne projektowane są zwykle na perspektywę minimum 50divide100 lat Z
powodu systematycznego ocieplania się klimatu w przyszłości wystąpi jeszcze więcej
ekstremalnych zjawisk opadowych prowadzących do tzw powodzi miejskich [2] ktoacutere
powodować będą jeszcze większe niż obecnie straty gospodarcze i społeczne (fot 1divide4)
Uwzględnienie tych prognoz w perspektywie 2100 roku jest niezbędne już dzisiaj do
bezpiecznego wymiarowania wspoacutełcześnie budowanych systemoacutew odwodnień terenoacutew
KANALIZACJA I
7
Fot 1 Warszawa - Trasa Toruńska w dn 9062013 r (httpkontakt24tvn24pl)
Fot 2 Gdańsk - Wrzeszcz w dn 25062013 r (httpnaszafotografiapl)
Fot 3 Wrocław ul Legnicka w dn 27052014 r (httpwwwgazetawroclawskapl)
STAN PRAWNY PROJEKTOWANIA KANALIZACJI w POLSCE
Zgodnie Ustawą z 12 września 2002 roku o normalizacji (Dz U Nr 169 poz 1386)
stosowanie Polskich Norm (PN) jest bdquodobrowolnerdquo podobnie też norm europejskich (EN) w
tym zharmonizowanych (PN-EN) a także norm międzynarodowych (ISO) Rangę prawną
mają ustawy czy rozporządzenia do ustaw Ustawa z 2002 roku dostosowała więc krajową
normalizację do reguł europejskiego systemu prawnego (UE) Dla projektantoacutew
wykonawcoacutew czy eksploatatoroacutew obiektoacutew budowlanych branży sanitarnej (i nie tylko) od
lat przyzwyczajonych do obowiązkowego stosowania polskich norm (w tym branżowych)
jest to istotna zmiana Normy nie są obecnie aktami prawnymi Oznacza to tyle że należy je
traktować jako źroacutedło przepisoacutew pozaprawnych na roacutewni np z aktualnymi wytycznymi
technicznymi projektowania (WTP) czy też publikowanymi wynikami z prac badawczych ndash
odnośnie np nowych metod wymiarowania kanalizacji [1 2 3]
Obecny stan prawny nakłada więc na projektantoacutew i wykonawcoacutew obiektoacutew
budowlanych większą odpowiedzialność tym obowiązek bezpiecznego wymiarowania i
starannego wykonywania inwestycji ndash zgodnie ze sztuką budowlaną wynikającą z najlepszej
dostępnej wiedzy technicznej (BAT ndash Best Available Techniques BMP ndash Best Menagment
Practices LID ndash Law Impact Development ZWT ndash Zasad Wiedzy Technicznej) Idea ta
znajduje zastosowanie w podręcznikach [1 2 3] w odniesieniu do nowych zasad i metod
KANALIZACJA I
8
wymiarowania systemoacutew odwodnień terenoacutew ndash w duchu zaleceń normy PN-EN 752
dostosowanej do postulatu Europejskiego Komitetu Normalizacji (CEN) - ujednolicenia
poziomu wymagań co do ochrony terenoacutew zurbanizowanych przed wylewami z systemoacutew
kanalizacyjnych w państwach UE Uwzględniono przy tym najnowsze branżowe wytyczne
Niemieckiego Stowarzyszenia Gospodarki Wodnej Ściekowej i Odpadowej wg ATV-A 110
DWA-A 117 i DWA-A 118 czy też zalecenia Krajowego Urzędu ds Środowiska Bawarii wg
Merkblatt Nr 433 i Merkblatt Nr 439
Na podstawie doniesień literaturowych odnośnie prognozowanego wzrostu
intensywności opadoacutew w perspektywie 2100 roku zaproponowano podjęcie już dzisiaj
odpowiednich działań zaradczych w tym zaprezentowano scenariusze opadoacutew do
modelowania przeciążeń kanałoacutew w przyszłości ndash stosowane już w wielu krajach
europejskich - dla zachowania obecnych standardoacutew odwodnień terenoacutew (tab 11divide13) także
w przyszłości
W II wydaniu podręcznika Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenoacutew
(z 2015 r) przedstawiono aktualne podstawy bezpiecznego projektowania grawitacyjnych
systemoacutew (tj sieci i obiektoacutew) kanalizacyjnych w Polsce
tom I dotyczy metod wymiarowania sieci kanalizacyjnych [2]
tom II ndash dotyczy obiektoacutew specjalnych takich jak przelewy burzowe separatory
strumieni objętości zbiorniki retencyjne regulatory hydrodynamiczne czy separatory
sedymentacyjno-flotacyjne [3]
W celu ułatwienia percepcji treści II wydania książki ndash w prezentowanych notatkach
do wykładoacutew zachowano oryginalną numerację rysunkoacutew tabel i wzoroacutew jak w [2 3]
(Wydaw Seidel-Przywecki Warszawa 2015) - dostępne na
wwwandrzejkotowskipl
II wydanie książki zawiera uaktualnienie i rozszerzenie treści - względem I wydania z
2011 r [1] min o
charakterystykę niekonwencjonalnych systemoacutew kanalizacyjnych
zagrożenia dla infrastruktury miast wywoływane zmianami klimatu w przyszłości
zasady kalibracji i walidacji modeli hydrodynamicznych zjawiska opad-odpływ
przykłady modelowania przeciążeń hydraulicznych w kanalizacji deszczowej
zasady projektowania i metody wymiarowania przepompowni sieciowych ściekoacutew
najnowsze wytyczne techniczne wymiarowania (WTW) systemoacutew kanalizacyjnych
bezpieczną metodę obliczania objętości użytkowej zbiornikoacutew retencyjnych ściekoacutew
Podręczniki [1 2 3] adresowane są do studentoacutew i pracownikoacutew naukowych wyższych
uczelni technicznych i rolniczych a także do projektantoacutew wykonawcoacutew i eksploatatoroacutew
systemoacutew usuwania ściekoacutew oraz zagospodarowania spływoacutew woacuted deszczowych miast i
gmin
2 OGOacuteLNA CHARAKTERYSTYKA SYSTEMOacuteW
KANALIZACYJNYCH
21 RYS HISTORYCZNY ROZWOJU KANALIZACJI
Bliski Wschoacuted Na najstarsze ślady starożytnych przewodoacutew wodnych natrafiono w
Syrii (dawniej Asyria) gdzie już ok 3500 lat pne w miejscowości Habuba Kabira nad
brzegiem Eufratu istniała rozwinięta cywilizacja Znaleziono tam ślady przewodoacutew o
przekroju kołowym z rur ceramicznych (łączonych na bdquobosy koniec-kielichrdquo) lub
prostokątnym układanych z kamieni i cegieł doprowadzających wodę pitną bądź
odprowadzających wody opadoweścieki (rys 21)
KANALIZACJA I
9
Rys 21 Historyczne sposoby budowy przewodoacutew i kanałoacutew wodnych
Historia budowy i rozwoju systemoacutew odwodnień terenoacutew (kanalizacji) sięga 3000 lat
przed narodzeniem Chrystusa Przykładowo w Babilonie stosowano już woacutewczas drenaże i
studnie chłonne do odprowadzania woacuted deszczowych z dachoacutew czy utwardzonych placoacutew i
ulic do gruntu
W Egipcie w grobowcu z ok 2700 r pne w miejscowości Saqquara przy ujściu Nilu
odkryto pierwszą bdquotoaletęrdquo ndash bdquoprzeznaczonąrdquo dla zmarłych Około roku 2500 r pne w
miastach Mezopotamii budowane były już pierwsze sieci kanałoacutew do odprowadzania ściekoacutew
z toalet domowych spłukiwanych wodą - do dołoacutew kloacznych Kanały były budowane z rur
miedzianych
Europa Początki rozwoju systemoacutew kanalizacyjnych w starożytnym Rzymie sięgają
VIII do VII wieku pne Około 610 roku pne zaczęto budować głoacutewny kanał ściekowy
zwany bdquoCloaca Maximardquo ktoacutery funkcjonuje do dzisiaj (wymiar odcinka końcowego 31541
m) Początkowo służył do odprowadzania woacuted deszczowych a poacuteźniej i ściekoacutew bytowych
Retencjonowano też wody deszczowe w zbiornikach zwanych cysternami Powstanie
nowoczesnych systemoacutew kanalizacyjnych w Europie - z oczyszczaniem ściekoacutew włącznie
wiązało się z tzw rewolucją przemysłową i burzliwym rozwojem miast w w XIX wieku
Wybuch epidemii cholery w 1831 r zdecydowanie przyspieszył ten proces
Polska Początki rozwoju kanalizacji na ziemiach polskich sięgają XIV wieku ndash
Gdańsk Krakoacutew Kamieniec Bolesławiec Reszel i inne Przykładowo na Dolnym Śląsku w
Bolesławcu od 1531 roku ścieki komunalne odprowadzane były nie do rzeki Boacutebr lecz na
łąki w celu ich rolniczego wykorzystania (naturalny nawoacutez) a jednocześnie
unieszkodliwiania (oczyszczania) System eksploatowany był do początku XX wieku W
Reszlu natomiast pozostają nadal w eksploatacji kanały bdquokrzyżackierdquo stanowiące istotny
element systemu kanalizacyjnego miasta Pierwsze bdquokompleksowerdquo systemy kanalizacyjne na
ziemiach polskich powstały w Gdańsku (1871) we Wrocławiu (1881-90) i w Warszawie
(1900 - inż Lindley) Zaczęto też wprowadzać coraz powszechniej w większych miastach
tzw klozety wodne - bdquoWCrdquo
Jak uczy historia cywilizacji powinniśmy dążyć wspoacutełcześnie do projektowania i
budowy systemoacutew kanalizacyjnych w taki sposoacuteb - stosując odpowiednie metody
obliczeniowe oraz materiały i technologie - aby mogły one sprawdzać się w działaniu za 100 i
więcej lat
22 RODZAJE I POCHODZENIE ŚCIEKOacuteW
Ścieki - definiowane jako wody zużyte odprowadzane przez kanalizację zbierane są z
gospodarstw domowych (budownictwo jedno- i wielorodzinne)
obiektoacutew użyteczności publicznej i zakładoacutew usługowych (biur urzędoacutew instytucji
szkoacuteł szpitali sklepoacutew myjni pralni basenoacutew kąpielowych itp)
zakładoacutew przemysłowych i rzemieślniczych
Ścieki powstają w wyniku wykorzystania wody wodociągowej lub z własnych ujęć na
cele
spłukiwania fekalioacutew - w ubikacjach (WC)
higieniczne - związane z myciem się kąpielami itp
KANALIZACJA I
10
gospodarcze - związane z praniem bielizny przygotowywaniem posiłkoacutew
utrzymaniem czystości pomieszczeń itp
technologiczno-produkcyjne - związane z przetwarzaniem surowcoacutew wytwarzaniem
żywności produkcją wyroboacutew itp
Ze względu na skład fizyko-chemiczny ścieki można podzielić na
ścieki bytowo-gospodarcze nazywane też bytowymi (a w żargonie inżynierskim
bdquosanitarnymirdquo) pochodzące z gospodarstw domowych zakładoacutew usługowych i
obiektoacutew użyteczności publicznej
ścieki przemysłowe zwane też poprodukcyjnymi pochodzące z zakładoacutew
przemysłowych i rzemieślniczych
Odrębne grupy stanowią
ścieki opadowe (deszczowe i roztopowe) pochodzące z opadoacutew deszczu bądźi
topnienia śniegu czy lodu - spłukujące zanieczyszczenia z uszczelnionych powierzchni
zlewni po okresach tzw suchej pogody (pogody bezopadowej bezdeszczowej)
ścieki ogoacutelnospławne (komunalne) będące najczęściej mieszaniną ściekoacutew bytowo-
gospodarczych przemysłowych woacuted podziemnych (infiltrujących do kanałoacutew przez
nieszczelności) oraz ściekoacutew opadowych
23 KLASYFIKACJA SYSTEMOacuteW USUWANIA ŚCIEKOacuteW
Kanalizacja to zespoacuteł urządzeń - czyli system (sieci i obiekty) do zbierania i
odprowadzania ściekoacutew i woacuted opadowych z terenoacutew zurbanizowanych i przemysłowych do
oczyszczalni gdzie następuje ich unieszkodliwienie Elementy składowe systemu
kanalizacyjnego jako całości to [1 2]
kanalizacja wewnętrzna (instalacje wewnętrzne) - w budynkach z przyborami
sanitarnymi (WC wanny umywalki natryski wpusty podłogowe itp)
kanalizacja zewnętrzna
sieć osiedlowa lub zakładowa (komunalna prywatna wspoacutelnotowa)
sieć zbiorcza miejska (komunalna)
specjalne obiekty sieciowe (pompowanie zbiorniki retencyjne przelewy burzowe
separatory syfony)
oczyszczalnie ściekoacutew
Kanalizację zewnętrzną można podzielić według następujących kryterioacutew
A Strumienia odprowadzanych ściekoacutew
pełna - wszystkie rodzaje ściekoacutew
częściowa - np tylko ścieki bytowo-gospodarcze
mieszana - fragmentami pełnaczęściowa
B Zasięgu terytorialnego
lokalna - osiedlowa zakładowa wspoacutelnotowa
miejska - całe miasto
grupowa - kilka miast wsi
C Konstrukcji kanałoacutew
kryta - podziemna
otwarta - powierzchniowa (rowy koryta)
mieszana
D Sposobu przepływu ściekoacutew
grawitacyjna
KANALIZACJA I
11
ciśnieniowa (pneumatyczna lub hydrauliczna)
podciśnieniowa (proacuteżniowa)
mieszana
E Rodzaju odprowadzanych ściekoacutew
bytowo-gospodarcza (ściekowa w żargonie bdquosanitarnardquo)
przemysłowa
deszczowa
ogoacutelnospławna (wszystkie rodzaje ściekoacutew)
F Funkcjonowania systemu
ogoacutelnospławna (jednoprzewodowa)
rozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa)
poacutełrozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa)
bezodpływowa (szamba i wozy asenizacyjne)
odciążona (szamba i sieć zbiorcza)
mieszana (fragmentami roacuteżna sieć)
Budowane obecnie systemy usuwania ściekoacutew można ogoacutelnie podzielić na
konwencjonalne - o grawitacyjnym przepływie ściekoacutew
niekonwencjonalne - o przepływie wymuszonym pod- bądź nadciśnieniem
mieszane - fragmentami konwencjonalne i niekonwencjonalne
Rys 22 Generalny podział systemoacutew kanalizacyjnych - ze względu na przepływ ściekoacutew
Rys 23 Szczegoacutełowy podział systemoacutew kanalizacyjnych - ze względu na warunki działania
Kanalizacja Konwencjonalna (tradycyjna)
Niekonwencjonalna
(specjalna)
Mieszana
oparta na grawitacyjnym przepływie
ściekoacutew - ze swobodną powierzchnią
przy ciśnieniu barometrycznym
oparta na wymuszonym przepływie
ściekoacutew - podciśnieniem bądź
nadciśnieniem
fragmentami kanalizacja
konwencjonalna i fragmentami niekonwencjonalna
Kanalizacja
konwencjonalna
Grawitacyjna Grawitacyjno-
pompowa
Kanalizacja niekonwencjonalna
Nadciśnieniowa (tłoczna)
Podciśnieniowa
(proacuteżniowa)
Pneuma-
tyczna Hydrauliczna
(pompowa)
Dwu
przewo-
dowa
Jedno
przewo-
dowa
KANALIZACJA I
12
24 KANALIZACJA KONWENCJONALNA
Kanalizacja grawitacyjna tj działająca pod wpływem siły ciążenia stosowana jest
powszechnie od zarania rozwoju inżynierii sanitarnej Grawitacyjne systemy usuwania
ściekoacutew stają się w chwili obecnej rozwiązaniem coraz bardziej kosztownym zwłaszcza w
płaskim terenie o rozległej i luźnej zabudowie rozwijających się wciąż aglomeracji miast
Wynika to min ze znacznych kosztoacutew budowy kanałoacutew - na głębokościach dochodzących
nawet do 6divide8 m Przykładowo dla minimalnego spadku dna kanału imin = 1permil wymagane
przegłębienie kanału wynosi 1 m na 1 km długości
Rys 24 Schemat (a) i profil (b) kanalizacji grawitacyjnej z pompownią pośrednią
(kanalizacja grawitacyjno-pompowa)
W dążeniu do zmniejszenia kosztoacutew budowy kanalizacji zaczęto już na przełomie XIX i
XX wieku stosować pośrednie pompownie ściekoacutew wyposażone początkowo w pompy
tłokowe z napędem parowym następnie gazowym (ok 1900 r) i elektrycznym (1920) ktoacutere
umożliwiły podniesienie dna kanału za pompownią do rzędnej wynikającej z możliwego -
minimalnego zagłębienia kanału (rys 24) Pośrednie pompownie ściekoacutew nie zmniejszają
jednak w zasadniczy sposoacuteb kosztoacutew budowy systemoacutew grawitacyjno-pompowych a to
głoacutewnie ze względu na fakt że same są drogie w budowie i eksploatacji Z tych też
względoacutew kanalizacja konwencjonalna należy do najdroższych elementoacutew infrastruktury
podziemnego uzbrojenia terenoacutew zurbanizowanych (miejsko-przemysłowych)
Na terenach wiejskich o luźnej zabudowie przy kryterium gęstości zaludnienia
mniejszej od 120 mieszkańcoacutew na km sieci przyjętym w Polsce (a w Europie lt 150
mieszkańcoacutew na km) stosowane są nadal bezodpływowe zbiorniki ściekoacutew (szamba)
oproacuteżniane wozami asenizacyjnymi bądź też budowane są oczyszczalnie bdquonaturalnerdquo - z
drenażem rozsączającym ścieki do gruntu Obecnie ciecz nadosadową z szamb proponuje się
odprowadzać tzw odciążoną - małośrednicową (do 100 mm) kanalizacją grawitacyjną do
lokalnych oczyszczalni ściekoacutew bądź też stosować kanalizację niekonwencjonalną
nadciśnieniową lub podciśnieniową [1 2] Układy takie wymagają jednak częstego płukania
kanałoacutew w tym wodą z hydrantoacutew pożarowych Ogoacutelnie są drogie w eksploatacji
25 KANALIZACJA NIEKONWENCJONALNA
Już na początku XX wieku w oparciu o nowe możliwości techniczne zaczęły pojawiać
się roacuteżnego rodzaju koncepcje konstruowania sieci kanalizacyjnych o przepływie
wymuszonym - w przewodach zamkniętych z wykorzystaniem nad- lub podciśnienia jako
KANALIZACJA I
13
czynnikoacutew do transportu ściekoacutew Praktycznie możliwość stosowania kanalizacji
ciśnieniowej (tzw tłocznej) bądź podciśnieniowej (tzw proacuteżniowej) zaistniała dopiero z
końcem lat sześćdziesiątych dzięki opracowaniu na zachodzie Europy i w USA konstrukcji
małych i niezawodnych urządzeń do usuwania ściekoacutew łącznie z zawartymi w nich ciałami
stałymi Urządzenia te instalowane na poszczegoacutelnych posesjach usuwają okresowo
zbierane w zbiornikach ścieki do przewodu kanalizacyjnego ułożonego na niewielkiej
głębokości Dostępność tych urządzeń powoduje że kanalizacja niekonwencjonalna staje się
coraz częściej rozwiązaniem alternatywnym do układoacutew konwencjonalnych (grawitacyjnych)
Zastosowanie kanalizacji niekonwencjonalnej uzasadnione jest zwłaszcza gdy
spadek terenu jest bliski zeru
występuje wysoki poziom woacuted podziemnych
są trudne warunki fundamentowe (np podłoże skaliste)
zabudowa ma charakter pasmowy o małej gęstości zaludnienia
odpływ ściekoacutew jest sezonowy (kempingi)
Kanalizacja niekonwencjonalna ma następujące zalety
lepiej spełnia warunki sanitarne i zasady ochrony środowiska bowiem ze względu na
wymaganą szczelność przewodoacutew kanalizacyjnych wykluczona jest zaroacutewno
eksfiltracja ściekoacutew do gruntu jak i infiltracja woacuted podziemnych do kanałoacutew co
prowadzi do zmniejszenia wymiaroacutew i kosztoacutew oczyszczalni ściekoacutew
możliwe jest płytkie układanie przewodoacutew ściekowych - bdquoroacutewnoleglerdquo do powierzchni
terenu (na głębokościach poroacutewnywalnych z przewodami wodociągowymi) co
przyczynia się do znacznego skroacutecenia czasu i kosztoacutew realizacji inwestycji (poprzez
zmniejszanie objętości roboacutet ziemnych eliminację odwodnienia wykopoacutew itp)
uzyskuje się dość istotne zmniejszenie średnic kanałoacutew (przewodoacutew ściekowych)
wskutek większych prędkości przepływu (pełnym przekrojem) co przyczynia się do
zmniejszenia kosztoacutew budowy sieci
łatwe jest rozwiązywanie kolizji z innymi instalacjami uzbrojenia podziemnego terenu
(analogicznie jak w przypadku sieci wodociągowej)
strumień ściekoacutew w stosunku do kanalizacji konwencjonalnej (grawitacyjnej)
zmniejsza się nawet o 50 wskutek min braku infiltracji woacuted podziemnych oraz
woacuted deszczowych z tzw dzikich (lub błędnych) podłączeń czy też dopływających
przez otwory wentylacyjne we włazach studzienek
Kanalizacja niekonwencjonalna ma roacutewnież wady w stosunku do tradycyjnego -
grawitacyjnego sposobu odprowadzania ściekoacutew mianowicie
większą zawodność działania ze względu na możliwość awarii elementoacutew
mechanicznych i elektrycznych w tym automatyki mogących prowadzić do skażenia
środowiska
konieczność ciągłego i niezawodnego dostarczania zmiennego w czasie strumienia
energii elektrycznej
konieczność dokonywania regularnych przeglądoacutew i konserwacji urządzeń przez
wykwalifikowanych pracownikoacutew - generalnie znacznie droższa w eksploatacji
Ponadto kanalizacja niekonwencjonalna ma jak dotychczas ograniczony zasięg
działania limitowany min
wysokością ciśnienia w sieci ndash w praktyce do 04 MPa w przypadku systemu
tłocznego co ogranicza jego zastosowanie do dzielnic mieszkaniowych czy zakładoacutew
wysokością podciśnienia w sieci ndash w praktyce do 006 MPa w przypadku systemu
proacuteżniowego co ogranicza jego zasięg działania do ok 2 km wokoacuteł centralnej stacji
proacuteżniowej (CSP) i liczbę mieszkańcoacutew objętych systemem do ok 1500 Mk
KANALIZACJA I
14
251 CHARAKTERYSTYKA KANALIZACJI CIŚNIENIOWEJ
Częściej stosowana jest obecnie kanalizacja nadciśnieniowa zwana potocznie
ciśnieniową składa się z
wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych (w budynkach)
urządzeń zbiornikowo-tłocznych typu pneumatycznego bądź hydraulicznego
(pompowego)
ciśnieniowych przyłączy domowych i przewodoacutew sieci zewnętrznych
pneumatycznych stacji do płukania bądź przewietrzania przewodoacutew (PSP)
oczyszczalni ściekoacutew
Rys 25 Schematy ideowe kanalizacji ciśnieniowej typu pompowego (po lewej) oraz typu
pneumatycznego (po prawej) a) sytuacja terenowa b) profil podłużny
Wewnętrzne instalacje kanalizacyjne budowane są analogicznie jak w kanalizacji
konwencjonalnej (grawitacyjnej) Elementem dodatkowym jest często osobny przewoacuted
wentylacyjny wyprowadzony ponad połać dachową służący do na- i odpowietrzania
urządzenia zbiornikowo-tłocznego
Urządzenia zbiornikowo-tłoczne pełnią funkcję miniaturowych pompowni ściekoacutew
co zgodnie z ideą kanalizacji ciśnieniowej umożliwia ich stosowanie nawet w najmniejszych
obiektach - budynkach jednorodzinnych Urządzenia te mogą być instalowane zaroacutewno w
piwnicach budynkoacutew jak i na zewnątrz bezpośrednio w gruncie z zachowaniem
odpowiedniego przykrycia gruntem (rys 25) Produkowane obecnie zblokowane urządzenia
zbiornikowo-tłoczne mają rozmaite rozwiązania konstrukcyjne spośroacuted ktoacuterych można
wyroacuteżnić 2 zasadnicze typy
pneumatyczne - oparte na zasadzie wytłaczania ściekoacutew sprężonym powietrzem z
ciśnieniowego zbiornika zamkniętego
hydrauliczne (pompowe) - wyposażone w pompę śrubową sprzęgniętą wspoacutelnym
wałem z rozdrabniarką umieszczone w zbiorniku - bezciśnieniowym
Niezależnie od konstrukcji urządzenia zbiornikowo - tłoczne umieszcza się poniżej
wylotu wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych dla umożliwienia ich grawitacyjnego
napełniania się Urządzenia te pracują okresowo a czynnikiem sterującym ich działanie jest
poziom ściekoacutew w zbiorniku wyroacutewnawczym W kanalizacji ciśnieniowej stosuje się też
pompownie ściekoacutew budowane według klasycznych schematoacutew - wyposażone w pompy
zatopione w ściekach o konstrukcji odpornej na zapychanie się (wirniki odpowiedniego
KANALIZACJA I
15
kształtu kraty bądź kosze na zanieczyszczenia na dopływie) bądź też wyposażone w
rozdrabniarki Ostatnio zaleca się do stosowania tzw tłocznie ściekoacutew tj pompownie
ściekoacutew zblokowane z urządzeniami do separacji ciał stałych (tzw pompownie sitowe)
Transport zanieczyszczeń grubo dyspersyjnych typu włoacuteknistego (np tekstylia
produkty stosowane do wyroboacutew środkoacutew higieny osobistej) stwarza problemy
eksploatacyjne ndash zapychanie się wirnikoacutew pomp prowadzące do awarii W tłoczniach
ściekoacutew bytowo-gospodarczych na dopływach do zbiornikoacutew retencyjnych pomp instaluje
się osadniki wyposażone w kraty i zawory zwrotne w celu niedopuszczania do pomp
zanieczyszczeń grubych Do zbiornikoacutew retencyjnych pomp dopływają tylko bdquopodczyszczone
ściekirdquo ktoacutere są następnie wytłaczane przez pompy a tłoczone ścieki przepływają przez
osadnik i płuczą go z zanieczyszczeń grubo dyspersyjnych (zwykle brak zagniwania ściekoacutew
w zbiorniku retencyjnym pompowni) Przykład tłoczni ściekoacutew podano na rysunku 251
Rys 251 Przykładowa tłocznia ściekoacutew (1 - pompa 2 ndash złącze 3 ndash prowadnice montażowe pompy
4 - krata 5 ndash dopływ ściekoacutew 6 - zawoacuter zwrotny kulowy 7 ndash osadnik 8 ndash kolano rewizyjne 9 ndash
przewoacuted tłoczny 10 ndash klapa zwrotna)
Studnie zbiorcze pompowni czy też tłoczni ściekoacutew powinny mieć odpowiednią
pojemność buforową na wypadek zaniku zasilania elektrycznego lub awarii pomp Wg ATV
A-116 pojemność ta wynosić powinna co najmniej 30 dm3 na mieszkańca i dobę
Sieć ciśnieniowych przewodoacutew kanalizacyjnych budowana jest z założenia jako
rozgałęźna Stosowane są roacutewnież układy z pozoru bdquoobwodowe - pierścieniowerdquo ktoacutere
umożliwiają jedynie okresową zmianę kierunku przepływu ściekoacutew co zwiększa
niezawodność systemu Zmiany kierunku przepływu ściekoacutew odbywają się okresowo
poprzez zamykanie i otwieranie odpowiednich zasuw działowych Tak więc z pozoru sieć
bdquopierścieniowardquo jest tutaj nadal siecią rozgałęźną ndash sterowaną (rys 25)
Pneumatyczne stacje płuczące (PSP) Doświadczenia wskazują na celowość
instalowania na końcoacutewkach sieci bądź w tzw węzłach newralgicznych urządzeń
płuczących ndash zwykle przedmuchujących sieć sprężonym powietrzem (kilka razy w ciągu
doby głoacutewnie w godzinach nocnych) Przedmuchiwanie ktoacutere trwa zwykle od 5 do 10 minut
poza tym że usuwa osady oraz skraca czas przebywania ściekoacutew w sieci natlenia je i usuwa
H2S i siarczki PSP wyposażone są w sprężarki (kompresory) ze zbiornikami powietrza
Lokalizuje się je pod ziemią bądź w budynkach wolnostojących
252 CHARAKTERYSTYKA KANALIZACJI PODCIŚNIENIOWEJ
Idee daleko posuniętej oszczędności zużycia wody a także minimalizacji kosztoacutew
oczyszczania ściekoacutew (np na statkach dalekomorskich) doprowadziły do powstania
kanalizacji podciśnieniowej - dwuprzewodowej Oddzielnym przewodem odprowadzane są
KANALIZACJA I
16
ścieki fekalne z WC oraz oddzielnym przewodem pozostałe ścieki - z wanien natryskoacutew
zlewozmywakoacutew itp Zasadą układu dwuprzewodowego jest podział ściekoacutew na silnie
zanieczyszczone ścieki fekalne (z ciałami stałymi) oraz mało stężone pozostałe ścieki i
oddzielne ich oczyszczanie odpowiednio do ich składu wydajnymi technologiami
Podstawową zaletą powyższego systemu jest więc oszczędność wody na spłukiwanie misek
ustępowych
W kanalizacji komunalnej stosowany jest jednoprzewodowy układ (rys 26)
Rys 26 Schemat kanalizacji podciśnieniowej osiedla mieszkaniowego (układ jednoprzewodowy)
Klasyczna miska ustępowa bdquozużywardquo od 5 do 10 litroacutew wody na jedno zadziałanie
zbiornika Miska ustępowa wyposażona w zawoacuter oproacuteżniający - sterowany podciśnieniem
zużywa tylko ok 15 litra wody (i do 100 litroacutew powietrza na zassanie zawartości miski)
Taki układ kanalizacji jest zwłaszcza celowy do zastosowania tam gdzie stosowany jest
podwoacutejny system wodociągowy rozprowadzający wodę o zroacuteżnicowanej jakości Np woda
powstała po uproszczonym oczyszczeniu ściekoacutew - poza fekalnymi używana jest ponownie
np do spłukiwania misek ustępowych
Kanalizację podciśnieniową zwaną potocznie proacuteżniową tworzą następujące elementy
1 Wewnętrzne instalacje kanalizacyjne (w budynkach obiektach)
2 Studzienki zbiorcze z zaworami oproacuteżniającymi
3 Podciśnieniowe przyłącza domowe i przewody sieci zewnętrznych
4 Centralna stacja proacuteżniowa (CSP)
5 Oczyszczalnia ściekoacutew
W kanalizacji podciśnieniowej ścieki są zasysane ze studzienek zbiorczych z zaworami
oproacuteżniającymi do zbiornikoacutew wodno-powietrznych znajdujących się w centralnej stacji
proacuteżniowej (CSP) skąd są następnie odprowadzane (najczęściej hydraulicznie ndash pompowo)
do oczyszczalni ściekoacutew (rys 261)
Rys 261 Schemat ideowy kanalizacji podciśnieniowej (jednoprzewodowej)
KANALIZACJA I
17
O wyborze systemu odprowadzania ściekoacutew powinna decydować każdorazowo analiza
techniczno - ekonomiczna opłacalności inwestycji tj łącznie kosztoacutew budowy i eksploatacji
systemu [1 2]
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania budowy i eksploatacji systemoacutew kanalizacji
niekonwencjonalnej podane zostaną na II stopniu studioacutew (dla specjalności ZWUŚ i ZO)
3 SYSTEMY KANALIZACJI GRAWITACYJNEJ
31 KANALIZACJA OGOacuteLNOSPŁAWNA
311 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI OGOacuteLNOSPŁAWNEJ
Historycznie pierwsze systemy kanalizacyjne były budowane jako ogoacutelnospławne
Obecnie istnieją w najstarszych fragmentach zabudowy miast Wspoacutełcześnie w wyniku
rozbudowy miast nowe fragmenty zabudowy kanalizowane są najczęściej w systemie
rozdzielczym głoacutewnie ze względu na możliwość osiągnięcia wyższej efektywności
oddzielnego oczyszczania ściekoacutew bytowych-gospodarczych przemysłowych i deszczowych
Istota kanalizacji ogoacutelnospławnej to
jednoprzewodowy transport wszystkich rodzajoacutew ściekoacutew do oczyszczalni
konieczność odciążania oczyszczalni ściekoacutew przez przelewy burzowe czy zbiorniki
retencyjne w okresie trwania opadoacutew (strumień ściekoacutew jest woacutewczas nawet kilkadziesiąt
razy większy niż w okresie tzw suchej pogody)
Poniżej podano schematy funkcjonalne grawitacyjnej kanalizacji ogoacutelnospławnej w
skali bdquomikrordquo - pojedynczych budynkoacutew oraz w skali bdquomakrordquo ndash miejscowości (rys 31 i 32)
Rys 31 Schemat funkcjonalny kanalizacji ogoacutelnospławnej - w skali bdquomikrordquo(A)
Pk ndash pion kanalizacyjny wu ndash wpust uliczny R ndash rynna st - studzienka kanalizacyjna
Rys 32 Schemat funkcjonalny kanalizacji ogoacutelnospławnej - w skali bdquomakrordquo
Pb - przelew burzowy zbr - zbiornik retencyjny OŚ- oczyszczalnia ściekoacutew
KANALIZACJA I
18
312 ODCIĄŻENIE HYDRAULICZNE KANALIZACJI OGOacuteLNOSPŁAWNEJ
Do odciążenia hydraulicznego sieci w systemie kanalizacji ogoacutelnospławnej - podczas
trwania intensywnych opadoacutew deszczu stosowane są przelewy burzowe i zbiorniki
retencyjne Schematy ideowe zabudowy takich obiektoacutew przedstawiono na rysunku 33
Przelewy burzowe
Zbiorniki retencyjne
na boczniku
na kolektorze
odpływ awaryjny
Rys 33 Schematy ideowe sposoboacutew odciążeń kanalizacji ogoacutelnospławnej (oraz deszczowej)
Przelewy burzowe na kanalizacji ogoacutelnospławnej budowane są głoacutewnie w celu
zabezpieczenia oczyszczalni ściekoacutew przed przeciążeniem hydraulicznym i spadkiem
sprawności jej działania zwłaszcza części biologicznej i chemicznej podczas pogody
deszczowej
zmniejszenia wymiaroacutew kolektora - za przelewem
Zadaniem hydraulicznym przelewu burzowego jest podział strumienia dopływu Qd
ściekoacutew do obiektu na dwa strumienie
Qo - odpływu do oczyszczalni ściekoacutew (Qo = Qd ndash Qb)
Qb - odpływu kanałem burzowym do odbiornika (Qb = Qd ndash Qo)
w ściśle określonych proporcjach
Wg RMŚ z 2014 r limitowana jest wartość średniej rocznej liczby zadziałań przelewoacutew
burzowych w roku czyli zrzutoacutew ściekoacutew z przelewu do odbiornika ndash dla miast o
roacutewnoważnej liczbie mieszkańcoacutew RLM gt 100 000 [1 2 3] Mianowicie w komunalnej
kanalizacji ogoacutelnospławnej ścieki z przelewoacutew burzowych mogą być odprowadzane do
śroacutedlądowych woacuted powierzchniowych płynących lub przybrzeżnych o ile średnia roczna
liczba zrzutoacutew burzowych z przelewoacutew nie przekracza 10 W aglomeracjach miejskich o
RLM lt 100 000 dopuszcza się zrzuty burzowe gdy w chwili rozpoczęcia działania przelewu
strumień objętości zmieszanych ściekoacutew jest co najmniej czterokrotnie większy od
średniego dobowego strumienia ściekoacutew w okresie pogody bezopadowej (Qśc(pb)) Przelewy
burzowe należy więc projektować na strumień graniczny - odpływu do oczyszczalni [3]
)( ) 1( bpścrpgro QnQQ (31)
gdzie
nrp - początkowe rozcieńczenie ściekoacutew nrp ge 3
KANALIZACJA I
19
Najczęściej stosowane są dwa rodzaje przelewoacutew burzowych
z jednostronną boczną krawędzią przelewową
z dwustronnymi bocznymi krawędziami przelewowymi
Każdy rodzaj przelewu może działać z dławionym (za pomocą rury dławiącej zastawki
czy regulatora wirowego) bądź niedławionym odpływem ściekoacutew (Qo) w kierunku
oczyszczalni Schematy urządzeń do odciążania hydraulicznego kanalizacji ogoacutelnospławnej
za pomocą przelewoacutew burzowych podano na rysunkach 34 35 i 36
Przelew boczny jednostronny
Rys 34 Schemat i przekroacutej poprzeczny jednostronnego bocznego przelewu burzowego
(z niedławionym bądź dławionym strumieniem odpływu Qo do oczyszczalni Qd ndash strumień
dopływu do przelewu Q = Qb - strumień zrzutu burzowego do odbiornika)
Przelew boczny dwustronny
Rys 35 Schemat i przekroacutej poprzeczny dwustronnego bocznego przelewu burzowego
z niedławionym bądź dławionym strumieniem odpływu Qo do oczyszczalni Qd - strumień
dopływu do przelewu Q = Qb - strumień zrzutu burzowego do odbiornika)
Rys 36 Przekroacutej podłużny bocznego przelewu burzowego z rurą dławiącą
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania i wymiarowania przelewoacutew burzowych na
kanalizacji ogoacutelnospławnej - z przykładami obliczeniowymi podane są w II tomie
podręcznika [3] (- w zakresie II stopnia studioacutew - magisterskich)
Zbiorniki retencyjne pełnią podobną funkcję hydrauliczną jak przelewy burzowe
Głoacutewnym parametrem eksploatacyjnym każdego zbiornika retencyjnego jest wspoacutełczynnik
redukcji strumieni ściekoacutew β [1 2 3]
= QoQd (32)
gdzie
Qo - strumień objętości (natężenie przepływu) ściekoacutew odpływających ze zbiornika
Qd - strumień objętości ściekoacutew dopływających do zbiornika
KANALIZACJA I
20
Zbiorniki retencyjne buduje się je najczęściej na kanalizacji ogoacutelnospławnej i
deszczowej do przetrzymywania - retencjonowania ściekoacutew jako (rys 37)
otwarte - terenowe (w zagłębieniach naturalnych lub sztucznych) bądź jako
kryte - podziemne (tradycyjnie żelbetowe lub obecnie też z tworzyw sztucznych w
tym tzw bdquorurowerdquo zbudowane z odcinkoacutew rurociągoacutewkanałoacutew o dużych średnicach
oraz bdquoskrzynkowerdquo otoczone geowłoacutekniną)
A) B)
Rys 37 Rodzaje kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych
A) zbiornik terenowy (otwarty) B) zbiornik podziemny (kryty)
Schematy przykładowych konstrukcji zbiornikoacutew retencyjnych do odciążania
hydraulicznego kanalizacji ogoacutelnospławnej podano na rysunkach 38 i 39
Rys 38 Schemat zbiornika krytego na boczniku
(widok z goacutery i przekroacutej podłużny)
Na kanalizacji ogoacutelnospławnej nie dopuszcza się zasadniczo do podtopienia kanału
dopływowego przed przelewem min ze względu na możliwość odkładania się osadoacutew Stąd
konieczność stosowania wewnątrz krytych zbiornikoacutew przelewoacutew do awaryjnego zrzutu
ściekoacutew (rys 38)
Rys 39 Schemat zbiornika otwartego na kolektorze
(przekroacutej podłużny i widok z goacutery)
KANALIZACJA I
21
Podczas pogody bezdeszczowej ścieki bytowo-gospodarcze nie wpływają do otwartej
komory retencyjnej zbiornika przedstawionego na rysunku 39 a przepływają kanałami pod
dnem zbiornika Ze względoacutew sanitarnych powierzchnie skarp i dna zbiornika powinny być
uszczelnione Zbiornik powinien być też ogrodzony i oznaczony tablicami ostrzegawczymi
W celu ochrony zwłaszcza małych odbiornikoacutew ściekoacutew stosuje się lokalne
retencjonowanie i podczyszczanie ściekoacutew pochodzących ze zrzutoacutew burzowych o wielkości
strumienia Q gt 10 SNQ - średniego niskiego przepływu wody w odbiorniku (rys 310)
Rys 310 Schematy ideowe sposoboacutew ograniczenia ładunku zanieczyszczeń odprowadzanych do
odbiornikoacutew z przelewoacutew na kanalizacji ogoacutelnosławnej (pb ndash przelew burzowy)
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania i wymiarowania zbiornikoacutew retencyjnych - z
przykładami obliczeniowymi podane są w II tomie podręcznika [3]
313 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
OGOacuteLNOSPŁAWNEJ W POLSCE
W Polsce stosowane były niewłaściwe - w świetle wspoacutełczesnej wiedzy (rozdz 5divide8
podręcznika [2]) - opracowane w latach pięćdziesiątych XX wieku metody wymiarowania
kanalizacji ogoacutelnospławnej Podczas tzw suchej pogody kanałami ogoacutelnospławnymi płyną
ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe oraz wody przypadkowe w tym infiltracyjne
Podczas pogody deszczowej - dodatkowo wodyścieki deszczowe Wymiary (średnice)
kanałoacutew dobierane były błędnie - do całkowitego wypełnienia przekroju na strumień
objętości (Q)
Q = Qh max śc + Qm (33)
gdzie
Qh max śc - maksymalny godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysło-
wych
Qm - miarodajny strumień ściekoacutew deszczowych - z wzoru Błaszczyka wg metody
granicznych natężeń (MGN) bądź metody stałych natężeń (MSN)
Stosowany w obu metodach obliczeniowych (MGN i MSN) wzoacuter Błaszczyka oparty
na opadach z przełomu XIX i XX wieku zaniża obecne natężenia deszczy we Wrocławiu o
rząd 40 [1 2] Ponadto założenia wyjściowe MGN - najczęściej dotychczas stosowanej w
Polsce prowadzą do dalszej redukcji strumienia spływu woacuted opadowych (Qm) w stosunku do
innych metod czasu przepływu stosowanych przykładowo w Niemczech w podobnych
warunkach hydrologicznych W rezultacie zaniżenie wartości bilansowanych strumieni woacuted
opadowych (Qm) sięgać może nawet 100 (rozdz 85 podręcznika [2]) Tak zwymiarowane
systemy kanalizacyjne podatne są na częste wylania ktoacutere jeszcze w większym stopniu
wystąpią w przyszłości wskutek zmian klimatu (rozdz 4 [2])
UWAGA Podstawą bezpiecznego wymiarowania nowych bądź modernizowanych systemoacutew
kanalizacji ogoacutelnospławnej jest właściwy bilans strumieni ściekoacutew (rozdz 5 [2]) oraz woacuted
opadowych (rozdz 6 7 i 8 [2]) ndash zapewniający osiągnięcie wspoacutełcześnie wymaganego
standardu odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych (rozdz 1 w II tomie [3])
KANALIZACJA I
22
32 KANALIZACJA ROZDZIELCZA
321 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI ROZDZIELCZEJ
System kanalizacji rozdzielczej ze swej istoty jest dwu- lub więcej przewodowy W
miastach na ogoacuteł dwuprzewodowy złożony z
kanałoacutew ściekowych - odprowadzających ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe
do miejskiej oczyszczalni
kanałoacutew deszczowych - ze zrzutem ściekoacutew do odbiornika (po podczyszczeniu)
W zakładach przemysłowych system ten jest na ogoacuteł troacutejprzewodowy występują
kanały ściekowe (na ścieki bytowe pracownikoacutew)
kanały deszczowe
kanały ściekoacutew przemysłowych (technologicznych) - ze zrzutem ściekoacutew (po
podczyszczeniu na terenie zakładu) do miejskiej kanalizacji ściekowej
Schematy funkcjonalne kanalizacji rozdzielczej przedstawiono w skali bdquomikrordquo ndash na
rys 311 oraz w skali bdquomakrordquo ndash całej miejscowości na rys 312
Rys 311 Schemat funkcjonalny kanalizacji rozdzielczej - w skali bdquomikrordquo
(Pk ndash pion kanalizacyjny wu ndash wpust uliczny R ndash rynna)
Rys 312 Schemat funkcjonalny kanalizacji rozdzielczej - w skali bdquomakrordquo
(zbr- zbiornik retencyjny OŚ- oczyszczalnia ściekoacutew)
W przypadku gdy odbiornik charakteryzuje się małym - średnim niskim przepływem
(SNQ) bądź jest szczegoacutelnie chroniony nie należy w trakcie trwania opadu zrzucać dużych
objętości ściekoacutew deszczowych Należy więc budować zbiorniki retencyjne z dławionym
odpływem - sterowanym np regulatorami hydrodynamicznymi (omoacutewione w rozdz 4 i 5 -
w II tomie podręcznika [3]) Na wylotach kanałoacutew deszczowych do odbiornikoacutew a najlepiej
w miejscu powstawania zanieczyszczeń wymagane jest obecnie stosowanie podczyszczalni
KANALIZACJA I
23
mechanicznych ściekoacutew opadowych ndash w postaci separatoroacutew sedymentacyjno-flotacyjnych
(omoacutewionych w rozdz 6 - w II tomie podręcznika [3])
UWAGA Zasady wymiarowania i doboru regulatoroacutew hydrodynamicznych oraz osadnikoacutew-
piaskownikoacutew i flotatoroacutew substancji ropopochodnych zostaną podane na II stopniu studioacutew
322 ODCIĄŻENIE HYDRAULICZNE KANALIZACJI DESZCZOWEJ
Do odciążenia hydraulicznego sieci deszczowej w systemie kanalizacji rozdzielczej
podczas trwania intensywnych opadoacutew deszczu stosowane są najczęściej zbiorniki
retencyjne z dławionym odpływem Zbiorniki te stanowią ważny element zaroacutewno
modernizowanych jak i nowoprojektowanych sieci kanalizacyjnych pełniąc rolę
regulacyjno-redukcyjną strumieni ściekoacutew Schematy ideowe zabudowy takich obiektoacutew
specjalnych podano już na rys 33 Na rys 312a przedstawiono dwa warianty rozbudowy
kanalizacji deszczowej związane z podłączeniem nowej zlewni deszczowej do istniejącego
kolektora o ograniczonej przepustowości (Qmax = 1000 dm3s) z zastosowaniem zbiornikoacutew
retencyjnych
a) na istniejącym kolektorze (po lewej) - znaczne koszty i utrudnienia podczas budowy
b) na bocznym kanale odpływowym z nowej zlewni (po prawej) ndash lepszy wariant
Nowa zlewnia F
Kolektor o
Qmax = 1000 ls
Regulator
QR = 1000 ls
Q3 = 1350 ls
Q2 = 600 lsZbiornik retencyjny V1
Q1 = 750 ls
Kolektor o
Qmax = 1000 ls
Q4 = 1000 ls
Q1 = 750 ls
Nowa zlewnia F
Zbiornik retencyjny V2
Regulator QR = 250 ls
Q2 = 600 ls
Q3 = 250 ls
Rys 312a Przyłączanie nowej zlewni (F) do kolektora o ograniczonej przepustowości (Qmax = 1000
dm3s) poprzez zbiornik retencyjny a) na istniejącym kolektorze (V1) b) na nowym kanale (V2)
Głoacutewnie ze względu na zasadę działania grawitacyjne zbiorniki retencyjne ściekoacutew
deszczowych podzielić można na dwie grupy a mianowicie
przepływowe - klasyczne (najczęściej jednokomorowe)
przelewowe - nowej generacji (dwu- lub więcej komorowe)
Zaroacutewno konstrukcje przepływowe jak i przelewowe mają swoje zalety i wady
Klasyczne już przepływowe zbiorniki retencyjne budowane są z reguły jako ziemne -
odkryte natomiast przelewowe (wielokomorowe) zbiorniki retencyjne nowej generacji są z
reguły żelbetowe - podziemne Ma to niewątpliwie wpływ na koszty ich budowy O wyborze
danej konstrukcji zbiornika decydować powinna analiza techniczno-ekonomiczna wariantoacutew
rozwiązań technicznych przy uwzględnieniu miejscowych uwarunkowań terenowych
Zbiornik przepływowy
max
dopływ
odpływ
dławiony
Qd
Qo
komora
retencyjna
Vu
min
Rys 312b Schemat działania jednokomorowego przepływowego zbiornika retencyjnego
KANALIZACJA I
24
Zbiornik przepływowy - klasyczny ma następujące wady
znaczna objętość użytkowa (Vu) komory retencyjnej (KR)
zmienny w czasie odpływ ze zbiornika (Qo) zależny od stopnia jego wypełnienia
odkładanie się zanieczyszczeń wleczonych na dnie zbiornika
znaczne koszty eksploatacji obiektu (płukanie po każdym opadzie)
Zbiornik przelewowy
Nowoczesne wielokomorowe przelewowe zbiorniki retencyjne (rys 33d) wyposażone
są w komorę przepływową (KP) z dławionym odpływem oddzieloną od komory retencyjnej
(KR) pionową przegrodą - z bocznym przelewem w części goacuternej i zaworem klapowym
(spustowym) przy dnie zbiornika
przegroda stała
rura wentylacyjna
kanał doprowadzający
komora akumulacyjna rura dławiąca
komora
przepływowa
zawoacuter klapowy
Rys 312d Schemat ideowy dwukomorowego zbiornika przelewowego
Zbiornik przelewowy cechuje się przede wszystkim mniejszą objętością użytkową (V1)
komory retencyjnej (KR) w poroacutewnaniu do zbiornika przepływowego ndash nawet o rząd 30
max Qd
Qo
komora
retencyjna
dopływ
odpływ
dławiony
komora
przepływowa
otwoacuter
klapowy
krawędź
przelewowa
V1
V3
Rys 312e Schemat działania dwukomorowego przelewowego zbiornika retencyjnego (Vu = V1 + V3)
V1 - objętość komory retencyjnej (KR) V3 - objętość komory przepływowej (KP)
Graficzne poroacutewnanie objętości na akumulację ściekoacutew w zbiornikach przepływowym
(tradycyjnym) i przelewowym - dwukomorowym podano na rysunku 312f
Rys 312f Przebieg akumulacji ściekoacutew deszczowych w zbiornikach retencyjnych
1 - modelowy hydrogram przepływu w kanale dopływowym - przed zbiornikiem
2 - hydrogram przepływu w kanale odpływowym - po zbiorniku przelewowym (V1+V3)
3 - hydrogram przepływu w kanale odpływowym - po zbiorniku przepływowym (V1+V2+V3)
KANALIZACJA I
25
Z analizy przebiegu retencji wynika iż objętość użytkowa (Vu) zbiornika
przepływowego składa się z trzech objętości cząstkowych Vu = V1 + V2 + V3 a zbiornika
przelewowego tylko z dwoacutech Vu = V1 + V3
323 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
ROZDZIELCZEJ W POLSCE
W Polsce stosowano (od lat pięćdziesiątych XX wieku) niewłaściwe obecnie - w
świetle wspoacutełczesnej wiedzy (rozdz 4divide8 podręcznika [2]) zasady i metody wymiarowania
grawitacyjnej kanalizacji rozdzielczej w odniesieniu zaroacutewno do kanałoacutew ściekowych a
zwłaszcza do kanałoacutew deszczowych wraz z obiektami specjalnymi
Sieć deszczowa działa okresowo - w czasie tzw mokrej pogody Podczas suchej pogody
płyną tylko wody przypadkowe w tym infiltracyjne
Kanały ściekowe (w żargonie bdquosanitarne) wymiarowane były na strumień
Q = 2Qh max śc (34)
Średnice kanałoacutew ściekowych dobierane były w uproszczeniu - na
podwojony maksymalny godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-
gospodarczych i przemysłowych tj przy uwzględnieniu woacuted
przypadkowych w tym infiltracyjnych w wysokości Qh max śc jako
mieszczących się w 100 rezerwie przepustowości dobranej
średnicy kanału
Kanały deszczowe
Q = Qm (35)
Wymiary kanałoacutew deszczowych dobierane były niewłaściwie - do
całkowitego wypełnienia przekroju Nie uwzględniano więc żadnej
rezerwy - na przyszłościowy rozwoacutej związanej ze zwiększaniem się
stopnia uszczelnienia powierzchni zlewni czy też wynikającej ze
zmian klimatycznych Miarodajny do wymiarowania kanałoacutew
deszczowych strumień ściekoacutew (Qm) obliczany był dwoma
metodami MGN lub MSN ndash obie z niewłaściwym obecnie wzorem
Błaszczyka na natężenie deszczy dla zakładanych częstości
występowania opadoacutew o wydłużonym czasie trwania (o
koncentrację terenową i retencję kanałową)
Ponadto przy wymiarowaniu kanałoacutew deszczowych w Polsce dopuszczano możliwość
częstszych ich przepełnień a więc i wylewoacutew z sieci w stosunku do kanałoacutew
ogoacutelnospławnych Przykładowo kolektory deszczowe w terenach płaskich wymiarowane
były na częstość występowania opadoacutew C = 2 lata a kanały boczne tylko na C = 1 rok (W
kanalizacji ogoacutelnospławnej przyjmowano odpowiednio C = 5 i C = 2 lata) Wspoacutełczynnik
spływu powierzchniowego woacuted deszczowych uzależniano wyłącznie od stopnia uszczelnienia
terenu tj z pominięciem jego spadkoacutew oraz natężeń opadoacutew projektowych
W celu zapewnienia odpowiedniego standardu odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych
w Polsce (- zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 752) oraz podniesienia niezawodności
działania kanalizacji rozdzielczej (ściekowej i deszczowej) w rozdz 5 podręcznika [2]
przedstawiono nowe zasady bilansowania strumieni ściekoacutew i woacuted przypadkowych a w
rozdz 8 zaproponowano modyfikację metody granicznych natężeń (MGN) do postaci tzw
metody maksymalnych natężeń (MMN) w tym zastąpienie wzoru Błaszczyka
wspoacutełczesnymi modelami opadoacutew maksymalnych W tomie II w rozdz 1 [3] przedstawiono
nowe zalecenia w formie wytycznych technicznych wymiarowania (WTW) sieci
odwodnieniowych i obiektoacutew specjalnych w Polsce Omoacutewiono także wymagania odnośnie
KANALIZACJA I
26
zachowania wspoacutełczesnych standardoacutew odwodnień terenoacutew także w przyszłości jako
przeciwdziałanie skutkom prognozowanych zmian klimatu w perspektywie 2100 roku
33 KANALIZACJA POacuteŁROZDZIELCZA
331 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI POacuteŁROZDZIELCZEJ
System kanalizacji poacutełrozdzielczej stosowany zwłaszcza przy modernizacjach
istniejących systemoacutew rozdzielczych czy przebudowywanych ogoacutelnospławnych jest
najczęściej dwuprzewodowy Zawiera kanały deszczowe i kanały ściekowe (bytowo-
gospodarcze i przemysłowe) połączone tzw separatorami tj obiektami specjalnymi na
kanałach deszczowych do kierowania tzw pierwszej fali odpływu - zawierającej
zanieczyszczenia spłukiwane ze zlewni oraz osady wypłukiwane z kanałoacutew deszczowych (po
okresie suchej pogody) do kanałoacutew ściekowych i do oczyszczalni ściekoacutew (rys 313)
Następna (II) fala deszczu przy wzroście strumienia Q - jako mniej zanieczyszczona
odpływa już kanałami deszczowymi do odbiornika
Rys 313 Schemat funkcjonalny kanalizacji poacutełrozdzielczej w skali bdquomakrordquo
(s ndash separator zbr ndash zbiornik retencyjny OŚ ndash oczyszczalnia ściekoacutew)
Z doświadczeń eksploatacyjnych wynika że celowe jest stosowanie separatoroacutew o
działaniu ciągłym tzn w całym okresie trwania odpływu deszczowego takich jak np
przelewy boczne z dławionym odpływem czy też upusty denne z progiem piętrzącym a
technologicznie niewłaściwe jest stosowanie separatoroacutew o działaniu okresowym - jedynie
dla pierwszej fali odpływu jak np separatory kaskadowe czy rynnowe [1 2 3]
Rys 314 Schemat separatora kaskadowego - o działaniu okresowym (dla I fali deszczu)
Rys 315 Schemat separatora rynnowego - o działaniu okresowym (dla I fali deszczu)
KANALIZACJA I
27
Rys 316 Schemat separatora w postaci przelewu bocznego z rurą dławiącą - o działaniu ciągłym
Kanalizacja poacutełrozdzielcza zapewnia dobrą ochronę odbiornika ściekoacutew ndash środowiska
bowiem najbardziej zanieczyszczone ścieki opadowe (zwłaszcza tzw I fali) kierowane są
poprzez separatory na oczyszczalnię miejską pracującą pod stałym nadzorem
332 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
POacuteŁROZDZIELCZEJ W POLSCE
Dotychczas stosowane zasady wymiarowania kanalizacji poacutełrozdzielczej są obecnie
niewłaściwe zaroacutewno w odniesieniu do kanałoacutew ściekowych jak i kanałoacutew deszczowych za
separatorami Kanały ściekowe - za separatorami były wymiarowane na maksymalny
godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych (Qh max śc) plus
strumień ściekoacutew deszczowych tzw I-szej fali (QmI) - zależnej od natężenia granicznego
deszczu płuczącego qs przyjmowanego w zakresie qs [6 15] dm3s ha stąd
Q = Qh max śc + Qm I (36)
Obecnie wg RMŚ qs ge 15 dm3s ha ndash dla zanieczyszczonej zlewni [1 2] Kanały
deszczowe wymiarowane były na zaniżony strumień Qm - obliczany z zastosowaniem
niewłaściwego obecnie wzoru Błaszczyka
Q = Qm (37)
Nowe zasady ndash bezpiecznego projektowania i wymiarowania hydraulicznego kanalizacji
poacutełrozdzielczej z separatorami strumieni objętości ściekoacutew deszczowych podano w II tomie
książki [3] (w rozdz 1 i 3)
34 ZALETY I WADY SYSTEMOacuteW KANALIZACYJNYCH
341 CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA WYBOacuteR SYSTEMU
System kanalizacji ogoacutelnospławnej
Zalety Wady
1 Kroacutetsza łączna sieć kanałoacutew 1 Małe prędkości przepływu ściekoacutew przy
suchej pogodzie (odkładanie się osadoacutew)
2 Prostszy układ sieci ndash mniejsza możliwość
kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym
2 Nieroacutewnomierna praca miejskiej
oczyszczalni ściekoacutew
3 Sieć zajmuje mniej miejsca (np pod
jezdnią)
3 Duże średnice i zagłębienia kanałoacutew
(kolizje z innym uzbrojeniem)
4 Mniejsze koszty przyłączy posesji (jeden
przykanalik)
4 Konieczność budowy przelewoacutew
burzowych zbiornikoacutew retencyjnych
5 Mniejsze koszty budowy i eksploatacji 5 Niebezpieczne dla środowiska skutki
przepełnień kanałoacutew ndash wylewoacutew
6 Brak błędnych przyłączy (jedna sieć) 6 Gnilne zapachy ze studzienek i
wpustoacutew
KANALIZACJA I
28
System kanalizacji rozdzielczej
Zalety Wady
1 Efektywniejszy proces oddzielnego
oczyszczania ściekoacutew
1 Praktycznie podwoacutejna sieć
2 Bardziej roacutewnomierna praca oczyszczalni
ściekoacutew
2 Skomplikowany układ sieci (kolizje
kanałoacutew ściekowych z deszczowymi)
3 Mniejsze średnice kanałoacutew ściekowych
(większe prędkości przepływu)
3 Podwoacutejny pas zabudowy terenu
4 Mniejsze zagrożenie środowiskowe
wylewoacutew z kanałoacutew deszczowych
4 Większe koszty przyłączy
5 Możliwość etapowania budowy kanalizacji
(np najpierw ściekowa poacuteźniej deszczowa)
5 Występowanie błędnych podłączeń
(np kanałoacutew ściekowych do kanałoacutew
deszczowych lub odwrotnie)
6 Możliwość przebudowy na kanalizację
poacutełrozdzielną ndash dobudowa separatoroacutew
6 Najczęściej większe koszty budowy
i eksploatacji
Na wyboacuter systemu kanalizacyjnego wpływ mają następujące czynniki [1 2]
Istniejąca sieć hydrograficzna (rzeki potoki kanały otwarte) rozwinięta - sprzyja
wyborowi kanalizacji rozdzielczej
Wielkość odbiornikoacutew ściekoacutew i ich zdolność do samooczyszczania się duże rzeki
sprzyjają kanalizacji ogoacutelnospławnej
Ilość i rodzaj ściekoacutew ndash zwłaszcza przemysłowych (podczyszczonych na terenie
zakładu) ndash czy mogą być odprowadzane przez przelewy najczęściej nie ndash sprzyja
kanalizacji rozdzielczej
Gęstość zabudowy terenu zwarta zabudowa sprzyja kanalizacji ogoacutelnospływowej
Możliwości finansowe w przypadku konieczności etapowania inwestycji ndash sprzyja
kanalizacji rozdzielczej
Czynniki przemawiające za wyborem kanalizacji ogoacutelnospławnej
Brak rozwiniętej sieci hydrograficznej do odprowadzania woacuted deszczowych
Odbiornik gwarantuje samooczyszczanie się ndash możliwe zrzuty ściekoacutew z przelewoacutew
Gęsta zabudowa - znaczne uszczelnienie terenu
Analiza ekonomiczna innego wariantu (kosztoacutew budowy i eksploatacji) systemu
wskazuje na większe koszty
Czynniki przemawiające za wyborem systemu rozdzielczego bądź poacutełrozdzielczego
Rozwinięta sieć hydrograficzna ndash kroacutetkie kanały deszczowe
Brak możliwości zrzutu z przelewoacutew ściekoacutew mieszanych ndash małe odbiorniki
Luźna zabudowa - mniejsze uszczelnienie terenu mniejszy odpływ woacuted deszczowych
Większa pewność poprawnego działania z punktu widzenia ochrony środowiska (w
poroacutewnaniu do systemu ogoacutelnospławnego)
Możliwość etapowania inwestycji - z braku środkoacutew finansowych (najczęściej
większe koszty budowy i eksploatacji w poroacutewnaniu do systemu ogoacutelnospławnego)
KANALIZACJA I
29
342 ETAPOWANIE BUDOWY KANALIZACJI
System rozdzielczy częściowy - w I etapie budowa kanalizacji ściekowej Sprzyjają
temu następujące czynniki
Dostarczanie wody z sieci wodociągowej co przyczynia się do większego jej zużycia
przez odbiorcoacutew i konieczność odprowadzania większego strumienia ściekoacutew bytowo-
gospodarczych w poroacutewnaniu do braku wodociągu
Niski poziom woacuted podziemnych grunt przepuszczalny i duże spadki powierzchni terenu
Luźna zabudowa małe uszczelnienie powierzchni terenu i duża infiltracja opadoacutew do woacuted
podziemnych
System rozdzielczy częściowy - w I etapie budowa kanalizacji deszczowej gdy
Mniejsze wskaźniki odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych (np brak wodociągu)
Wysoki poziom woacuted podziemnych grunt słabo przepuszczalny i małe spadki
powierzchni
Brak naturalnych odbiornikoacutew woacuted deszczowych
Etapowanie budowy kanalizacji stosuje się obecnie rzadko głoacutewnie na terenach
pozamiejskich (wiejskich) Etap II realizowany jest najczęściej po okresie 10divide20 lat
W Europie odchodzi się obecnie od idei pełnego odwodnienia terenoacutew
zurbanizowanych tj odprowadzania do kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej
wszystkich woacuted opadowych Prawidłowa gospodarka wodna w zlewniach rzek powinna
polegać na pozostawianiu na miejscu (w zlewni) jak największej objętości bdquoczystychrdquo woacuted
deszczowych aby zapobiec trwałemu obniżaniu się poziomoacutew woacuted podziemnych Przyczynia
się to też do lepszej ochrony przeciwpowodziowej miast - mniejsze maksymalne stany i
przepływy wody w rzekach [1 2 3]
4 KWANTYFIKACJA ZMIAN KLIMATU DO WYMIAROWANIA
ODWODNIEŃ TERENOacuteW
41 ZAGROŻENIA WYNIKAJĄCE ZE ZMIAN KLIMATU
W Polsce podobnie jak w innych krajach Europy i świata obserwowane są zmiany
klimatu przejawiające się głoacutewnie wzrostami
średniej rocznej temperatury powietrza
intensywności opadoacutew atmosferycznych
częstości występowania zdarzeń ekstremalnych (susze powodzie huragany trąby
powietrzne itp)
Wzrost średniej rocznej temperatury powietrza odnotowywany jest we wszystkich
regionach kraju Według raportu Międzyrządowego Zespołu ds Zmian Klimatu -
IPCC2007 tylko w okresie 1960-2005 (46 lat) nastąpił wzrost średniej rocznej temperatury
globu o 074 degC Przyrost temperatury wynioacutesł więc już około 016 degC na dekadę Natomiast
poziom moacuterz i oceanoacutew na przestrzeni lat 1901-2010 podnioacutesł się o 019 m - wg IPCC2014
Przyczyna ocieplania się klimatu ndash paradoksalnie największy przyrost temperatury
obserwuje się w zimie nie jest w pełni rozpoznana i budzi wciąż kontrowersje (tzw efekt
cieplarniany wywołany głoacutewnie emisją pary wodnej i CO2 do atmosfery) Bezsprzecznie
wzrost temperatury powietrza wywołuje istotne zmiany w cyrkulacji wody w cyklu
hydrologicznym (parowanie ndash kondensacja ndash opad) i nasilenie się występowania zwłaszcza w
ostatnich dziesięcioleciach ekstremalnych zjawisk pogodowych takich jak susze czy
powodzie Według prognoz opartych na globalnym modelu klimatu w bieżącym stuleciu
temperatura powietrza może się podnieść o dalsze 17 oC do nawet 44 oC a na każdy stopień
KANALIZACJA I
30
wzrostu temperatury przewiduje się globalnie wzrost intensywności opadoacutew o około 7
Natomiast poziom moacuterz i oceanoacutew może się podnieść nawet o 10 m co zagraża już zalaniem
znacznych powierzchni przybrzeżnych (IPCC2014)
Z powodu ocieplenia klimatu zmieni się istotnie struktura opadoacutew w Polsce w tym
roczna wysokość i częstość występowania ekstremalnych opadoacutew regionalnych Zmiany w
strukturze opadoacutew objawiają się min tym że kroacutetkie (pojedyncze) intensywne opady
deszczu będą ulegać przegrupowaniu w dłuższe nawet kilkudniowe okresy o sumie
wysokości znacznie wyższej niż dawniej Przykładowo we Wrocławiu na przestrzeni
ostatnich 5 pełnych dekad (1960-2009) odnotowano
spadkowy trend rocznej wysokości opadoacutew
wzrostowy trend odnośnie liczby dni deszczowych w roku
wzrostowy trend intensywności opadoacutew o czasach trwania od 5 minut do 3 dni -
średnio na poziomie 13 [2]
Wywoływane zmianami klimatu zagrożenia ludności i infrastruktury miast związane są
przede wszystkim z niedoborem bądź nadmiarem wody Ryzyko zaistnienia niekorzystnych w
skutkach zjawisk takich jak susza czy powoacutedź określa się zwykle jako kombinację
prawdopodobieństwa wystąpienia oraz miary ich negatywnych skutkoacutew - najczęściej jako
iloczyn miary zagrożenia i miary zawodności (straty gospodarcze i społeczne)
Przewidywanie zagrożeń związanych z niskimi oraz wysokimi stanami i przepływami woacuted w
warunkach zmieniającego się klimatu jest niezbędne dla racjonalnej gospodarki wodnej
miast Dotyczy to zwłaszcza podstaw projektowania budowy i eksploatacji ujęć wody
(powierzchniowej i podziemnej) czy też odwodnień - kanalizacji deszczowej czy
ogoacutelnospławnej na terenach zurbanizowanych
Obserwowanym efektem zmian klimatycznych i poza klimatycznych jest zjawisko
wzrostu temperatury powietrza w miastach w stosunku do terenoacutew otaczających ndash tzw
Miejska Wyspa Ciepła MWC jest wynikiem min uwalniania się ciepła w środowisku
miejskim z procesoacutew przemysłowych i komunalnych ktoacutere modyfikują lokalnie warunki
meteorologiczne Związany z niedoborem wody w miastach spadek wilgotności gleby
przejawia się przede wszystkim przesuszeniem zieleni miejskiej co ogranicza możliwości
terenoacutew biologicznie czynnych w łagodzeniu wpływu wysokiej temperatury (rys 41)
Rys 41 Prądy konwekcyjne i opady w rejonie miejskiej wyspy ciepła [wwwwikipediapl]
Zagrożenia wynikające z warunkoacutew termicznych w miastach (MWC) wzrastają na ogoacuteł
liniowo wraz ze wzrostem wielkości miast Przeciętnie intensywność oddziaływania MWC
charakteryzują lokalne przyrosty temperatury od wartości niewiele przekraczających 10 ordmC -
w małych miastach do około 25 ordmC - w dużych miastach Jednakże w dużych aglomeracjach
w przypadku wystąpienia upałoacutew ponad 35 oC roacuteżnica temperatury powietrza pomiędzy
miastem a terenami otwartymi może sięgać nawet 10 oC Skutkuje to już istotnym wzrostem
wskaźnika śmiertelności mieszkańcoacutew
Zagrożeniami w funkcjonowaniu sieci i obiektoacutew infrastruktury miast takich jak
systemy wodociągowe z ujęciami systemy kanalizacyjne z oczyszczalniami ściekoacutew czy
składowiska odpadoacutew związanymi z nadmiarem wody są głoacutewnie powodzie i podtopienia
Według prognoz opartych na pesymistycznym scenariuszu zmian klimatu (SRES A1B)
przykładowo woda stuletnia w państwach środkowej Europy będzie zdarzać się średnio
KANALIZACJA I
31
częściej niż raz na 50 lat [2] Powodzie zagrażają więc większości polskich miast -
położonych w dolinach rzecznych (powodzie rzeczne) i w strefie wybrzeża (powodzie
sztormowe) Natomiast lokalne podtopienia terenoacutew (powodzie miejskie) mogą wystąpić w
efekcie gwałtownych ulew bądź też długotrwałych intensywnych opadoacutew Sprzyja temu duże
zagęszczenie zabudowy miejskiej oraz uszczelnienie powierzchni terenu prowadzące do
zmniejszenia bądź znacznego ograniczenia infiltracji woacuted opadowych do gruntu
Zagrożenia i straty generowane powodziami miejskimi (ang Flash Flood Urban
Flood) objawiają się lokalnymi wylewami z kanałoacutew deszczowych czy ogoacutelnospławnych
(zalewanie ulic piwnic) wskutek min niedostatecznej przepustowości i retencji istniejących
sieci kanalizacyjnych - zwymiarowanych w przeszłości nieodpowiednimi obecnie metodami
Konieczna staje się więc modernizacja infrastruktury wodno-kanalizacyjnej na terenie kraju
(zwiększenie przepustowości sieci budowa zbiornikoacutew retencyjno-infiltracyjnych itp)
42 ROGNOZOWANE ZMIANY STRUKTURY OPADOacuteW W PRZYSZŁOŚCI
421 TRENDY ZMIAN ROCZNYCH WYSOKOŚCI OPADOacuteW
Przykłady badań i prognoz
bull W Niemczech w XX wieku odnotowano ogoacutelnie wzrost rocznych wysokości opadoacutew na
poziomie około 10 Jednak w środkowej i wschodniej części Niemiec wykazano
zaroacutewno istotne statystycznie trendy rosnące (np Jena) jak i malejące (np Goumlrlitz) - wg Haumlnsel S Petzold S Matschullat J Precipitation Trend Analysis for Central Eastern Germany 1851ndash
2006 Bioclimatology and Natural Hazards 2009 vol 14
bull W Polsce analizowano trendy zmian rocznych wysokości opadoacutew (na 28 stacjach
IMGW) dla danych z lat 1951ndash2009 wykazano istotny statystycznie trend rosnący np
dla Rzeszowa ale też istotny trend malejący opadoacutew np na Śnieżce Ogoacutelnie przewaga
trendoacutew malejących - wg Pińskwar I Projekcje zmian w ekstremach opadowych w Polsce Monografia KGW PAN 2010
bull Badania szeregoacutew czasowych opadoacutew w dorzeczu Goacuternej Odry (na 4 stacjach IMGW
Kłodzko Legnica Opole i Wrocław) dla danych z okresu 60 lat (1954-2013) wykazały
zmniejszanie się rocznej i sezonowej wysokości opadoacutew - wg Kaźmierczak B Kotowski A Wdowikowski M Analiza tendencji rocznych i sezonowych zmian
wysokości opadoacutew atmosferycznych w zlewni Goacuternej Odry Ochrona Środowiska 2014 vol 36 nr 3
Zagrożenia wynikające z niedoboru wody
Zasoby wodne Polski należą do najuboższych w Europie Ich wielkość w przeliczeniu
na rok i mieszkańca jest trzykrotnie mniejsza od średniej europejskiej 4560 m3 w Europie w
Polsce ndash tylko 1580 m3 Wg danych GUS znakomita większość ujmowanej wody - około
85 pochodzi z zasoboacutew woacuted powierzchniowych a 15 z zasoboacutew woacuted podziemnych W
przyszłości zwiększać się będzie ryzyko zagrożenia tzw suszami hydrologicznymi
pogłębiającymi w wieloleciu niedobory wody w miastach (niskie stany i przepływy)
422 TRENDY ZMIAN CZĘSTOŚCI WYSTĘPOWANIA
INTENSYWNYCH OPADOacuteW
Przykład badań i prognoz
We Wrocławiu na przestrzeni 50 lat (1960-2009) stwierdzono trend wzrostowy
częstości występowania intensywnych opadoacutew odpowiednio dla
C ge 1 rok o 8 - na poziomie istotności 69
C ge 2 lata o 13 - na poziomie istotności 75
C ge 5 lat o 43 - na poziomie istotności 98
C ge 10 lat o 68 - na poziomie istotności 99
KANALIZACJA I
32
C ge 1 rok C ge 2 lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
C ge 5 lat C ge 10 lat
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
mlata
Rys 12 Trendy zmian przedziałowych wysokości opadoacutew maksymalnych dla częstości
występowania C ge 1 C ge 2 C ge 5 oraz C ge 10 lat we Wrocławiu w okresie 1960-2009
- wg Kaźmierczak B Kotowski A The influence of precipitation intensity growth on the urban drainage
systems designing Theoretical and Applied Climatology 2014 vol 118 nr 1
W perspektywie 2050 r we Wrocławiu przewiduje się wzrost wysokości opadoacutew
kroacutetkotrwałych i spadek wysokości opadoacutew o dłuższych czasach trwania
- wg Kaźmierczak B Prognozy zmian maksymalnych wysokości opadoacutew deszczowych we Wrocławiu Oficyna
Wydaw Politechniki Wrocławskiej Wrocław 2019
Zagrożenia wynikające z nadmiaru wody
Według prognoz opartych na pesymistycznym scenariuszu zmian klimatu (IPCC2007
- SRES A1B) przykładowo bdquowoda 100-letniardquo w państwach środkowej Europy będzie
zdarzać się średnio częściej niż raz na 50 lat - wg Kundzewicz Z W Zmiany ryzyka powodziowego w Europie Sympozjum Paryż - Orlean 28-3003 2012
Powodzie zagrażają więc większości polskich miast położonych w dolinach rzecznych -
powodzie rzeczne i w strefie wybrzeża - powodzie sztormowe (cofkowe) - wg VI Raport Rządowy RP dla Konferencji Stron Ramowej Konwencji NZ w sprawie zmian klimatu
Warszawa 2013
Lokalne podtopienia terenoacutew - powodzie miejskie mogą wystąpić wszędzie najczęściej
w efekcie gwałtownych ulew bądź też długotrwałych intensywnych opadoacutew czy roztopoacutew
Zagrożenia i straty (gospodarcze i społeczne) generowane powodziami miejskimi objawiają
się lokalnymi wylewami z kanałoacutew deszczowych czy ogoacutelnospławnych (zalewanie ulic
posesji piwnic) wskutek niedostatecznej przepustowości i retencji istniejących sieci
kanalizacyjnych - zwymiarowanych w przeszłości nieodpowiednimi obecnie metodami
Niezawodność działania systemoacutew kanalizacji deszczowej czy ogoacutelnospławnej nie jest
w pełni możliwa do osiągnięcia ze względu na losowy charakter opadoacutew Dążyć należy zatem
do bezpiecznego ich wymiarowania tj gwarantującego osiągnięcie wspoacutełcześnie
wymaganego standardu odwodnienia terenoacutew ktoacutery definiuje się jako przystosowanie
systemu do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych) strumieni woacuted opadowych z
częstością roacutewną dopuszczalnej (akceptowalnej społecznie) częstości wystąpienia wylania na
powierzchnię terenu (tab 11) ndash także w przyszłości
KANALIZACJA I
33
Tab 11 Zalecane częstości projektowe deszczu obliczeniowego wg PN-EN 75220082017
i dopuszczalne częstości wystąpienia wylania wg PN-EN 7522008 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Rodzaj zagospodarowania terenu
- standard odwodnienia terenu
Częstość wystąpienia
wylania
[1 raz na C lat]
1 na 1 I Tereny pozamiejskie 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
Biorąc pod uwagę obecną wiedzę na temat trendoacutew zmian klimatu do 2100 roku
dostosowanie typowych opadoacutew projektowych do wymiarowania i modelowania odwodnień
terenoacutew (tab 11 divide 13) można dokonać poprzez korektę ich intensywności - krzywych IDF o
obecnych częstościach występowania lub zmieniając częstości występowania wspoacutełczesnych
opadoacutew projektowych Oznacza to że dzisiejsze intensywności opadoacutew należy zwiększyć o
około 20 dla C = 1 rok do około 50 dla C = 10 lat lub też częstości występowania
obecnych opadoacutew należy zredukować około 2 razy Na tej podstawie opracowano wytyczne
do identyfikacji przyszłych przeciążeń hydraulicznych w systemach kanalizacyjnych Flandrii
w Belgii [2]
W Niemczech zalecono korektę częstości opadoacutew projektowych przyjmowanych
obecnie do weryfikacji nadpiętrzeń i wylewoacutew - wg standardoacutew DWA-A1182006 i EN
7522008 Przykładowo dla terenoacutew mieszkaniowych zaproponowano scenariusz opadoacutew C
= 5 lat zamiast C = 3 lata (wg tab 13) - do weryfikacji występowania przyszłych nadpiętrzeń
oraz scenariusz opadoacutew ekstremalnych o C = 100 lat - dla zapewnienia wymaganej obecnie
dopuszczalnej częstości wylewoacutew raz na 20 lat (wg tab 11) Na tej podstawie Krajowy
Urząd ds Środowiska w Bawarii wydał w 2009 roku zalecenie odnośnie częstości opadoacutew do
identyfikacji przyszłych przeciążeń kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej w Poacutełnocnej
Nadrenii-Westfalii co przedstawiono w tabeli 44
Tab 44 Zmiany do zaleceń DWA-A1182006 i EN 752 odnośnie scenariuszy opadoacutew do
identyfikacji przeciążeń systemoacutew kanalizacyjnych w przyszłości dla Poacutełnocnej Nadrenii-Westfalii
wg Merkblatt Nr 4332009
Rodzaj zagospodarowania terenu
Częstości opadoacutew do symulacji
- nadpiętrzeń - wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Tereny wiejskie 3 zamiast 2 50 zamiast 10
Tereny mieszkaniowe 5 zamiast 3 100 zamiast 20
Centra miast tereny usług i przemysłu 10 zamiast 5 100 zamiast 30
43 DZIAŁANIA PREWENCYJNE I ZARADCZE
431 Identyfikacja potencjalnych przeciążeń systemoacutew kanalizacyjnych w przyszłości
Z powodu globalnych regionalnych i lokalnych zmian klimatycznych w przyszłości
wystąpi jeszcze więcej ekstremalnych zjawisk opadowych ktoacutere będą powodować lokalne
szkody na terenach zurbanizowanych Odpowiednie działania prewencyjne i zaradcze w celu
zminimalizowania negatywnych skutkoacutew takich zdarzeń w przyszłości są już dziś pilnie
potrzebne bowiem budowane obecnie systemy odwodnień terenoacutew powinny sprawdzać się w
działaniu w horyzoncie czasowym 2100 roku Tak więc wymiarując dzisiejsze systemy
kanalizacyjne powinniśmy uwzględniać prognozowane scenariusze opadoacutew w przyszłości
Pierwszym etapem do identyfikacji przeciążeń kanałoacutew i obiektoacutew w przyszłości
powinna być symulacja działania istniejącego bądź nowoprojektowanego systemu
KANALIZACJA I
34
odwodnienia odnośnie nadpiętrzeń Parametrami kryterialnymi do wykazania konieczności
dostosowania danego systemu odwodnienia do zmian klimatycznych mogą być objętość
właściwa wylewoacutew (OWW) stopień zatopienia studzienek (SZS) i stopień wykorzystania
kanałoacutew (SWK) Wskaźnik OWW (w m3ha) wynika z obliczonej objętości wylewoacutew z
kanałoacutew (V w m3) względem uszczelnionejzredukowanej powierzchni Fzr zlewni (w ha)
zrF
VOWW (46)
Wskaźnik SZS ujmuje stosunek liczby zalanych do powierzchni terenu studzienek (Nz)
do ogoacutelnej liczby studzienek (N) danego systemu lub powiązanych wzajemnie jego części
N
NSZS
z (47)
Wskaźnik SWK pozwala na ocenę średniego ważonego stopnia wykorzystania
przepustowości hydraulicznej całej sieci danego systemu odwadniającego lub jego części
i
n
iproj
i
i
l
Q
Ql
SWK1
max
(48)
gdzie
Qmaxi - maksymalna obliczona wartość strumienia odpływu i-tego odcinka kanału m3s
Qproji - maksymalna projektowa wartość strumienia odpływu i-tego odcinka m3s
li - długość i-tego odcinka sieci kanalizacyjnej złożonej z n odcinkoacutew m
Wartości graniczne wskaźnikoacutew OWW SZS i SWK powinny być ustalane indywidualnie
dla danego systemu Przykład z [2] podano w tab 49
Tab 49 Parametry do oceny konieczności adaptacji kanalizacji do zmian klimatu Skala wartości wskaźnikoacutew
SWK [-]
00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 2 gt2
SZS [-]
0 005 01 015 02 025 03 035 04 045 05 gt05
OWW [m3ha]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 gt20
Potrzeba
dostosowania brak średnia duża
W przypadku gdy zidentyfikowane zostaną lokalne przeciążenia systemu (wg
scenariuszy z tab 44) konieczne są dalsze analizy ryzyka podatności Można tego dokonać
na podstawie ocen GIS ilub in-situ a w przypadku stwierdzenia rozległych przeciążeń
niezbędna staje się dodatkowa symulacja działania systemu w połączeniu z cyfrowym
modelem terenu Zalecane jest to zwłaszcza w przypadku gdy co najmniej dwa kryterialne
parametry oceny (OWW i SZS lub SWK) wskazują na wysoką potrzebę adaptacji (tab 49)
Szczegoacutełowa analiza wynikoacutew symulacji pozwala na wytyczenie granic terenoacutew zalewowych
a także na specyfikację głębokości wody szybkości strumienia i objętości spływu wody
Dalsze kroki planowania powinny polegać na wskazaniu potencjalnych rezerwuaroacutew
(np zagłębień terenowych) do retencjonowania lub ewentualnie kierowania fali spływu
powierzchniowego na tereny słabiej zagospodarowane (nieużytki ogrody działkowe boiska
sportowe) z ewentualnym zaleceniem podwyższenia krawężnikoacutew lub też budowy wałoacutew
przeciw powodziowych (trwałych bądź zastawkowych)
432 Zasady miejscowego zagospodarowania woacuted opadowych
Zagrożenia dla systemoacutew kanalizacyjnych wynikające ze zmian klimatu wywoływane
są zaroacutewno omoacutewionymi już czynnikami klimatycznymi (wzrost temperatury powietrza i
KANALIZACJA I
35
zmiany w strukturze opadoacutew) jak i poza klimatycznymi związanymi min ze zmianami
sposobu zagospodarowania czy użytkowania terenu Na zmiany klimatu nakłada się więc
wpływ szeregu procesoacutew urbanizacyjnych w tym intensywna działalność gospodarcza i
zajmowanie nowych obszaroacutew szczegoacutelnie wrażliwych na skutki zmian klimatu (np obszary
zalewowe) Wzrasta też na ogoacuteł udział powierzchni nieprzepuszczalnych na terenach już
zabudowanych
Naturalny obieg wody w przyrodzie charakteryzuje się roacutewnowagą pomiędzy
zjawiskami opadoacutew atmosferycznych a procesami spływu powierzchniowego infiltracji do
gruntu (i do woacuted podziemnych) oraz parowania do atmosfery Dynamiczna urbanizacja
terenoacutew miejskich przyczynia się do zwiększenia powierzchni uszczelnionych na obszarach
do niedawna słabo zagospodarowanych lub pokrytych roślinnością Skutkuje to zmianami
intensywności spływu powierzchniowego woacuted opadowych Wielkość infiltracji woacuted
opadowych do gruntu w warunkach naturalnych szacowana jest zwykle na poziomie
80divide100 przy spływie powierzchniowym wynoszącym 20divide0 Rozwoacutej miast i związany z
tym proces uszczelniania powierzchni burzy te proporcje W zależności od stopnia
urbanizacji spływ powierzchniowy może sięgać nawet powyżej 80 a naturalna infiltracja
woacuted opadowych może zostać ograniczona do poziomu poniżej 20 (rys 47)
Rys 47 Spływ powierzchniowy i podziemny woacuted opadowych w zależności
od stopnia urbanizacji terenu [httplincolnnegov]
Zgodnie z zasadą zroacutewnoważonego rozwoju prawidłowa gospodarka wodna na
terenach zurbanizowanych powinna polegać na zagospodarowaniu jak największej objętości
bdquoczystychrdquo woacuted opadowych tak aby
zmniejszyć i opoacuteźnić spływ powierzchniowy woacuted do odbiornikoacutew oraz
zapobiec obniżaniu się poziomoacutew woacuted podziemnych w miastach
Wykorzystuje się w tym celu procesy retencji infiltracji i ewapotranspiracji w
takich obiektach jak zbiorniki retencyjno-infiltracyjne naturalne niecki terenowe czy
lansowane ostatnio tzw zielone dachy [2] Unikać przy tym należy generalnie nadmiernego
uszczelniania powierzchni terenu (stosować np utwardzanie ażurowe) Przyczyni się to w
bezpośredni bądź pośredni sposoacuteb do ochrony terenoacutew zurbanizowanych przed powodziami
miejskimi ndash wylewami z kanałoacutew
Wodyścieki opadowe (deszczowe i roztopowe) pochodzące z zanieczyszczonych
uszczelnionych powierzchni terenoacutew zurbanizowanych przed wprowadzeniem ich do gruntu
powinny być podczyszczane Wynika to z Rozporządzeń Ministra Środowiska (RMŚ) z 2006
i 2014 roku Nie dotyczy to woacuted opadowych pochodzących z niezanieczyszczonych
szczelnych powierzchni (np z dachoacutew budynkoacutew na terenach mieszkaniowych)
KANALIZACJA I
36
Infiltracja z retencją powierzchniową stosowana jest na terenach zielonych Najczęściej
wykorzystuje się do tego celu naturalne zagłębienia terenu jako tzw niecki rozsączające w
ktoacuterych napełnienie wodą nie przekracza zwykle 03 m Zbiorniki rozsączające to zazwyczaj
wyprofilowane zagłębienia terenu w ktoacuterych napełnienie wodą nie przekracza 10 m
Poprawę zdolności chłonnych zbiornikoacutew oraz efektoacutew samooczyszczania woacuted opadowych
można uzyskać poprzez obsianie dna i skarp odpowiednio dobranymi mieszankami traw i
innej roślinności
Infiltracja z retencją podziemną - rozsączanie podziemne woacuted opadowych może się
odbywać poprzez skrzynki czy komory rozsączające oraz studnie czy drenaże chłonne [2] a) b) c)
Rys 48 Schematy przykładowych urządzeń do rozsączania podziemnego woacuted deszczowych
a) skrzynki rozsączające b) komora rozsączająca c) studnia chłonna
Skrzynki rozsączające umieszcza się zwykle w odpowiednio głębokich wykopach w
ktoacuterych wykonuje się warstwę drenażową - o dużej wartości wspoacutełczynnika filtracji Komory
rozsączające charakteryzują się na ogoacuteł bardziej wytrzymałą konstrukcją nośną w stosunku
do skrzynek rozsączających Są najczęściej stosowane do odwadniania dużych powierzchni
Studnie i drenaże chłonne znajdują zastosowanie przy braku naturalnych odbiornikoacutew i przy
ograniczonych możliwościach zastosowania urządzeń o większej powierzchni infiltracji
5 METODY BILANSOWANIA STRUMIENI ŚCIEKOacuteW
51 ŚCIEKI BYTOWO-GOSPODARCZE I PRZEMYSŁOWE
Grawitacyjne kanały ściekowe (tj bytowo-gospodarcze i przemysłowe) wymiaruje się
na maksymalny godzinowy strumień objętości ściekoacutew bytowo-gospodarczych i
przemysłowych (w dobie maksymalnej) z uwzględnieniem strumienia woacuted przypadkowych
tj infiltracyjnych i deszczowych (w okresie mokrej pogody) Miarodajny do wymiarowania
strumień objętości ściekoacutew Qm śc (w dm3s) obliczać należy z wzoru [2]
Qm śc = Qbg + Qp + Qinf + Qwd (513)
lub ogoacutelnie
Qm śc = Qbg + Qp + Qprzyp (513a)
gdzie
Qbg - strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych dm3s
Qp - strumień ściekoacutew przemysłowych dm3s
Qinf - strumień woacuted infiltracyjnych (przypadkowy) dm3s
Qwd - strumień woacuted deszczowych (przypadkowy) dm3s
Qprzyp - łączny strumień woacuted przypadkowych (Qinf + Qwd) dm3s
Kanały ściekowe należy więc dobierać na miarodajną wartość strumienia ściekoacutew i woacuted
przypadkowych Qm śc (z wzoroacutew (513) lub (513a)) z pozostawieniem rezerwy na
przyszłościowy rozwoacutej tj na potencjalny wzrost wartości strumienia ściekoacutew w przyszłości
(w perspektywie większej niż 50 lat)
KANALIZACJA I
37
Bilans odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych opracowuje się wg
podobnych zasad jak bilans zapotrzebowania na wodę - do wymiarowania wodociągoacutew
Obecnie odstępuje się od sporządzania szczegoacutełowych bilansoacutew wodnych zwłaszcza na
perspektywę ge 50 lat na rzecz bilansoacutew opartych na wskaźnikach jednostkowych bądź
scalonych
W metodach bilansowania odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
wykorzystuje się wskaźniki zużycia wodyodpływu ściekoacutew
jednostkowe średnio-dobowe (w dm3d) - w przeliczeniu na mieszkańca (Mk)
scalone maksymalne-godzinowe (w dm3s) - w przeliczeniu na mieszkańca (Mk)
ilub na powierzchnię jednostkową danej zlewni (w ha)
Strumień objętości odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych (Qbg) i przemysłowych
(Qp) można więc zbilansować dwoma metodami
A metodą wskaźnikoacutew średnich dobowych (MWŚD) bądź
B metodą wskaźnikoacutew maksymalnych godzinowych (MWMG)
Ad A Bilans ściekoacutew Qbg i Qp wg metody wskaźnikoacutew średnich dobowych (MWŚD)
Średnie dobowe w roku (Qdśr) zużycie wodyodpływ ściekoacutew (w m3d) wynosi
idisrd QQ
365
1365
1
(51)
Rys 51 Nieroacutewnomierność poboru wody bądź odpływu ściekoacutew w roku (0274=100365 d)
Wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności dobowej (Nd) i maksymalny dobowy odpływ
ściekoacutew (Qdmax) wynosi
ddsrd
dsr
dd NQQ
Q
QN max
max (52)
Wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności godzinowej (Nh) i maksymalny godzinowy odpływ
ściekoacutew (Qhmax) w dobie o Qdmax wynosi
hhsrh
d
h
hsr
hh NQQ
Q
Q
Q
QN max
max
maxmax 24 (53)
Rys 52 Nieroacutewnomierność odpływu ściekoacutew w dobie (4167=10024 h)
Stąd maksymalny godzinowy strumień objętości ściekoacutew (w dm3s) wyniesie
86400max srdhdh QNNQ (54)
KANALIZACJA I
38
UWAGA Wielkość zużycia wody w danej jednostce osadniczej określić można
najdokładniej na podstawie zarejestrowanego poboru wody (z wodomierzy) Odpływ
ściekoacutew bytowo-gospodarczych czy przemysłowych jest mniejszy od 100 rejestrowanego
poboru wody i ma mniejszą nieroacutewnomierność godzinową (retencja sieci) w stosunku do
poboru wody w tym przesuniętą w czasie (rys 53)
Rys 53 Nieroacutewnomierność poboru wody i odpływu ściekoacutew w dobie
Najpierw bilansuje się średnie dobowe (w m3d) zapotrzebowanie na wodę w
poszczegoacutelnych elementach zagospodarowania przestrzennego (Lp od 1 do 4 w tab 51a)
posługując się liczbą mieszkańcoacutew (LMk) miastaosiedlastrefy i wskaźnikiem jednostkowego
średniego dobowego zapotrzebowania na wodę (qj)
Qd śr = 0001
4
1i
q j middot LMk (55)
gdzie
qj - wskaźnik jednostkowego dobowego zużycia wody na mieszkańca w dm3d (tab 51a)
LMk - liczba mieszkańcoacutew miastaosiedlastrefy Mk
Tab 51a Wskaźniki jednostkowego zapotrzebowania na wodę w miastach [1 2]
Lp
Elementy zagospodarowania
przestrzennego
terenu zurbanizowanego
Jedno-
stka
Wskaźnik
zużycia wody
qj dm3d
Wspoacutełczynnik
nieroacutewnomierności
dobowej Nd
1
Mieszkalnictwo
wielo- i jednorodzinne I
wg klasy wyposażenia II
instalacyjnego mieszkań III
Mk
Mk
Mk
140 divide 160
80 divide 100
70 divide 90
15 divide 13
15 divide 13
20 divide 15
2 Usługi ogoacutelnomiejskie Mk 60 13
3 Komunikacja zbiorowa Mk 4 12
4 Tereny przemysłowo-składowe Mk 70 115
I klasa - pełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z dostawą ciepłej wody użytkowej z zewnątrz
II klasa - pełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z lokalnym źroacutedłem ciepłej wody użytkowej
III klasa - niepełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z lokalnym źroacutedłem ciepłej wody użytkowej
UWAGA Podane w tabeli 51a informacje dotyczące wskaźnikoacutew zapotrzebowania na wodę dla
bdquomieszkalnictwardquo (wg RMI z 2002 roku) w odniesieniu do I klasy wyposażenia instalacyjnego
mieszkań (tj z dostawą ciepłej wody użytkowej z zewnątrz ndash np z miejskiej ciepłowni) są obecnie
zawyżone 140divide160 dm3d na Mk w stosunku do wskaźnika dla II klasy (tj mieszkań z lokalnym
źroacutedłem ciepłej wody użytkowej) 80divide100 dm3d na Mk Według najnowszych badań [2]
należałoby na perspektywę dla I klasy przyjmować wskaźnik jednostkowy w granicach 100divide160
dm3d na Mk (niższe wartości dla małych miast)
Następnie oblicza się maksymalny dobowy strumień odpływu ściekoacutew (w m3d) z
wykorzystaniem wzoroacutew [2]
Qdmax śc = Σ (Qd śr middot Nd middot η) (56)
lub
Qdmax śc = 0001 Σ (qj middot LMk middot Nd middot η) (57)
KANALIZACJA I
39
gdzie
Nd ndash wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności dobowej (wg tab 51a) -
η ndash wspoacutełczynnik (zmniejszający) określający strumień odpływu ściekoacutew -
Dobowy odpływ ściekoacutew jest mniejszy od poboru wody wodociągowej o wartość
mnożnika [1 2]
η = 095 - dla mieszkalnictwa (wielo- i jednorodzinnego)
η = 095 - dla usług ogoacutelnomiejskich
η = 10 - dla komunikacji zbiorowej
η = 085 - dla terenoacutew przemysłowo-składowych
Przyjmując za podstawę obliczony z wzoroacutew (56) lub (57) maksymalny dobowy
strumień ściekoacutew w poszczegoacutelnych elementach zagospodarowania przestrzennego (Lp 1 divide 4
ndash wg tab 51a) jako Qdmax śc = 100 sporządza się histogramy odpływoacutew godzinowych
ściekoacutew (w m3h) wykorzystując do tego (z braku odpowiednich badań) istniejące modele
symulacyjne zapotrzebowania na wodę tj procentowe rozbiory w poszczegoacutelnych godzinach
(w dobie maksymalnej) podane w tabeli 52a Zwykle decydujący o wielkości odpływu
ściekoacutew jest udział mieszkalnictwa ndash najczęściej 60divide80 Qd max śc
Tab 52a Modele symulacyjne rozkładoacutew godzinowych zapotrzebowania
na wodęodpływu ściekoacutew w dobie maksymalnej [1 2]
Godziny
od - do
Elementy zagospodarowania przestrzennego
Mieszkalnictwo Usługi
ogoacutelno-
miejskie
Komunika-
cja zbiorowa
Tereny
przemy-
słowe wieloro-
dzinne
jedno-
rodzinne
0 ndash 1 125 135 100 - 050
1 ndash 2 085 065 100 1650 050
2 ndash 3 085 065 100 1650 050
3 ndash 4 085 065 100 1650 050
4 ndash 5 210 085 100 1650 050
5 ndash 6 250 (300) 300 100 - 050
6 ndash 7 545 (625) 515 100 - 875
7 ndash 8 625 (545) 475 200 - 875
8 ndash 9 495 (445) 445 300 - 875
9 ndash 10 440 420 700 850 875
10 ndash 11 420 340 1000 850 875
11 ndash 12 405 340 1200 850 875
12 ndash 13 390 340 1200 850 875
13 ndash 14 430 400 1200 - 875
14 ndash 15 440 420 1000 - 325
15 ndash 16 475 380 700 - 325
16 ndash 17 565 435 300 - 325
17 ndash 18 530 500 300 - 325
18 ndash 19 565 685 300 - 325
19 ndash 20 630 915 300 - 325
20 ndash 21 660 900 200 - 325
21 ndash 22 680 745 200 - 325
22 ndash 23 545 550 100 - 050
23 ndash 24 320 480 100 - 050
Suma 100 100 100 100 100
- przy założonej zmianowości pracy I zmiana - 70 II zmiana - 26 III zmiana - 4
( ) - w nawiasach podano wartości dla miast o przewadze funkcji przemysłowych
Zsumowanie odpływoacutew ściekoacutew w poszczegoacutelnych godzinach z wszystkich elementoacutew
zagospodarowania (tab 52a) prowadzi do określenia największej wartości godzinowego
odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych (w m3h) - najczęściej
występującej w godzinach rannych 600 divide 800 lub wieczornych - 1900 divide 2200
Qhmax śc = Qbg + Qp
- ktoacutera jest następnie przeliczana na dm3s (dzieląc przez 36) i podstawiana do roacutewnań
bilansowych ściekoacutew Qm śc - do wzoroacutew (513) i (513a))
KANALIZACJA I
40
Ad B Bilans Qbg i Qp wg metody wskaźnikoacutew maksymalnych godzinowych (MWMG)
W Niemczech średnie dobowe zużycie wody przez mieszkańca łącznie z usługami
kształtuje się na poziomie od 80 do 200 dm3d W Polsce odpowiednio od 90 dm3d do 220
dm3d Wartości przeciętne są na podobnym poziomie ok 130 dm3(dmiddotMk) Z braku
aktualnych danych o wskaźnikach nieroacutewnomierności dobowej (Nd) i godzinowej (Nh)
odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych w Polsce można posługiwać się wytycznymi
niemieckimi wg DWA-A118 z 2006 r [1 2 3] ktoacutere na perspektywę 50 lat przewidują
wskaźnik scalony
qbg = 0004divide0005 dm3s - na 1 mieszkańca
- jako maksymalny godzinowy odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych z mieszkalnictwa
wraz z usługami ogoacutelnomiejskimi Stąd strumień ściekoacutew Qbg (w dm3s) można oszacować z
wzoroacutew [2]
Qbg = qbg middot Z middot Fbg (58)
lub
Qbg = qbg middot LMk (58a)
gdzie
qbg - wskaźnik maksymalnego odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych dm3(s∙Mk)
Z - gęstość zaludnienia miast Mkha
Fbg - powierzchnia zlewni miejskiej ściekoacutew bytowo-gospodarczych ha
LMk - liczba mieszkańcoacutew miastaosiedlastrefy Mk
Zaludnienie na terenach zurbanizowanych (Z) kształtuje się zwykle na poziomie od 20
Mkha do 300 Mkha
Odnośnie ściekoacutew przemysłowych ndash na wydzielonych powierzchniach miasta (Fp w
ha) można posługiwać się wskaźnikami scalonymi maksymalnego godzinowego odpływu
ściekoacutew przemysłowych wg DWA-A118 skąd strumień Qp (w dm3s) oszacować można z
ogoacutelnego wzoru [2]
ppp FqQ (59)
gdzie
qp(n) = 02divide05 dm3(s∙ha) - wskaźnik odpływu ściekoacutew z przemysłu niewodochłonnego
qp(w) = 05divide10 dm3(s∙ha) - wskaźnik odpływu ściekoacutew z przemysłu wodochłonnego
Fp ndash powierzchnia zlewni ściekoacutew przemysłowych (powierzchnia wydzielonych terenoacutew
przemysłowych) ha
UWAGA 1 Wartość strumienia jednostkowego qp zależny od branży i technologii produkcji
ale też od czasu pracy - zmianowości itp W Polsce dotychczasowe wytyczne (z lat 60-tych
XX wieku) przewidywały qp(n) = 03divide12 dm3(s∙ha) oraz qp(w) = 12divide58 dm3(s∙ha) co jest
obecnie wysoce nie racjonalne ()
Rys 54 Wpływ zmianowości pracy w przemyśle na nieroacutewnomierność godzinową odpływu ściekoacutew
KANALIZACJA I
41
UWAGA 2 Przemysł min ze względu na zmianowość pracy może mieć istotny wpływ na
nieroacutewnomierność godzinową odpływu ściekoacutew Przykład na rysunku 54
UWAGA 3 Odpływ ściekoacutew z terenoacutew przemysłowych może być większy od
rejestrowanego poboru wody wodociągowej Zakłady przemysłowe posiadają często własne
ujęcia wody woacutewczas wartość strumienia (Qp) i nieroacutewnomierność odpływu ściekoacutew
przemysłowych należy ustalać na podstawie ankiet ilub pomiaroacutew
52 BILANS WOacuteD PRZYPADKOWYCH
Szczegoacutełowe ustalenie strumieni ściekoacutew - miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew
powinno uwzględniać dodatkowo dopływ woacuted przypadkowych tj głoacutewnie infiltracyjnych i
opadowych Qprzyp = Qinf + Qwd (w dm3s) Głoacutewnie wskutek starzenia się materiałoacutew ndash
kanałoacutew dochodzi do ich uszkodzeń i rozszczelnień co powoduje
infiltrację woacuted podziemnych do wnętrza kanałoacutew bądź też
eksfiltrację ściekoacutew do gruntu i skażenie woacuted podziemnych
Wg nieaktualnych polskich wytycznych technicznych z 1965 roku w przypadku gdy
dno kanału zagłębione jest pod zwierciadłem wody podziemnej o H le 4 m (wg rys 55)
jednostkową wartość infiltracji (qinf ) należało przyjmować
dla sieci osiedlowej qinf = 10 m3(d∙km) lub odpowiednio 05 divide 20 m3(d∙ha)
dla sieci miejskiej
qinf = 10 m3(d∙km) lub 05divide20 m3(d∙ha) - kanały murowane i tworzywowe
qinf = 30 m3(d∙km) lub 15divide60 m3(d∙ha) - kanały kamionkowe
qinf = 40 m3(d∙km) lub 20divide80 m3(d∙ha) - kanały betonowe
Rys 55 Zagłębienie kanału względem zwierciadła wody podziemne
Przy zagłębieniu kanałoacutew H gt 4 m należało zwiększyć qinf o 20 co 1 m - powyżej 4
m Dla przykładu dla H = 6 m i kanału miejskiego z kamionki qinf = 14 middot 30 = 42 m3(d∙km)
UWAGA Obecnie wykonuje się proacuteby szczelności nowych kanałoacutew - przy odbiorze
technicznym - mniejsza będzie infiltracja w przyszłości
Obok woacuted infiltracyjnych wody przypadkowe stanowią wody deszczowe dopływające
do kanałoacutew ściekowych (podczas pogody deszczowej) przez
otwory wentylacyjne we włazach studzienek kanalizacyjnych
błędne podłączenia np rynien dachowych wpustoacutew podwoacuterzowych itp
Tabela 53 Możliwe składowe woacuted przypadkowych w zależności od rodzaju kanałoacutew [ATV A-118]
Kanał ogoacutelnospławny Kanał deszczowy Kanał ściekowy - infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- dopływające wody drenażowe i
źroacutedlane
- dopływające wody drenażowe
źroacutedlane oraz powierzchniowe (ze
strumieni potokoacutew itp)
- dopływające wody drenażowe i
źroacutedlane
- dopływające ścieki (bdquosanitarnerdquo)
poprzez błędne podłączenia
- dopływające wody deszczowe
poprzez włazy studzienek i błędne
podłączenia
KANALIZACJA I
42
Strumień dopływu woacuted przypadkowych zależy od charakterystyki miastaosiedla tj
rodzaju materiału kanałoacutew jakości wykonania i wieku kanałoacutew oraz zagłębienia pod
zwierciadłem wody podziemnej spadkoacutew powierzchni terenu rodzaju nawierzchni droacuteg itp
Można go oszacować przez pomiar strumienia przepływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i
przemysłowych w godzinach nocnych - przy odciętym dopływie wody wodociągowej
podczas pogody deszczowej i bezdeszczowej
Na podstawie wytycznych niemieckich DWA-A 1182006 zaleca się przyjmowanie
następujących wartości wskaźnikoacutew jednostkowych woacuted przypadkowych [1 2 3]
qinf [005 015] dm3(s∙ha) - dla infiltracji (wg polskich wytycznych np dla H le 40
m wskaźnik ten wynosiłby qinf = 0006divide010 dm3(s∙ha))
qwd [02 07] dm3(s∙ha) - dla dopływu woacuted deszczowych (nie uwzględniany w
bilansach ściekoacutew wg dotychczasowych polskich wytycznych )
czyli łącznie
qprzyp [025 085] dm3(s∙ha) - do bilansu ściekoacutew wg wzoru (513a)
Strumień woacuted przypadkowych Qprzyp = Qinf + Qwd (w dm3s) można określać oddzielnie ndash
dla powierzchni cząstkowych zlewni ściekoacutew bytowo-gospodarczych (Fbg w ha) oraz zlewni
ściekoacutew przemysłowych (Fp w ha) korzystając z wzoroacutew [1 2]
Qprzyp b-g = Qinf + Qwd = (qinf + qwd) middot Fbg
Qprzypp = Qinf + Qwd = (qinf + qwd) middot Fp
Przykład metodyczny Podział zlewni ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych na
powierzchnie cząstkowe przynależne do danego odcinka kanału ściekowego (A-B-C) i
obliczenia strumieni ściekoacutew do doboru średnic ndash schemat na rys 57
Rys 57 Schemat podziału zlewni ściekoacutew na powierzchnie cząstkowe
Wymiar kanału na odcinku AB dobieramy na strumień miarodajny - maksymalny
godzinowy QB (w dm3s) - bezpośrednio przed węzłem B
QB = qbg middot Z middot sumFbg AB + [(qinf + qwd) middot sumFbg AB]
a wymiar kanału na odcinku BC na łączny strumień QC (na odcinkach AB i BC) -
bezpośrednio przed węzłem C
QC = QB + qbg middot Z middot Fbg BC + [(qinf + qwd) middot Fbg BC] + qpmiddot Fp BC + [(qinf + qwd) middot Fp BC]
KANALIZACJA I
43
53 ZALECANE WYPEŁNIENIA KANAŁOacuteW ŚCIEKOWYCH
Dotychczas w Polsce (wg WTP z 1965 r) błędnie przyjmowano ryczałtowo strumień
woacuted przypadkowych w tym infiltracyjnych z rezerwą na przyszłościowy rozwoacutej w
wysokości 100 Qh max śc tj ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych a wymiar
kanału dobierano na 2Qh max śc - do całkowitego wypełnienia kanału Zmienione zasady
projektowe w 1983 roku [wg IKŚ] zalecały przyjmowanie wypełnień względnych kanałoacutew
ściekowych hD le 06 (tj do 60 średnicy) dla kanałoacutew o średnicach D lt 10 m ale dla
miarodajnego (maksymalnego godzinowego) strumienia samych ściekoacutew Q = Qbg + Qp
czyli do 67 obliczeniowej przepustowości całkowitej (Qo = 100) kanału kołowego Tym
samym ograniczono rezerwę przepustowości takich kanałoacutew ndash łącznie na wody przypadkowe
i infiltracyjne oraz na przyszłościowy rozwoacutej - z ok 50 do ok 33 (rys 56)
przepustowości całkowitej (Qo) Prowadziło to do niedowymiarowania średnic kanałoacutew
Rys 56 Przykładowe krzywe sprawności hydraulicznej kanału kołowego (QQo od hD)
Wypracowane w Niemczech zasady wymiarowania kanałoacutew ściekowych są
poprawniejsze bowiem rezerwa bezpieczeństwa przepustowości kanałoacutew (na przyszłościowy
rozwoacutej) jest uwzględniana dopiero po wyznaczeniu miarodajnego odpływu ściekoacutew Qm śc tj
łącznie ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych oraz woacuted przypadkowych
(infiltracyjnych i woacuted deszczowych) Tak więc miarodajny strumień objętości ściekoacutew
wyznacza się dla 4 składowych dopływu
Qm śc = Qbg + Qp + Qinf + Qwd (513)
- a kanały ściekowe dobiera się na wypełnienie hD od 50 do 70 co odpowiada
przepustowości całkowitej (Qo = 100) przekroju kołowego od 50 do 83 (rys 56) czyli
pozostaje bdquoczystardquo rezerwa na przyszłościowy rozwoacutej od 50 do 17 Qo ndash w zależności od
ważności kanału ściekowego w systemie Powstająca w ten sposoacuteb bdquonadwyżkardquo
przepustowości kanału nie może być w żadnym wypadku traktowana w kategorii
bdquorozrzutnościrdquo lecz jako zabezpieczenie pewności działania systemu (ochrony przed
wylaniem) a także jako rezerwa rozwojowa do ewentualnego wykorzystania w przyszłości
Zalecenia do doboru średnic kanałoacutew ściekowych
Obecnie wg wytycznych DWA-A 1182006 jako minimalną średnicę kanałoacutew bytowo-
gospodarczych i przemysłowych w miastach należy przyjmować Dmin = 025 m a tylko w
uzasadnionych przypadkach dopuszcza się (jak w dotychczas) Dmin = 020 m ndash na
początkowych odcinkach sieci przy znacznych spadkach terenu i luźnej zabudowie
Minimalne spadki dna kanałoacutew ściekowych można obliczać z formuły imin = 1D (imin
w [permil] dla D w [m]) Jednakże dla małych względnych wypełnień kanałoacutew ściekami hD le
03 spadki dna powinny być znacznie większe niż obliczane z formuły 1D ze względu na
niespełnianie woacutewczas hydromechanicznych warunkoacutew transportu zawiesin (organicznych i
mineralnych) zawartych w ściekach w tym wleczonych przy dnie kanału (podano to w
notatkach - wg rozdz 9 z podręcznika [2]) Spadek maksymalny dna kanałoacutew ściekowych
(imax) powinien wynikać z warunku nieprzekraczania prędkości maksymalnej Vmax = 30 ms
KANALIZACJA I
44
6 PODSTAWY BILANSOWANIA WOacuteD OPADOWYCH 61 OGOacuteLNA CHARAKTERYSTYKA SPŁYWOacuteW OPADOWYCH
611 OPADY ATMOSFERYCZNE
Opady atmosferyczne w naszej szerokości geograficznej występują głoacutewnie w postaci
deszczu (ciekłej) oraz śniegu i gradu (stałej) Ze względu na odmienny charakter spływu
natychmiastowy w przypadku deszczu
przesunięty w czasie w przypadku topnieniu śniegu czy lodu
do wymiarowania kanalizacji rozważane są wyłącznie opady deszczowe jako dające
największe chwilowe odpływy Spływy woacuted pochodzące z topnienia śniegu czy lodu
stwarzają problemy natury jakościowej - są silnie zanieczyszczone min pyłami
atmosferycznymi po długim okresie zalegania na powierzchni terenu Ogoacutelnie zjawisko
opadoacutew deszczowych charakteryzują 3 parametry
intensywność deszczu I = ΔhΔt (zmiany wysokości opadu Δh w czasie Δt)
czas trwania deszczu t
zasięg terytorialny F
Intensywność deszczu nie jest stała w czasie jego trwania jak też w przestrzeni objętej
opadem Deszcze wyjątkowo intensywne (tzw ulewne czy nawalne) zdarzają się rzadko (raz
na kilka czy raz na kilkanaście lat) trwają kroacutetko i mają mały zasięg terytorialny Przykład
lokalne bdquooberwanie chmuryrdquo Deszcze mało czy średnio intensywne występują częściej
trwają dłużej i obejmują większe obszary Przykład opad regionalny typu bdquokapuśniaczekrdquo UWAGA W kanalizacji posługujemy się częściej pojęciem jednostkowego natężenia
deszczu q w dm3s ha zamiast intensywności deszczu I = ΔhΔt w mmmin Między tymi
wielkościami zachodzi związek wynikający z przeliczenia jednostek miar
q = 16667∙I (63)
i odwrotnie I = q 16667
Zasięg deszczu (w km2) opisuje w przybliżeniu formuła Rosłońskiego dla I lt 5
mmmin
F = 5(5 ndash I)3 (64)
Przykładowo
- dla I = 1 mmmin (q = 167 dm3s ha) - F = 320 km2 (- obszar dużego miasta)
- dla I = 2 mmmin (q = 333 dm3s ha) - F = 135 km2 (- mniejsze miasto)
- dla I = 3 mmmin (q = 500 dm3s ha) - F = 40 km2 (- dzielnica miasta)
- dla I = 4 mmmin (q = 667 dm3s ha) - F = 5 km2 (- osiedle mieszkaniowe)
612 POROacuteWNANIE ILOŚCIOWE SPŁYWOacuteW DESZCZOWYCH ZE ŚCIEKAMI
Nie cały opad na obszarze zurbanizowanym - zlewni deszczowej o całkowitej
powierzchni F spływa do kanalizacji Część opadu deszczowego zwilża powierzchnie i
wyparowuje część wypełnia nieroacutewności terenu i wsiąka w grunt bądź też odpływa poza
zlewnię zgodnie ze spadkiem terenu Wysokość opadu ktoacutera nie stała się częścią spływu
określa się jako straty Pozostała część ndash tzw opad efektywny (dający już spływ
powierzchniowy) związany jest z tzw zlewnią zredukowaną Fzr (szczelną)
FFzr (65)
gdzie
ψ - wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego ψ = (H ndash (E + straty))H ψ[0 1]
H - wysokość opadu normalnego (średniego rocznego z wielolecia min 30 lat) mrok
E - wysokość parowania terenowego mrok bdquostratyrdquo - głoacutewnie wsiąkanie mrok
KANALIZACJA I
45
Przykładowe poroacutewnanie spływoacutew ściekoacutew i woacuted opadowych w roacuteżnym czasie
Jednostkową wielkość spływu powierzchniowego z opadoacutew w okresie obliczeniowym
np 1 roku z powierzchni zlewni F = 10 ha oszacować można (w m3rok) z wzoru
FHQ (66)
Przyjmując dla Polski opad normalny H = 060 m spływ woacuted opadowych z 1 ha
powierzchni przykładowo zlewni miejskiej przy średnim wspoacutełczynniku spływu ψ = 03
wyniesie
Odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych z 10 ha zabudowy miejskiej przy przyjęciu
gęstości zaludnienia Z = 200 Mkha i wskaźnika odpływu ściekoacutew qj = 02 m3Mk∙d ndash wraz z
usługami wyniesie w roku
rokmha
haMk
dMkmdFZqQ j
rocz
ść
33
1460001200)(
20365365
odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych jest ok 8 razy większy od odpływu woacuted opadowych
18180014600 rocz
op
rocz
ść QQ
Poroacutewnując jednak odpływy woacuted deszczowych i ściekoacutew w kroacutetkich okresach czasu -
w czasie trwania intensywnych opadoacutew (miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew
ogoacutelnospławnych i deszczowych) powyższe relacje odwroacutecą się Przykładowo przyjmując
średnie natężenie deszczu np q = 100 dm3s ha przy wspoacutełczynniku spływu ψ = 03
otrzymamy z powierzchni 1 ha
sdmhahasdmFqQ sek
op
33
300130)(100
a maksymalny godzinowy odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych przy Nd = 13 Nh = 20
qj = 200 dm3Mkmiddotd i Z = 200 Mkha wyniesie z powierzchni 1 ha
sdmha
haMk
dMkdmFZqNNQ jhd
sek
ść
33
2186400
01200)(
20023186400
Wynika stąd stosunek 252130 sek
ść
sek
op QQ 1 (czasem nawet 1001 - przy bardzo
rzadkich częstościach występowania intensywnych opadoacutew)
62 POMIARY OPADOacuteW DESZCZOWYCH 621 DESZCZOMIERZE KLASYCZNE
Do rejestracji wysokości opadoacutew atmosferycznych powszechnie stosowany jest
deszczomierz Hellmanna (rys 62) Składa się z cylindrycznej osłony i dwoacutech naczyń
montowanych na wysokości 10 m npt Naczynie goacuterne zakończone lejkiem kieruje opady
do naczynia dolnego - zbiornika Średnica wlotu wynosi 1596 cm stąd F = 200 cm2 Zwarta
budowa urządzenia zmniejsza parowanie Deszczomierze umieszcza się w okolicy
pozbawionej wysokich drzew
Rys 62 Deszczomierz Hellmanna
rokmmrokmFHQrocz
op
32 1800100003060
KANALIZACJA I
46
Odczyty odbywają się raz na dobę (najczęściej o godz 7 rano) Woda przelewana jest
woacutewczas ze zbiornika do szklanej menzurki gdzie odczytuje się jej objętość skąd wysokość
opadu h = VF (10 mm wysokości opadu oznacza 10 dm3m2)
Deszczomierz Hellmanna nie pozwala na rejestrację zmian intensywności opadoacutew w
czasie czy też czasu trwania poszczegoacutelnych faz opadoacutew Do tego celu służą (od połowy XX
wieku) tzw pluwiografy pływakowe - z graficznym zapisem zdarzeń na pluwiogramach
papierowych (rys 63) Dokładność pomiaru i zapisu takich urządzeń jest rzędu 01 mm
wysokości opadu tj 01 dm3m2
Rys 63 Schemat pluwiografu pływakowego
622 DESZCZOMIERZE NOWEJ GENERACJI - BEZOBSŁUGOWE
Pluwiometry wagowe Istotną wadą klasycznych deszczomierzy jest ich uciążliwa
obsługa - codzienna w przypadku deszczomierza Hellmanna i co kilka dni w przypadku
pluwiografu pływakowego (w tym także obecnie konieczność digitalizacji zapisoacutew na
pluwiogramach papierowych do formatu cyfrowego - do ich interpretacji czy archiwizacji)
Rozwoacutej automatyki elektroniki i radiotelefonii nowej generacji skutkował opracowaniem
nowych konstrukcji urządzeń do rejestracji opadoacutew deszczowych (ciekłych) i śnieżnych
(stałych) zwanych też pluwiointensometrami
Rys 64 Schemat pluwiointensometru wagowego
Pluwiointensometry wagowe pozwalają na rejestrację opadoacutew atmosferycznych (śniegu
i deszczu - opad łączny) z dokładnością do 001 mm wysokości opadu (h) Termostat z
grzałką umożliwia eksploatację urządzenia w okresach wczesnowiosennych i
poacuteźnojesiennych ndash przymrozki (rys 64) Pluwiogram w zapisie cyfrowym jest analogiczny
do wyżej omoacutewionego (papierowego) przesyłany może być drogą radiową do centrali
KANALIZACJA I
47
Pluwiometry korytkowe Deszczomierze z naczyniami wywrotnymi (korytkami)
stosowane są w automatycznych stacjach meteorologicznych min od 2007 r w sieci
IMGW-PIB - deszczomierze typu RG 50 firmy SEBA Wyposażone są w dwa na przemian
napełniane i oproacuteżniane zbiorniczki o małej pojemności (2 cm3)
Rys 65 Fragment zapisu opadu z dnia 7 VII 2009 r z deszczomierza SEBA na
stacji IMGW w Legnicy (suma wysokości opadu 1820divide2255 ndash h = 387 mm)
Impulsy zadziałania rejestrowane są z dokładnością sekundową i wysyłane drogą
radiową do centrali w zapisie cyfrowym - w formie zestawień tabelarycznych wykresoacutew
słupkowych (hietogramoacutew) czy pluwiogramoacutew - przykład na rysunku 65 Jeden impuls
odpowiada opadowi o wysokości h = 01 mm (tj 01 dm3m2)
623 DOKŁADNOŚĆ POMIAROacuteW OPADOacuteW I REPREZENTATYWNOŚĆ STACJI
Rejestratory elektroniczne mają istotne wady W odniesieniu do tradycyjnych
pluwiografoacutew pływakowych ktoacutere funkcjonują w zasadniczo niezmienionej postaci od
kilkudziesięciu lat urządzenia automatyczne są wrażliwe na zanieczyszczenia i ulegają często
rozregulowaniu a co za tym idzie ich wskazania stają się woacutewczas niemiarodajne
Przestawiając system pomiarowy wyłącznie na rejestrację elektroniczną nie można
więc zapominać o okresowych kontrolach i kalibracji tych urządzeń - na podstawie
tradycyjnych metod i urządzeń pomiarowych (jak np deszczomierz Hellmanna czy
pluwiograf pływakowy) Na rysunku 66 przedstawiono przykład rejestracji opadoacutew na stacji
meteorologicznej IMGW-PIB w Legnicy przez kilka urządzeń celem weryfikacji wynikoacutew
Rys 66 Deszczomierze na stacji meteorologicznej IMGW w Legnicy od lewej
pluwiografy pływakowy i korytkowy (SEBA) oraz deszczomierz Hellmanna
63 CHARAKTERYSTYKA ILOŚCIOWA OPADOacuteW
631 KRZYWE WZORCOWE OPADOacuteW
O zjawisku (tzw reżimie) opadowym określonego obszaru decyduje
położenie geograficzne
odległość od moacuterz i oceanoacutew
ukształtowanie powierzchni i wyniesienie nad poziomem morza
pokrycie i sposoacuteb użytkowania terenu
KANALIZACJA I
48
Ekstremalnie intensywne opady występujące w warunkach polskich nie roacuteżnią się
znacząco pod względem zwłaszcza dobowych sum wysokości od notowanych w krajach
ościennych (położonych na granicy klimatu morskiego i kontynentalnego jak Niemcy czy
Czechy) podobnie jak i opady we Wrocławiu (na Strachowicach) w poroacutewnaniu do
Warszawy (na Bielanach) ndash tabela 62
Tab 62 Maksymalne wysokości opadoacutew (w mm) o czasie trwania od 5 minut do 72 godzin w
wybranych krajach Europy na tle Wrocławia (Strachowice) i Warszawy (Bielany) [1 2]
Kraj
Miejscowość
Czas trwania opadu
minuty godziny doby
5 10 15 30 1 2 3 6 12 1 2 3
Polska 253 80 798 126 1761 1179 220 2218 - 300 428 557
Niemcy - 126 - 40 200 239 246 112 - 312 3799 458
Czechy 298 398 502 799 928 117 1266 1585 2036 3451 380 5367
Wrocław 131 187 247 329 353 577 619 631 642 801 1039 1169
Warszawa 206 219 28 366 408 495 504 57 68 801 1097 1133
Podstawową formą ilościowego opisu opadoacutew deszczowych są modele na zależność
intensywności I (mmmin) lub natężenia jednostkowego q (dm3s ha) bądź wysokości h (mm)
opadu od czasu jego trwania t i prawdopodobieństwa wystąpienia p lub zamiennie częstości
(powtarzalności) C opadu (lata) typu
( ) ( ) ( )I I t p q q t p h h t p (67)
Związek intensywności (czy natężenia jednostkowego) bądź wysokości opadu z czasem
jego trwania prezentowany jest najczęściej w postaci krzywych typu IDF (Intensity-Duration
Frequency) bądź typu DDF (Depth-Duration Frequency) dla roacuteżnych prawdopodobieństw p
(zamiennie częstości C) wystąpienia opadu Krzywe te stanowią rodzinę hiperbol o roacutewnaniu
cbt
aI
n
)( (68)
w ktoacuterym a b c n - wspoacutełczynniki empiryczne zależne od prawdopodobieństwa pojawienia
się danego deszczu oraz od czynnikoacutew klimatycznych i fizjograficznych zlewni
Krzywe deszczy typu IDF czy DDF są tworami syntetycznymi ustalanymi na
podstawie materiału empirycznego Na ich podstawie tworzony jest opad blokowy - o stałej
wartości natężenia w czasie ktoacutery jest podstawą wymiarowania kanalizacji deszczowej
632 ZWIĄZEK NATĘŻENIA OPADU Z CZĘSTOŚCIĄ WYSTĘPOWANIA
Zależność pomiędzy natężeniem jednostkowym a czasem trwania deszczu o określonym
prawdopodobieństwie pojawiania się - czyli częstości występowania (tj powtarzalności w
latach) przedstawiono poglądowo na rysunku 68
Rys 68 Zależność typu IDF - natężenia jednostkowego q od czasu trwania t deszczu o określonym
prawdopodobieństwie p pojawiania się ndash zamiennie częstości występowania C
KANALIZACJA I
49
Prawdopodobieństwo (p) pojawienia się danego deszczu z częstością (C) jego
występowania ujmuje związek
C
p100
(69)
gdzie p ndash prawdopodobieństwo występowania deszczu wyrażane w (bądź w ułamku
woacutewczas p = 1C) określa ile razy w przeciągu 100-lecia zostanie osiągnięte lub
przekroczone dane natężenia deszczu q (w dm3s ha)
C ndash częstość pojawiania się deszczu wyrażana w latach oznacza że w danym C letnim
cyklu zdarzy się przynajmniej raz deszcz o natężeniu roacutewnym lub większym od q
p
C100
(610)
- co interpretujemy jako 1 raz na C lat
W niektoacuterych krajach Europy funkcjonuje pojęcie częstotliwości n występowania opadu
bdquoCzęstotliwośćrdquo df
C
n1
[1rok] (611)
- stąd fizykalnie n = p100 gdy p w oraz n = p gdy p wyrazimy w ułamku (tab 63)
Tab 63 Prawdopodobieństwo (p) częstotliwość (n) a częstość (C) występowania opadoacutew
Z przyczyn ekonomicznych systemy kanalizacyjne nie mogą być tak projektowane aby w
czasie dowolnie intensywnego deszczu zagwarantować pełną ochronę terenu przed wylaniem
Nieopłacalne jest bowiem projektowanie kanalizacji na bardzo niskie prawdopodobieństwo
pojawienia się deszczy np o p = 001 = 1 tj zdarzających się 1 raz na 100 lat gdyż
średnice kanałoacutew byłyby woacutewczas bardzo duże i niewykorzystywane przez dziesięciolecia
Nie można też za pomocą obliczeń w wiarygodny sposoacuteb określić fizycznie największego
(np o C = 100 lat) odpływu ze względu na losowy charakter opadoacutew
Do projektowania odwodnień terenoacutew brane są pod uwagę intensywne opady o
częstości występowania C [1 10] lat oraz o C [10 50] lat - do weryfikacji częstości
wylewoacutew Wymagany standard odwodnienia terenu wg PN-EN 752 definiowany jest jako
przystosowanie systemu kanalizacyjnego do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych)
strumieni woacuted opadowych z częstością roacutewną akceptowanej społecznie częstości wystąpienia
wylania z kanalizacji na powierzchnię terenu [1 2 3]
64 MODELE OPADOacuteW DO PROJEKTOWANIA KANALIZACJI
641 MODELE OPADOacuteW O ZASIĘGU OGOacuteLNOPOLSKIM
Model Reinholda
W 1940 roku Reinhold opublikował zasady projektowania kanalizacji obiektoacutew
komunikacyjnych typu autostrady mosty i wiadukty przejścia i przejazdy pod ulicami czy
lotniska w ktoacuterych sformułował model fizykalny opadoacutew postaci [1 2]
Prawdopodobieństwo
występowania
deszczu p
Częstotliwość
występowania
deszczu n
Częstość
- powtarzalność
deszczu C
[] [-] [rok-1] [1 raz na C lat]
100 1 1 1
50 05 05 2
20 02 02 5
10 01 01 10
5
1
005
001
005
001 20
100
KANALIZACJA I
50
368409
3836840
1
9
38 41154115
C
tq
ntqq (612)
gdzie
q - jednostkowe (maksymalne) natężenie deszczu dm3(s∙ha)
q151 - natężenie deszczu (wzorcowego) o czasie trwania t = 15 min i częstotliwości
występowania n = 1 rok-1 (czyli dla częstości występowania C = 1 rok) dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu min
n - częstotliwość występowania deszczu o natężeniu q lub większym (n = 1C) rok-1
W modelu Reinholda przestrzenna zmienność natężenia opadoacutew (q) uzależniona była
od przyjmowanej wartości lokalnego natężenia deszczu wzorcowego (q151) Po II Wojnie
Światowej model Reinholda był stosowany do projektowania kanalizacji w państwach
zachodnich (Niemcy Szwajcaria Austria) a także w państwach Europy środkowej min w
Polsce Najczęściej do wymiarowania odwodnień terenoacutew przyjmowano q151 = 100
dm3(s∙ha) Obecnie w Niemczech zaleca się odczytywanie jednostkowego natężenia deszczu
wzorcowego z atlasu KOSTRA - indywidualnie dla każdej zlewni miejskiej bowiem q151
zmienia się w granicach od 90 do 170 dm3(s∙ha)
UWAGA model Reinholda (z 1940 roku) zaniża wyniki jednostkowych natężeń
wspoacutełczesnych deszczy o rząd 15 [1 2]
Model Błaszczyka
Dotychczas najczęściej stosowanym do projektowania kanalizacji deszczowej w Polsce
był fizykalny model opadoacutew ndash w postaci wzoru Błaszczyka (z 1954 r)
32
3 26316
t
CHq (614)
gdzie
q - jednostkowe natężenie deszczu dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu min
H - wysokość opadu normalnego (średniego rocznego z wielolecia min 30 lat) mm
C - częstość (powtarzalność) występowania deszczu o natężeniu q z przewyższeniem lata
Wzoacuter Błaszczyka (614) oparty został na analizie statystycznej (79) intensywnych
deszczy zarejestrowanych w Warszawie w latach 1837divide1891 i 1914divide1925 ndash czyli od 180 do
90 lat temu ndash jest obecnie nieaktualny Zmienność opadoacutew na obszarze kraju
scharakteryzowana była za pomocą tzw opadu normalnego (średniego w wieloleciu min 30
lat) Dla wartości średniej dla Polski H = 600 mm wzoacuter Błaszczyka upraszczał się do postaci
32
3470
t
Cq (615)
UWAGA 1 Na podstawie pomiaroacutew na stacji meteorologicznej IMGW-PIB we Wrocławiu z
okresu 1960-2009 wykazano że wzoacuter Błaszczyka zaniża wyniki obecnych jednostkowych
natężeń deszczoacutew o rząd 40 (np q151 = 77 dm3(s∙ha) wobec q151 = 112 dm3(s∙ha)) - wg Kotowski A Kaźmierczak B Dancewicz A Modelowanie opadoacutew do wymiarowania kanalizacji Wyd
Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN Studia z zakresu Inżynierii nr 68 Warszawa 2010
UWAGA 2 Na podstawie ogoacutelnopolskich danych o opadach z lat 1986divide2015 ze 100 stacji
IMGW-PIB wykazano że wzoacuter Błaszczyka zaniża obecne jednostkowe natężenia deszczoacutew
średnio o 33 na terenie całego kraju oraz o 36 w Warszawie - wg Licznar P Siekanowicz-Grochowina K Oktawiec M Kotowski A Burszta-Adamiak E Empiryczna
weryfikacja formuły Błaszczyka do obliczania wartości natężenia deszczu miarodajnego Ochrona Środowiska
2018 vol 40 nr 2 s 17-22
KANALIZACJA I
51
Model Bogdanowicz i Stachy
Bogdanowicz i Stachy na podstawie ogoacutelnopolskich pomiaroacutew deszczy - w latach
1960divide1990 na 20 stacjach meteorologicznych IMGW opublikowali w 1998 roku tzw
bdquocharakterystyki projektowerdquo opadoacutew w postaci modelu probabilistycznego opadoacutew
maksymalnych
5840330
max )ln() (421 ptRth (616)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
t - czas trwania deszczu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p(01]
α - parametr (skali) zależny od regionu Polski i czasu t (rys 610)
R1
R1
R1
Wrocław Wrocław Wrocław
R2
R3
R3
c)b)a)
Rys 610 Regiony opadoacutew maksymalnych a) dla czasoacutew trwania deszczy t [5 60) min b) dla
t [60 720) min c) dla t [720 4320] min (R1 - region centralny R2 - region poacutełnocno-zachodni
R3 - regiony południowy i nadmorski)
Dla p = 1 (czyli dla C = 1 rok) model (616) upraszcza się do funkcji będącej dolnym
ograniczeniem przyjętego rozkładu prawdopodobieństwa postaci
330
max 421 th (617)
Dla prawdopodobieństw przewyższenia p lt 1 (czyli dla C gt 1) w regionie centralnym
Polski (R1) parametr α obliczany jest z wzoroacutew (rys 610)
2491)1ln(6934)( ttR - dla t [5 120) min (618)
63910)1ln(2232)( ttR - dla t [120 1080) min (619)
1735)1ln(013)( ttR - dla t [1080 4320] min (620)
Analogicznie dla regionu poacutełnocno-zachodniego (R2) parametr α obliczany jest z
wzoroacutew (dla czasoacutew trwania opadoacutew ge 60 minut region R2 zanika przechodząc w R1)
6621)1ln(923)( ttR - dla t [5 30] min (621)
619)1ln(1609)( ttR - dla t (30 60) min (622)
Dla regionoacutew południowego i nadmorskiego (R3) parametr α obliczany jest z wzoru
03237)1ln(4729)( ttR - dla t [720 4320] min (623)
UWAGA 1 Model Bogdanowicz i Stachy nie obejmuje obszaroacutew goacuterskich i podgoacuterskich
UWAGA 2 Model Bogdanowicz-Stachy obarczony jest błędem odnośnie wysokości opadoacutew
dla częstości deszczy pojawiających się raz na rok (tj C = 1 rok) Łatwo wykazać że z
przekształcenia wzoru Bogdanowicz-Stachy (617) do postaci wzoru na jednostkowe
natężenie deszczu q (w dm3(s∙ha)) dla p = 1 otrzymamy
q(max) = 2367t 067 (624)
a z wzoru Błaszczyka (615) dla H = 600 mm i C = 1 rok mamy
q = 470t 067 (625)
Tak więc dla C = 1 rok wynik obliczeń q z wzoru (624) jest dwukrotnie mniejszy
UWAGA 3 Dla częstości deszczy C = 2 5 i 10 lat z modelu Bogdanowicz-Stachy
otrzymamy maksymalne natężenia opadoacutew bliskie zmierzonym we Wrocławiu [1 2]
KANALIZACJA I
52
642 MODELE OPADOacuteW O ZASIĘGU LOKALNYM ndash DLA WROCŁAWIA
Model Lambora
Model fizykalny Lambora (z 1953 r) na intensywność opadoacutew we Wrocławiu ma
postać
70)030(
log15743
t
pI (626)
gdzie
I - intensywność opadu deszczu mmh
p - prawdopodobieństwo wystąpienia opadu
t - czas trwania deszczu h
Przykładowo dla t = 15 min i p = 100 (C = 1 rok) z modelu Błaszczyka (615) otrzymujemy
q151 = 77 dm3s ha a z modelu (626) Lambora (dla Wrocławia) q151 = 928 dm3s ha
Model Licznara i Łomotowskiego
Licznar i Łomotowski dla danych pluwiograficznych ze stacji UP Wrocław-Swojczyce
z wielolecia 1975-2002 wyestymowali wspoacutełczynniki empiryczne fizykalnego modelu
opadoacutew o ogoacutelnej postaci
cbt
aq
n
)(max
(627)
gdzie
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadoacutew dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu t [5 180] min
a b c n - wspoacutełczynniki regresji zależne od prawdopodobieństwa empirycznego
Tab 64 Wartości wspoacutełczynnikoacutew a b c i n do wzoru (627)
Prawdopodobieństwo p
10 20 50 100
a = 7138329 a = 8241363 a = 6436455640 a = 1573239
b = -388429 b = 1957292 b = 6488700 b = 4787518
c = -210067 c = 2040978 c = 2062691 c = 6351722
n = 0218073 n = 1752958 n = 3535880 n = 0949642
Modele Kotowskiego i Kaźmierczaka
Dla danych pluwiograficznych z wielolecia 1960-2009 ze stacji IMGW Wrocław-
Strachowice opracowano dwa modele (fizykalny i probabilistyczny) na maksymalną
wysokość opadoacutew we Wrocławiu [1 2]
1 Model fizykalny opadoacutew maksymalnych w zakresie t [5 4320] minut i C [1 50]
lat ma postać
2650
max )4503()5300ln(67716706 tCh (628)
a przekształcony na maksymalne natężenia opadoacutew
12650
max ])4503()5300ln(67716706[7166 ttCq (629)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(s∙ha)
t - czas trwania opadu min
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu (z przewyższeniem) lata
2 Model probabilistyczny (oparty na kwantylu rozkładu prawdopodobieństwa Fishera-
Tippetta typ IIImin) dla zakresu t [5 4320] minut i p [1 001] (tj C [1 100] lat)
KANALIZACJA I
53
8090022202420
max ln 675981059741275834 ptth (630)
a przekształcony na maksymalne jednostkowe natężenia opadoacutew
18090022202420
max ]ln675981059741275834[7166 tpttq (631)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(s∙ha)
t - czas trwania opadu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p (0 1] -
643 POROacuteWNANIE MODELU BŁASZCZYKA Z INNYMI MODELAMI OPADOacuteW
Do celoacutew poroacutewnawczych przyjęto wynik obliczeń natężenia opadu z wzoru
Błaszczyka (qB) za 100 Względne przewyższenia obliczeń q z innych modeli względem
modelu Błaszczyka (qqB) zaznaczono pogrubioną czcionką (tab 65) Przewyższenia qqB
w roacuteżnych zakresach t i C sięgają nawet 60 Przeciętnie są na poziomie o 40 większym
Tab 65 Poroacutewnanie natężeń deszczy obliczonych z modeli roacuteżnych autoroacutew względem modelu
Błaszczyka (qqB) - najczęściej stosowanego w Polsce do wymiarowania kanalizacji
Czę
sto
ść d
eszc
zu
C
lata
Cza
s tr
wa
nia
des
zczu
t m
in
Bła
szcz
yk
qB
= 1
0
(100
)
Rei
nh
old
q151
= 1
00
dm
3s
ha
Bo
gd
an
ow
icz-
Sta
chy
- r
egio
n p
oacutełn
ocn
o-
zach
od
ni
Bo
gd
an
ow
icz-
Sta
chy
- r
egio
n c
entr
aln
y
La
mb
or
- W
rocł
aw
Lic
zna
r- Ł
om
oto
wsk
i
- W
rocł
aw-S
wo
jczy
ce
Ko
tow
ski
-
Ka
źmie
rcza
k
mo
del
fiz
yk
alny
- W
rocł
aw-
Str
ach
ow
ice
Ko
tow
ski-
Ka
źmie
rcza
k
mo
del
pro
bab
ilis
tycz
ny
- W
rocł
aw-
Str
acho
wic
e
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C = 1
10 100 125 050 050 118 127 147 138
15 100 130 050 050 121 128 149 140
30 100 127 050 050 123 125 148 141
60 100 115 050 050 123 119 144 140
120 100 098 050 050 121 117 139 138
180 100 087 050 050 107 120 136 137
C = 2
10 100 129 122 146 124 136 158 144
15 100 134 125 149 127 146 160 149
30 100 131 127 149 129 142 159 153
60 100 118 146 146 130 119 155 153
120 100 101 139 139 128 112 149 150
180 100 090 130 130 127 125 145 148
C = 5
10 100 131 128 157 144 138 146 130
15 100 136 132 161 148 141 150 139
30 100 133 134 161 150 131 149 144
60 100 120 157 157 150 113 145 144
120 100 102 149 149 149 106 139 141
180 100 091 138 138 147 113 136 138
C = 10
10 100 130 120 148 115 125 132 117
15 100 135 124 152 117 128 135 125
30 100 132 126 152 119 135 134 131
60 100 119 148 148 119 132 130 131
120 100 101 140 140 118 105 126 128
180 100 090 130 130 117 067 123 125
UWAGI Z poroacutewnania wynika konieczność zastąpienia wzoru Błaszczyka (z 1954 r)
wspoacutełczesnymi modelami opadoacutew maksymalnych Dla C = 1 rok model Bogdanowicz-Stachy
zaniża wyniki o 50 względem wzoru Błaszczyka Dla częstości C = 2 5 i 10 lat z modelu
Bogdanowicz-Stachy np dla regionu R1 otrzymamy maksymalne natężenia nieznacznie
wyższe względem zmierzonych obecnie we Wrocławiu (czyli w klasie dokładności modeli)
KANALIZACJA I
54
7 DOTYCHCZASOWE METODY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
DESZCZOWEJ
71 METODY CZASU PRZEPŁYWU
711 ZASADY OBLICZENIOWE MCP
Zjawisko opad-odpływ w danej zlewni zurbanizowanej jest zagadnieniem złożonym i
trudnym do uogoacutelnienia Proces spływu woacuted opadowych można podzielić na 3 fazy
tworzenia spływu
koncentracji terenowej
odpływu kanałowego
Tworzenie spływu obejmuje procesy fizyczne takie jak zwilżanie wypełnianie
zagłębień terenu parowanie i wsiąkanie w grunt poprzedzające przekształcenie opadu w
efektywny spływ powierzchniowy Część opadu ktoacutera nie tworzy spływu określa się jako
straty Efektywny spływ powierzchniowy zależy od wielu czynnikoacutew jak
rodzaj i stopień uszczelnienia (utwardzenia) powierzchni
nachylenie terenu (powierzchni przepuszczalnych i nie przepuszczalnych)
natężenie deszczu i czas jego trwania
rodzaj gruntu i pokrycie roślinnością powierzchni przepuszczalnych
wilgotność i temperatura powietrza
Koncentracja terenowa obejmuje przekształcenie powierzchniowo rozdzielonego
opadu efektywnego w powstający w najniższym punkcie rozpatrywanej zlewni hydrogram
odpływu Odgrywają przy tym rolę procesy spływu na powierzchni (przesunięcie w czasie) i
efekty opoacuteźniające (retencja terenowa)
Odpływ w kanałach podlega roacutewnież efektom przesunięcia w czasie i retencji min w
wyniku istnienia oporoacutew przepływu (spowodowanych chropowatością ścian kanałoacutew na
zwilżonym obwodzie) jak i wypełnianiem się kanałoacutew do przepływu obliczeniowego
Wymiarowanie kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej opiera się z konieczności
na założeniach upraszczających Mianowicie zakłada się że
dana zlewnia (F) zasilana jest deszczem o stałym natężeniu - opad blokowy
rozdział powierzchniowy opadu jest roacutewnomierny - zlewnia homogeniczna
- woacutewczas uzyskuje się miarodajny do wymiarowania systemoacutew kanalizacyjnych odpływ
woacuted deszczowych (Qm)
Rys 71 Schemat zlewni deszczowej o powierzchni F
Historycznie wzoacuter wyjściowy na miarodajny odpływ woacuted deszczowych Qm (w dm3s)
ze zlewni ma postać
FqQm (71)
gdzie
q - natężenie jednostkowe deszczu q = q(td C) dm3(s∙ha)
φ - wspoacutełczynnik opoacuteźnienia odpływu (redukcji natężenia deszczu) -
ψ - wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego -
F - powierzchnia zlewni ha
KANALIZACJA I
55
Wspoacutełczynnik opoacuteźnienia (φ) zwany też wspoacutełczynnikiem redukcji natężenia deszczu
związany jest z czasem spływu woacuted deszczowych od najdalszego punktu zlewni do przekroju
obliczeniowego Zależy od wielu czynnikoacutew (opoacuteźnienia i retencji) tj głoacutewnie od czasoacutew
przepływu w kanale (tp) oraz koncentracji terenowej (tk) i retencji kanałowej (tr)
Wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego (ψ) ujmuje stosunek wielkości spływu woacuted
opadowych Qsp ze zlewni (o powierzchni F) do wielkości opadu Qop w tej zlewni
1op
sp
Q
Q (72)
Wartość wspoacutełczynnika spływu zależy głoacutewnie od rodzaju zagospodarowania
(uszczelnienia) terenu zlewni ale także od spadkoacutew powierzchni oraz natężenia deszczu (C)
Dotychczas w wymiarowaniu kanalizacji obliczano zastępczy ndash tj średni ważony
wspoacutełczynnik spływu dla zlewni cząstkowej (podzlewni) przyporządkowanej do danego
odcinka kanału z wzoru
F
F
F
F
FFF
FFF zr
n
i
i
n
i
ii
n
nn
1
1
21
2211
)(
(73)
gdzie
ψi - wspoacutełczynnik spływu (i-tej) powierzchni składowej podzlewni kanału -
Fi - (i-ta) powierzchnia składowa podzlewni F ha
Spływ powierzchniowy utożsamiano ze zlewnią zredukowaną - o roacutewnoważnej
szczelnej powierzchni - Fzr obliczanej ze wzoru
FFzr (74)
UWAGA W projektowaniu odwodnień terenoacutew w Polsce wspoacutełczynnik spływu był błędnie
utożsamiany ndash tylko ze stopniem uszczelnienia powierzchni zlewni - niezależnie od spadkoacutew
terenu oraz natężenia deszczu obliczeniowego (q(t C)) Wartość wspoacutełczynnika spływu (ψi)
danej powierzchni cząstkowej (Fi) zlewni deszczowej określano więc wyłącznie w zależności
od rodzaju pokrycia - stopnia uszczelnienia terenu
Gdy znane były szczegoacutełowe plany zagospodarowania przestrzennego terenoacutew
dachy szczelnehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]95090[
drogi asfaltowe helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]900850[
bruki kamienne klinkierowe helliphelliphelliphelliphelliphellip ]850750[
drogi tłuczniowehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]600250[
drogi żwirowe helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]300150[
parki ogrody łąki zieleńce helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]10000[
Gdy brak było szczegoacutełowych planoacutew zagospodarowania przestrzennego miast
zabudowa zwarta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]7050[
zabudowa luźna helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]5030[
zabudowa willowahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]3020[
powierzchnie niezabudowanehelliphelliphelliphelliphelliphellip ]2010[
parki i duże obszary zieleni helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]1000[
Edel (w 2002 roku) zaproponował uzależnianie wartości wspoacutełczynnika spływu
dodatkowo od spadkoacutew powierzchni co przedstawiono w tabeli 71 Był to już pewien postęp
metodyczny Nadal jednak nie uwzględniano wpływu natężenia opadoacutew deszczu (o danej
częstości występowania) na wartość wspoacutełczynnika spływu co proponuje się obecnie w
metodzie MMN (rozdz 83 [2]) - na wzoacuter niemieckiej metody MWO (wg rozdz 73 [2])
KANALIZACJA I
56
Tab 71 Wartości wspoacutełczynnika spływu w zależności od rodzaju i spadku powierzchni wg Edela
Rodzaj powierzchni
zagospodarowanie
terenu
Spadek powierzchni []
05 10 25 50 75 100
Wartość wspoacutełczynnika spływu ψ
Dachy 085 090 096 098 099 100
Bruki szczelne 070 072 075 080 085 090
Bruki zwykłe 050 052 055 060 065 070
Aleje spacerowe 020 022 025 030 035 040
Parki i ogrody 010 012 015 020 025 030
Grunty rolne 005 008 010 015 020 025
Lasy 001 002 004 006 010 015
Zabudowa zwarta 080 082 085 090 095 100
Zabudowa luźna 060 062 065 070 075 080
Zabudowa willowa 040 042 045 050 055 060
Norma PN-EN 752 podaje tutaj ogoacutelne graniczne wartości
ψ = 10 dla dachoacutew o powierzchni F lt 100 m2 i ψ = 05 dla dachoacutew żwirowych i z
zielenią ekstensywną o F gt 1 ha
ψ = 09divide10 dla powierzchni nieprzepuszczalnych i stromych dachoacutew
ψ = 0divide03 dla powierzchni przepuszczalnych
W przypadku występowania wysokich budynkoacutew powierzchnię dachoacutew zaleca
zwiększać do 30
UWAGA Należy zdawać sobie sprawę z faktu że w wraz z rozwojem miast w efekcie
postępującego doinwestowania terenoacutew rośnie wartość wspoacutełczynnika spływu w skutek
wzrostu stopnia uszczelnienia powierzchni terenoacutew zurbanizowanych
712 WYBOacuteR CZASU TRWANIA DESZCZU MIARODAJNEGO
Po przyjęciu określonej częstości C występowania deszczu obliczeniowego (wg PN-EN
752) pojawia się pytanie jakie jest miarodajne natężenie deszczu (qm) - zależne od
miarodajnego do zwymiarowania kanału czasu jego trwania (tdm) w konkretnym węźle
obliczeniowym
Rys 72 Zależność (typu IDF) natężenia deszczu q od jego czasu trwania td
- dla danej częstości C występowania
UWAGA Każdemu przekrojowi (x) kanału na jego trasie (patrz schemat na rys 73)
odpowiada inny czas spływu deszczu a zatem inna wartość qm(tdm) jest miarodajna do
zwymiarowania kanału w kolejnym przekroju (x+1) Im dalszy przekroacutej obliczeniowy tym
dłuższy czas spływu i tym mniejsze są miarodajne wartości qm - dla danej częstości C
KANALIZACJA I
57
Rys 73 Idea wymiarowania kanałoacutew w poszczegoacutelnych węzłach obliczeniowych zlewni deszczowej
W przekroju x kanału obliczeniowy strumień objętości Qm zapisać można jako
zrdmmzrxm FtqFqQ )(
(76)
gdzie
qφ = qm(tdm) - zredukowane natężenie deszczu (w dm3(s∙ha)) względem miarodajnego do
wymiarowania kanalizacji czasu trwania tdm =
Dla ideowej - modelowej zlewni deszczowej o F = Fzr (rys 75) zostaną rozpatrzone 3
przypadki związane z czasem trwania deszczu (td) w relacji do czasu przepływu (tp) w kanale
deszczowym (A-B) tj od początku zlewni (punktu A) do przekroju obliczeniowego (p B)
I przypadek td gt tp Q max 1
II przypadek td lt tp Q max 2
III przypadek td = tp Q max 3
Okaże się że dla td = tp qm(B) Qm(B) ndash strumień ten będzie największy
Rys 74 Przykładowa krzywa natężenia deszczu o częstości występowania C
Dla przyjętej częstości występowania (C) - z krzywej deszczu typu IDF (rys 74)
ustalono następujące natężenia jednostkowe opadoacutew
dla tdm 1 gt tp q1
dla tdm 2 lt tp q2
dla tdm 3 = tp q3
Rys 75 Schemat ideowy modelowej zlewni deszczowej (F = Fzr) kanału A ndash B
KANALIZACJA I
58
I przypadek td gt tp
Dla modelowej zlewni deszczowej kanału A-B (rys 75) gdy td gt tp = t3
- po czasie t1 do punktu B spłynie deszcz z powierzchni F1 o strumieniu 111 qFQ
- po czasie t2 1212 )( qFFQ
- a po czasie t3 = tp 1max13213 )( QqFFFQ - cała zlewnia objęta już będzie spływem
Rys 76 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td gt tp = t3
II przypadek td lt tp
Na przykład gdy td = t2 lt tp = t3 woacutewczas 211
qFQ oraz 2max2212
)( QqFFQ
Ponieważ q2 gt q1 pomimo że deszcz nie objął całej zlewni to najczęściej Qmax 2 gt Qmax 1
Rys 77 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td lt tp = t3
III przypadek td = tp
Dla td = tp = t3 woacutewczas311
qFQ 3212
)( qFFQ i 3max33213
)( QqFFFQ
Ponieważ q1 lt q3 lt q2 a deszcz obejmuje całą zlewnię to przepływ Qmax 3 w punkcie B
będzie największy (rys 78)
Rys 78 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td = tp = t3
KANALIZACJA I
59
Tak więc gdy maxmpd Qtt - co jest podstawą dotychczasowych metod (czasu
przepływu) wymiarowania kanalizacji w wielu krajach świata tj
metody wspoacutełczynnika opoacuteźnienia (MWO) - w krajach niemieckojęzycznych
rational method - w krajach anglojęzycznych (RM)
metody granicznych natężeń (MGN) ndash dotychczas stosowanej w Polsce
metody maksymalnych natężeń (MMN) ndash zalecanej do stosowania w Polsce [1 2 3]
72 METODA GRANICZNYCH NATĘŻEŃ (MGN)
721 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MGN
W MGN przyjmowano że miarodajny strumień objętości ściekoacutew deszczowych (Qm) w
rozpatrywanym przekroju kanału występuje z pewnym opoacuteźnieniem w stosunku do momentu
rozpoczęcia opadu (co jest prawdą ale tylko po okresie suchej pogody ) o czas niezbędny
na
tk - koncentrację terenową - zwilżenie powierzchni wypełnienie nieroacutewności teren i
dopływ po powierzchni do kanału (poprzez wpust deszczowy)
tr - retencję kanałową - wypełnianie się kanału od wysokości bdquo0rdquo do wysokości
wypełnienia obliczeniowego h(Qm)
tp - przepływ w kanale - od początku kanału do przekroju obliczeniowego
Tak więc w MGN oproacutecz opoacuteźnienia (redukcji) odpływu związanego z czasem
przepływu (tp) uwzględniano dodatkowo czasy opoacuteźnienia-retencji tk i tr ndash czyli dodatkowo
redukujące wartość natężenia jednostkowego opadoacutew stąd dla
)()()( pmdmmdmprkdmd tQtQtqttttt (77)
gdzie FtqtQ dmdmm )()( (78)
lub FtqtQ pdmm )()( (79)
UWAGA Założenia wyjściowe metody MGN są poprawne jedynie w przypadku opadu
deszczu występującego po długim okresie suchej pogody Ponieważ opady kryterialne do
wymiarowania kanałoacutew deszczowych (o częstości C = 1divide10 lat) występują z reguły w
okresach długotrwałej mokrej pogody założenie to prowadzi do niedowymiarowania średnic
kanałoacutew bowiem miarodajny strumień objętości ściekoacutew deszczowych Qm(tdm) jest woacutewczas
zawsze mniejszy od Qm(tp) ndash wg relacji (77) Zostało to wykazane w podręcznikach [1 2] na
przykładach wymiarowania i modelowania działania kanalizacji
Czas koncentracji terenowej - tk
Czas koncentracji terenowej zależy głoacutewnie od rodzaju i stopnia uszczelnienia terenu
spadkoacutew powierzchni oraz natężenia deszczu ale także pośrednio od gęstości zabudowy czy
rozmieszczenia wpustoacutew deszczowych na trasie kanału itp Jest to czas niezbędny na
zwilżenie powierzchni wypełnienie nieroacutewności terenu (- jedynie po okresie suchej pogody)
jak i sam dopływ po powierzchni do wpustu deszczowego i dalej przykanalikiem do kanału
UWAGA 1 Z punktu widzenia niezawodności działania kanalizacji bezpieczniejsze jest
pomijanie wartości tk Czas tk powiększa bowiem czas trwania deszczu a więc redukuje
natężenie q(tdm) miarodajne do wymiarowania kanałoacutew Qm(tdm) lt Qm(td = tp)
UWAGA 2 W przypadku serii występujących po sobie intensywnych opadoacutew wartość tk jest
znikomo mała
UWAGA 3 Koncentracja terenowa jest pomijana w niemieckich metodach czasu przepływu
wymiarowania kanalizacji deszczowej
KANALIZACJA I
60
Prawdopodobieństwo p (zamiennie częstość C) pojawiania się deszczu miarodajnego
było przyjmowane w dostosowaniu do zalecanych woacutewczas standardoacutew ochrony terenoacutew
przed wylaniami ndash odrębnych dla kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej Według WTP z
1965 r uśredniony czas tk - w warunkach miejskich przyjmowano od 2 do 10 minut Wg
Zasad planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych w aglomeracjach miejsko -
przemysłowych i dużych miastach z 1984 r zmniejszono zalecane czasy koncentracji
terenowej tk z 2divide10 minut do 2divide5 minut (tab 71 [2])
Tab 71 Zalecane prawdopodobieństwa (częstości) występowania deszczu miarodajnego do
projektowania kanalizacji w Polsce wg WTP z 1965 r
Lp
Warunki terenowe w zlewni deszczowej
Prawdopodobieństwo p (częstość C)
występowanie opadoacutew dla
kanalizacji
Czas
koncentracji
terenowej
tk min - deszczowej - ogoacutelnospławnej
1 Kanały boczne w płaskim terenie 100 (C = 1 rok) 50 (C = 2 lata) 10 (5)
2 Kolektory kanały boczne przy spadku
terenu powyżej 2
50 (C = 2 lata) 20 (C = 5 lat) 5 (2)
3 Kolektory w głoacutewnych ulicach o trwałych
nawierzchniach kanały boczne przy spadku
terenu powyżej 4
20 (C = 5 lat) 10 (C = 10 lat) 2
4 Szczegoacutelnie niekorzystne warunki terenowe
(niecki o utrudnionym odpływie zbocza
głębokie piwnice przy gęstej zabudowie)
10 (C = 10 lat) 5 (C = 20 lat) 2
5 Rowy otwarte w obrębie miast 10 (C = 10 lat) 2 (C = 50 lat) 2
wartości zalecane wg bdquoZasad planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych helliprdquo z 1984 r
wartości zalecane do projektowania przepustoacutew pod torami kolejowymi w wojewoacutedztwie dolnośląskim
Czas retencji kanałowej - tr
W okresie braku opadoacutew kanały deszczowe są prawie puste Płyną jedynie wody
przypadkowe najczęściej infiltracyjne Czas wypełniania się kanałoacutew do wysokości
obliczeniowej h(Qm) tj wypełnienia normalnego hn(Qm) w ruchu roacutewnomiernym w MGN
wyrażano w procentach czasu przepływu (tp) ściekoacutew - od początku sieci do przekroju
obliczeniowego Czas ten szacowany był na
tr = (14 divide 20) tp (711)
Wg zaleceń WTP z 1965 r w MGN należało przyjmować wartość tr w wysokości 20
czasu tp czyli tr = 02tp
UWAGA 1 Z punktu widzenia niezawodności działania kanalizacji bezpieczniejsze jest
pomijanie czasu retencji kanałowej bowiem wartość tr znacznie redukuje natężenie deszczu
q(tdm) miarodajne do wymiarowania kanałoacutew w MGN
UWAGA 2 W przypadku wystąpienia serii intensywnych opadoacutew czas tr ma małą wartość ndash
kanały są częściowo wypełnione po poprzednim opadzie
UWAGA 3 Czas tr jest pomijany w obliczeniach kanalizacji metodami czasu przepływu
stosowanymi w Niemczech (MWO MZWS) gdzie przyjmuje się td = tp
722 TOK OBLICZEŃ W WYMIAROWANIU KANAŁOacuteW w MCP
Czas przepływu ściekoacutew tp (w minutach) w kanale A-B (wg rys 79) - od jego początku
(A) do przekroju obliczeniowego (B) określa się z wzoru
60
Lt p (712)
- znając długość kanału L (w m) i prędkość przepływu υ (w ms)
KANALIZACJA I
61
Przykład Dla danych Qm(B) i projektowanego spadku dna kanału ik należy dobrać przekroacutej
(średnicę) kanału i ustalić wypełnienie h( ) oraz prędkość υ( ) przepływu (dla Qm(B) ik
h( ) υ( ))
Rys 79 Schemat przykładowej zlewni deszczowej do doboru średnicy kanału A-B
UWAGA Ponieważ do obliczenia strumienia objętości Qm(B) potrzebny jest nieznany a priori
- rzeczywisty czas przepływu tp toteż wymiarowanie kanału prowadzi się iteracyjnie W
pierwszym przybliżeniu w MCP zakłada się bdquodowolnąrdquo prędkość przepływu np υz(1) = 10
ms i oblicza czas przepływu tp(1) = L60υz(1)
Przykładowo w MGN wyznaczano bdquomiarodajnyrdquo czas trwania deszczu tdm(1) z wzoru
krpdm tttt (713)
w ktoacuterym podstawiano za tr = 02tp stąd
kpkppdm tttttt 2120 (714)
Dalej - w 1 przybliżeniu w MPC należy obliczyć natężenie jednostkowe deszczu
miarodajnego q(tdm)(1) a następnie strumień objętości Qm(tdm)(1) oraz dobierać wymiar kanału
z ustaleniem jego wypełnienia h(1) oraz bdquorzeczywistejrdquo prędkość przepływu υrz(1)
W 2 przybliżeniu dla nowo założonej prędkości υz(2) = υrz(1) należy obliczyć nowe
czasy tp(2) i tdm(2) oraz strumienie q(tdm)(2) i Qm(tdm)(2) Dla dobranej już średnicy kanału należy
ustalić nowe wartości h(2) oraz υrz(2) Obliczenia należy prowadzić do momentu aż prędkość
rzeczywista w n-tym przybliżeniu υrz(n) dla Qm(n) w dobranym kanale o wypełnieniu h(n)( )
nie roacuteżni się więcej niż plusmn 01 ms od υrz(n-1)
Przykładowo w MGN dla kanału złożonego z wielu odcinkoacutew obliczeniowych czas tp
był sumowany - od początku kanału do ostatniego przekroju obliczeniowego z wzoru
kpdm ttt 21 (716)
a minimalny czas trwania deszczu miarodajnego przyjmowano jako
tdm min = 10 min
- co oznaczało w praktyce że bdquokroacutetkierdquo kanały - na początkowych odcinkach sieci gdzie tdm le
10 minut były wymiarowane na stały opad q10(C) tj dla tdm = 10 minut
724 METODA UPROSZCZONA ndash STAŁYCH NATĘŻEŃ (MSN)
Do wymiarowania kanalizacji deszczowej stosowana była też uproszczona metoda
zwana metodą stałych natężeń (MSN) mająca jednak ograniczone zastosowanie - do
projektoacutew wstępnych i do zlewni o F le 50 ha Nie wyznaczano tutaj czasu trwania deszczu
miarodajnego a natężenie deszczu redukowano najczęściej funkcją uwzględniającą przyrost
powierzchni zlewni (F) Wzoacuter do obliczania miarodajnego strumienia Qm (w dm3s) w MSN
ma postać
zrIICm FqQ )(10 (723)
gdzie
q10C - natężenie jednostkowe deszczu o czasie trwania tdm = 10 minut dla danej częstości
występowania C lat (w dm3(s∙ha)) obliczane z wzoru (717) Błaszczyka postaci
KANALIZACJA I
62
constAA
t
CHq
dm
C 64410
6316667032
3 2
10 (724)
φ(II) - wspoacutełczynnik redukcji natężenia deszczu (oznaczony w MSN indeksem II - dla
odroacuteżnienia od MGN) obliczany najczęściej z formuły Buumlrkli-Ziglera w
zależności od wielkości powierzchni zlewni dla F ge 10 ha
nII
F
1)( (725)
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha
n - parametr zależny od spadkoacutew powierzchni terenu i kształtu zlewni -
Dla przeciętnych warunkoacutew terenowych gdy spadek terenu warunkuje prędkość
przepływu w kanałach rzędu 12 ms a długość zlewni była około dwa razy większa niż jej
szerokość zalecano przyjmowanie (intuicyjnie) n = 6 Dla spadkoacutew mniejszych i zlewni
wydłużonych n = 4 a dla spadkoacutew większych i zlewni zwartych n = 8
UWAGA MSN jako nie należąca do tzw metod czasu przepływu w świetle zaleceń PN-
EN 752 nie powinna być stosowna do wymiarowania kanalizacji deszczowej
725 OSOBLIWOŚCI OBLICZENIOWE W MCP
Wszystkie metody czasu przepływu wymagają obliczeń sprawdzających tj poroacutewnań
aktualnie obliczanej wartości Qm(x) - w węźle (przekroju) niżej położonym względem
obliczonej już wartości Qm(x-1) - w węźle (przekroju) wyżej położonym W tzw zlewni
regularnej zawsze
Qm(x) ge Qm(x-1) (726)
W przypadku gdy Qm(x) lt Qm(x-1) - do wymiarowania dolnego odcinka kanału należy
przyjmować większą wartość strumienia tj Qm(x-1) - z goacuternego odcinka Dotyczy to
przypadkoacutew występowania tzw zlewni nieregularnych tj
zlewni o roacuteżniących się znacznie parametrach podzlewni (Fi ψi li iihellip)
występowania kanałoacutew tranzytowych
połączeń w węźle kilku kanałoacutew
Przykład zlewni regularnej kanału A-B-C przedstawiono poglądowo na rys 712
Rys 712 Schemat zlewni regularnej kanału deszczowego A-B-C (Fc ψsr = Fzr c Fc = F1 + F2)
Cechy szczegoacutelne przykładowej zlewni regularnej
kanał A-B-C złożony jest z dwoacutech odcinkoacutew o podobnych długościach l1 + l2 = l
podzlewnie deszczowe F1 i F2 są podobnej wielkości
wspoacutełczynniki spływu ψ1 i ψ2 są podobnej wartości
spadki terenu czy dna kanałoacutew i1 i i2 są podobnej wartości
Dla zlewni regularnej
QmC gt QmB
)(1)(2 BC DD
zrmm FqQ - strumień zwiększa się
pomimo że maleje qm ale szybciej rośnie Fzr
średnice kanałoacutew nie mogą maleć
wraz ze wzrostem długości kanału
KANALIZACJA I
63
Przykłady obliczeń zlewni nieregularnych ndash konieczne sprawdzenia Qm w węzłach
Nieregularność zlewni powodowana jest najczęściej znacznymi roacuteżnicami wielkości
powierzchni zlewni cząstkowych (Fi) bądź wspoacutełczynnikoacutew spływu (ψi) na wymiarowanych
odcinkach (i) kanału lecz nie tylko Nieregularność może być też wywołana znacznymi
roacuteżnicami wartości takich parametroacutew kanału jak długość czy spadek dna a więc
związanych z czasem przepływu (tp) Dla przykładu w podręcznikach [1 2] przedstawiono 4
klasyczne przykłady występowania zlewni nieregularnych - zwanych także wspoacutełzależnymi
lub wzajemnie oddziaływującymi na siebie Poniżej omoacutewiono 2 - najczęstsze przypadki
Przykład 1 21
Rys 713 Schemat zlewni nieregularnej gdy ψ1 gtgt ψ2
Wymiarowanie w przekroju B (odcinka A-B o długości l1 ndash rys 713)
1
1
1 )()(60
zrdmBmBdmBdmBpAB FtqQtqtl
t
Wymiarowanie w przekroju C (odcinka B-C o długości l2)
2
2
60
lt pBC )()()( 21 zrzrdmCmCdmCdmCpACpBCpABp FFtqQtqttttt
Sprawdzenie relacji wynikoacutew obliczeń strumieni QmB i QmC
- jeżeli QmB gt QmC to odcinek B-C wymiarujemy na strumień QmB Ma to miejsce zawsze
woacutewczas gdy pACpAB tt i jednocześnie 21 zrzr FF
Uzasadnienie prawdziwości hipotezy podano na rys 714
Rys 714 Wpływ relacji tpAB ltlt tpAC i Fzr1gtgt Fzr2 na wynik obliczeń strumieni QmB i QmC
KANALIZACJA I
64
Przykład 2 Połączenie dwoacutech kanałoacutew w węźle początkowym sieci
Założenie wyjściowe tp1 ltlt tp2 - wg rys 718
Rys 718 Schemat zlewni nieregularnej wywołanej połączeniem kanałoacutew węźle C gdy tp1 ltlt tp2
Kanał A-C wymiarujemy na strumień miarodajny w węźle C QmAC - dla czasu przepływu tp2
Kanał B-C wymiarujemy na strumień miarodajny w węźle C QmBC - dla czasu przepływu tp1
Kanał C-D wymiarujemy na strumień miarodajny dla węzła D - największy z 4 możliwych
1) dla sumy czasoacutew tp2 + tp3 i zlewni Fzr = Fzr1 + Fzr2 + Fzr3 (najczęściej w praktyce)
2) dla sumy czasoacutew tp1 + tp3 i zlewni Fzr = Fzr1 + Frsquozr2 + Fzr3 (sprawdzenie)
3) dla czasu tp2 i zlewni Fzr = Fzr1 + Fzr2 (sprawdzenie)
4) dla czasu tp1 i zlewni Fzr = Fzr1 + Frsquozr2 (sprawdzenie)
Aby obliczyć Frsquozr2 (do sprawdzeń 2 i 4) należy określić położenie punktu Arsquo tak aby
czas przepływu od Arsquo do C był roacutewny tp1 tzn długość odcinka ArsquoC = tp1 2 Zakładając
proporcjonalny do długości kanału przyrost powierzchni zlewni
2
2
zr
zr
F
F
AC
CA (727)
Otrzymamy
AC
FCAF zr
zr2
2
(728)
73 METODA WSPOacuteŁCZYNNIKA OPOacuteŹNIENIA
731 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MWO
W metodzie wspoacutełczynnika opoacuteźnienia (MWO) należącej do MCP pomija się czasy
retencji terenowej i kanałowej - czyli przyjmuje się z założenia td = tp Wyznaczone w ten
sposoacuteb spływy woacuted deszczowych (Qm) są miarodajne do bezpiecznego wymiarowania
kanałoacutew deszczowych (są one znacznie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN)
W MWO miarodajny strumień woacuted deszczowych Qm (dla td = tp) określa się z wzoroacutew
KANALIZACJA I
65
- dawniej (do 1999 r)
FCtqQ sdm )(115 (729)
- obecnie (od 1999 r)
FCtqQ sdm )( (730)
gdzie
q151 - wzorcowe jednostkowe natężenie deszczu - o czasie trwania td = 15 minut i
częstości występowania C = 1 rok przyjmowane dawniej jako średnie dla
Niemiec q151 = 100 dm3s ha Obecnie ustalane z atlasu KOSTRA q151 [90
170] dm3(s∙ha)
(tdC) - wspoacutełczynnik opoacuteźnienia odpływu (redukcji natężenia deszczu) dla czasu trwania
deszczu td (w minutach) i częstości wystąpienia C (w latach)
368409
38)( 4
C
tCt
d
d (731)
q(tdC) - miarodajne (maksymalne) natężenie jednostkowe deszczu (w dm3(s∙ha)) dla
czasu trwania td = tp i częstości występowania C obecnie ustalane na podstawie
krzywych IDF z atlasu KOSTRA - indywidualnie dla każdej miejscowości
ψs - szczytowy wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych przyjmowany w zależności
od stopnia uszczelnienia powierzchni nachylenia terenu i natężenia deszczu
wzorcowego - q15C -
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha
Miarodajne do wymiarowania kanalizacji - zredukowane jednostkowe natężenie deszczu
wg bdquostaregordquo wzoru (729)) wynosi więc
)36840(9
38)( 4
115115
Ct
qCtqd
d (732)
Np dla q151 = 100 dm3(s∙ha) z (732) otrzymamy natężenia deszczy zależne od C
q152 = 130 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 2 lata ((tdC) = 1300)
q155 = 180 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 5 lat ((tdC) = 1784)
q1510 = 225 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 10 lat ((tdC) = 2232)
Najkroacutetsze miarodajne czasy trwania deszczu (td min) przyjmowane są w MWO w
zależności od spadku terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni ndash wg tab 75
Tab 75 Najkroacutetsze czasy trwania deszczu (td min) w MWO w zależności
od spadku terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni wg ATV A-118
W MWO maksymalny spływ powierzchniowy (Qm dawniej wg (729) lub obecnie wg
(730)) pochodzi z miarodajnej - zredukowanej zlewni deszczowej o zastępczej
powierzchni
Fm zr = ψs middot F
Wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu (ψs) zależy od stopnia uszczelnienia
zlewni (ψ) i spadkoacutew powierzchni terenu (it) oraz od natężenia ndash częstości deszczu (C) (wg
tab 76)
Średni spadek
terenu
Stopień
uszczelnienia
Minimalny czas
trwania deszczu
Deszcz
obliczeniowy
lt 1 le 50 15 minut q15C
gt 50 10 minut
q10C 1 do 4 gt 0 10 minut
gt 4 le 50 10 minut
gt 50 5 minut q5C
KANALIZACJA I
66
Tab 76 Szczytowe wspoacutełczynniki spływu (s) dla roacuteżnych natężeń (częstości) deszczy
obliczeniowych (q15C) o czasie trwania 15 minut w zależności od grupy spadkoacutew terenu (it)
oraz stopnia uszczelnienia (ψ) wg ATV A-1181999 DWA A-1182006 cytow w [1 2]
() Stopnie uszczelnienia le 10 wymagają uwzględnienia lokalnych uwarunkowań wspoacutełczynnika s
() natężenia q15C = 100 130 180 i 225 dm3(s∙ha) odpowiadają C = 1 2 5 i 10 lat
732 OSOBLIWOSCI OBLICZENIOWE W MWO
Procedura wymiarowania hydraulicznego kanalizacji deszczowej wg MWO jest
podobna jak w MGN W szczegoacutelności dla każdego przekroju obliczeniowego kanału (węzła
x sieci) wyznacza się miarodajny czas trwania deszczu (td) odpowiadający sumarycznemu
czasowi przepływu (tp) w kanałach (sieci) wyżej położonych (td = tp)
Dla bardzo zroacuteżnicowanych powierzchni cząstkowych zlewni - pod względem kształtu
spadkoacutew terenu czy wartości wspoacutełczynnikoacutew spływu szczytowego występowanie zlewni
wspoacutełzależnych (oddziałujących na siebie) ndash czyli nieregularnych jest często spotykane [1
2] Przykładowo w przypadku połączenia większej liczby (n) kanałoacutew o zroacuteżnicowanych
czasach przepływu (tpi) wyznacza się skorygowany - średni ważony czas przepływu tps z
wzoru
n
mi
n
mipips QQtt11
(737)
8 WSPOacuteŁCZESNE STANDARDY ODWODNIENIA TERENOacuteW
ZURBANIZOWANYCH
81 WYMAGANIA DO WYMIAROWANIA KANALIZACJI DESZCZOWEJ
Z przyczyn ekonomicznych systemy kanalizacyjne na terenach zurbanizowanych nie
mogą być tak projektowane aby dla każdego intensywnego opadu deszczu w wieloleciu
mogły zagwarantować pełną ochronę terenoacutew przed wylaniem tj zapobiec w pełni szkodom
w wyniku podmoknięcia terenu czy podtopienia budowli czy też utrudnieniom
komunikacyjnym Zapewnienie odpowiedniego standardu odwodnienia terenu definiuje się
jako przystosowanie sieci kanalizacyjnej do przyjęcia maksymalnych - prognozowanych
strumieni woacuted opadowych z częstością roacutewną dopuszczalnej - akceptowalnej społecznie
częstości wystąpienia wylania na powierzchnię terenu
Określenie dopuszczalnych częstości z jaką średnio w okresie wieloletnim użytkownik
systemu kanalizacyjnego ma tolerować występowanie zaburzeń w funkcjonowaniu
kanalizacji powinno uwzględniać każdorazowo we właściwy sposoacuteb miejscowe
uwarunkowania terenu (tab 81)
Stopień
uszczel-
nienia
terenu
ψ
Szczytowe wspoacutełczynniki spływu s
Grupy spadkoacutew terenu
1) it le 1 2) 1 lt it le 4 3) 4 lt it le 10 4) it gt 10
Wzorcowe natężenie deszczu q15C - w dm3s ha ()
100 130 180 225 100 130 180 225 100 130 180 225 100 130 180 225
0 () 0 0 010 031 010 015 030 (046) 015 020 (045) (060) 020 030 (055) (075)
10 () 009 009 019 038 018 023 037 (051) 023 028 050 (064) 028 037 (059) (077)
20 018 018 027 044 027 031 043 056 031 035 055 067 035 043 063 080
30 028 028 036 051 035 039 050 061 039 042 060 071 042 050 068 082
40 037 037 044 057 044 047 056 066 047 05 065 075 050 056 072 084
50 046 046 053 064 052 055 063 072 055 058 071 079 058 063 076 087
60 055 055 061 070 060 063 070 077 062 065 076 082 065 070 080 089
70 064 064 070 077 068 071 076 082 070 072 081 086 072 076 084 091
80 074 074 078 083 077 079 083 087 078 08 086 090 080 083 087 093
90 083 083 087 090 086 087 089 092 086 088 091 093 088 089 093 096
100 092 092 095 096 094 095 096 097 094 095 096 097 095 096 097 098
KANALIZACJA I
67
Tab 81 Zalecane wg PN-EN 7522008 dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanalizacji [1 2]
Częstość deszczu
obliczeniowego C ) [1 raz na C lat]
Kategoria standardu odwodnienia terenu
(Rodzaj zagospodarowania)
Częstość
wystąpienia wylania
Cw
[1 raz na C lat] 1 na 1 I Tereny pozamiejskie (wiejskie) 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne przejścia i przejazdy
pod ulicami itp
1 na 50
) Dla deszczu obliczeniowego nie mogą wystąpić żadne przeciążenia systemoacutew
Wdrożona w Polsce norma europejska PN-EN 752 z 2008 r przyjmowała dopuszczalną
częstość wylania (Cw) jako miarę stopnia ochrony terenoacutew przed wylaniem - w zależności od
rodzaju jego zagospodarowania Jak wynika z tabeli 81 o wymaganym standardzie
odwodnienia terenu decydował rodzaj zagospodarowania w tym obecność obiektoacutew
specjalnych infrastruktury podziemnej Tym samym wyroacuteżniono cztery kategorie standardu
odwodnienia terenu roacuteżniące się istotnie dopuszczalną częstością wystąpienia wylania (Cw)
Podobną kategoryzację (I - IV) przyjęto w Polsce w latach osiemdziesiątych ubiegłego
wieku - w zależności od zagospodarowania i spadkoacutew terenu rozroacuteżniając przy tym jeszcze
rodzaj systemu kanalizacyjnego (tab 82) Były to jednak znacznie niższe dopuszczalne
wartości częstości (1 2 5 i 10 lat ndash dla kanalizacji deszczowej) wystąpienia wylania w
poroacutewnaniu do podanych w tabeli 81
Tab 82 Dopuszczalne prawdopodobieństwa (częstości) wystąpienia zalewoacutew terenu dla kanałoacutew
deszczowych i ogoacutelnospławnych wg IKŚ [1 2]
Kategoria
standardu
odwodnie-nia
terenu
Rodzaju ukształtowania i zagospodarowania terenu -
w standardach odwodnienia I II III i IV kategorii
Prawdopodobieństwo p w
(częstość Cw w latach)
- kanalizacja
deszczowa
- kanalizacja
ogoacutelnospławna
I Wszystkie rodzaje zagospodarowania z wyjątkiem dzielnic
śroacutedmiejskich centroacutew miast oraz ulic E i P - teren płaski 100 (1) 50 (2)
II
Wszystkie rodzaje zagospodarowania jw teren o spadkach
2divide4 Dzielnice śroacutedmiejskie i centra miast oraz ulice klasy E i
P na terenach płaskich
50 (2) 20 (5)
III
Wszystkie rodzaje zagospodarowania jak w 1 lecz w szczegoacutelnie
niekorzystnych warunkach ze względu na odwodnienie (niecki
terenowe) Dzielnice śroacutedmiejskie i centra miast oraz ulice klasy
E i P na terenach o spadkach 2divide4
20 (5) 10 (10)
IV
Dzielnice śroacutedmiejskie centra miast oraz ulice klasy E i P na
terenach szczegoacutelnie niekorzystnych ze względu na odwodnienie
lub form zagospodarowania wymagających wyjątkowej
pewności odwodnienia
10 (10) 5 (20)
) Instytut Kształtowania Środowiska Zasady planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych w
aglomeracjach miejsko-przemysłowych i dużych miastach Warszawa 1983
Zalecenia PN-EN 7522008 są więc na tym tle bardzo rygorystyczne a przy tym nie
roacuteżnicują częstości wylewoacutew dla kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej
Zgodnie z niemiecką praktyką kanalizacyjną
wylanie należy wiązać ze szkodami względnie zakłoacuteceniami funkcjonowania jezdni
czy podziemnych obiektoacutew komunikacyjnych spowodowanymi wystąpieniem woacuted
opadowych z systemu kanalizacyjnego na powierzchnię terenu lub niemożnością ich
odprowadzenia do systemu wskutek jego przeciążenia
samo wystąpienie wody opadowej na ulicę nie spełnia warunku faktycznego stanu
wylania dopoacuteki spływ w przekroju poprzecznym ulicy uniemożliwia dalszy wzrost
poziomu lustra wody - powyżej krawężnikoacutew i przekroczenie granic posesji
KANALIZACJA I
68
Przy niewystarczającym spadku podłużnym jezdni czy braku wpustu zwierciadło wody
może jednak podnieść się powyżej wysokości krawężnika i doprowadzić do wylania wody na
teren posesji a stamtąd do potencjalnego wnikania do budynkoacutew
Zwymiarowane metodami czasu przepływu - większe systemy kanalizacyjne (o
powierzchni zlewni F gt 2 km2 lub o tp gt 30 minut) zaleca się obecnie sprawdzać pod kątem
ich maksymalnej przepustowości hydraulicznej (sieci i obiektoacutew) w oparciu o skalibrowane
modele symulacyjne (hydrodynamiczne) dla spełnienia wymagań PN-EN 752 odnośnie
akceptowalnych społecznie częstości wylewoacutew (wg tab 81)
Zalecenia PN-EN 7522008 co do dopuszczalnych częstości wylewoacutew z kanalizacji są
trudne do weryfikacji na etapie projektowania nowych systemoacutew ponieważ nie da się
uogoacutelnić związku pomiędzy częstością opadoacutew projektowych a częstością wylewoacutew
Pomocne okazują się tutaj wytyczne ATV-A 1181999 i DWA-A 1182006 ktoacutere
wprowadzają pojęcie częstości nadpiętrzenia (Cn) jako pomocniczą wielkość wymiarującą
do obliczeń sprawdzających (w modelowaniu) działania sieci kanalizacyjnych (tab 83)
Tab 83 Zalecane wg ATV A-118 częstości nadpiętrzenia do obliczeń sprawdzających
nowoprojektowanych bądź modernizowanych systemoacutew kanalizacyjnych
(poziom odniesienia powierzchnia terenu)
Rodzaj zagospodarowania terenu Częstość nadpiętrzenia Cn
[1 raz na C lat]
I Tereny pozamiejskie 2
II Tereny mieszkaniowe 3
III Centra miast tereny usług i przemysłu rzadziej niż 5
IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp rzadziej niż 10)
) Przy przejazdach należy wziąć pod uwagę że nadpiętrzeniu powyżej powierzchni terenu z reguły towarzyszy
bezpośrednio wylanie o ile nie są stosowane lokalne środki zabezpieczające Tutaj częstości nadpiętrzenia i
wylania odpowiadają wymienionej w tabeli 81 wartości bdquo1 na 50rdquo
Przez nadpiętrzenie w sieci (studzience) kanalizacyjnej należy rozumieć przekroczenie
przyjętego poziomu odniesienia - najczęściej powierzchni terenu Obliczenia sprawdzające
przepustowości kanałoacutew ograniczono więc zatem do takich stanoacutew systemu przy ktoacuterych
lustro ściekoacutew pozostaje wewnątrz systemu względnie osiąga poziom powierzchni terenu
Takie stany dają się w poprawny sposoacuteb odwzorować przy wykorzystaniu istniejących modeli
hydrodynamicznych (np SWMM) na podstawie danych o geometrii sieci wymiaroacutew
kanałoacutew i obiektoacutew Przez to zostaje wyznaczony obliczeniowo stan przeciążenia ktoacutery jest
najbliższy potencjalnie występującemu w dalszej kolejności wylaniu (tab 83)
Trendy zmian standardoacutew wymiarowania kanalizacji deszczowej
Odnośnie europejskich standardoacutew wymiarowania systemoacutew kanalizacji deszczowej
pierwowzorem polskiej normy PN-EN 752 z 2008 roku była norma PN-EN 752 z lat
20002001 (tab 83a)
Tab 83a Historycznie zalecane częstości deszczu obliczeniowego do wymiarowania kanalizacji
deszczowej i dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew wg PN-EN 75220002001
Częstość deszczu
obliczeniowego )
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
Częstość
wylewoacutew
[1 raz na C lat]
1 na 1 Tereny wiejskie 1 na 10
1 na 2 Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 2
1 na 5
Centra miast tereny usług i przemysłu
- ze sprawdzaniem wystąpienia wylania
- bez sprawdzania wystąpienia wylania
1 na 30
----
1 na 10
Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
) Dla deszczu obliczeniowego nie mogą wystąpić żadne przeciążenia systemoacutew
KANALIZACJA I
69
Najnowsza wersja normy PN-EN 752 z 2017 roku utrzymuje zalecane wg PN-EN 752 z
2008 roku (tab 81) częstości projektowe deszczu obliczeniowego tj C = 1 rok - dla terenoacutew
pozamiejskich (wiejskich) oraz C = 2 5 lub 10 lat - dla terenoacutew miejskich (w zależności od
rodzaju zagospodarowania terenu) ale przewiduje już możliwość przyjmowania większych
niż podane w tabelach 81 i 83b - częstości projektowych deszczu obliczeniowego (C)
Biorąc pod uwagę przewidywany wzrost częstości występowania intensywnych opadoacutew
w przyszłości do wymiarowania zwłaszcza głoacutewnych kanałoacutew i przy braku możliwości
modelowania przeciążeń (nadpiętrzeń i wylewoacutew) celowe jest już obecnie przyjmowanie
większych częstości deszczu obliczeniowego niż zalecane w standardach projektowych PN-
EN 75220002001 PN-EN 7522008 PN-EN 7522017 oraz MTiGM1999 wg propozycji
podanej w tabeli 83c - na podstawie podręcznikoacutew [1 2 3]
Tab 83b Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do wymiarowania
kanalizacji deszczowej wg najnowszej normy PN-EN 7522017 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
1 na 1 Tereny pozamiejskie (wiejskie)
1 na 2 Tereny mieszkaniowe
1 na 5 Centra miast tereny usług i przemysłu
1 na 10 Podziemne obiekty komunikacyjne
Przejścia i przejazdy pod ulicami itp
Tab 83c Proponowane zmiany częstości deszczy obliczeniowych dla zachowania
w przyszłości obecnie dopuszczalnych częstości wylewoacutew wg [2 3] Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
2 zamiast 1 Tereny wiejskie
5 zamiast 2 Tereny mieszkaniowe
10 zamiast 5 Centra miast tereny usług i przemysłu
50 zamiast 10 Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp Podobne zalecenia do wymiarowania systemoacutew odwodnieniowych w tym do
sprawdzania niezawodności ich działania (z uwzględnieniem kryterium nadpiętrzeń w
kanałach) są już stosowane w Belgii (Flandria) czy w Niemczech (Nadrenia Poacutełnocna -
Westfalia - wg Merkblatt Nr 433) Pozwoli to prawdopodobnie na zachowanie także w
przyszłości obecnie dopuszczalnych częstości występowania zagrożeń wylewami z kanałoacutew
Odnośnie dopuszczalnej częstość wylewoacutew z kanalizacji normy PN-EN 752 - z
20002001 r (tab 83a) i z 2008 r (tab 81) ograniczały to zagrożenie do rzadkich częstości
(C) występowania w dostosowaniu do 4 rodzajoacutew zagospodarowania przestrzennego terenoacutew
zurbanizowanych Najnowsza wersja normy PN-EN 7522017 roacuteżnicuje już dopuszczalną
częstość wylewoacutew z kanałoacutew w siedmiostopniowej skali wpływu zagrożenia na środowisko -
dla przykładowo zdefiniowanych lokalizacji terenoacutew Jednocześnie zastrzega że podane w
tabeli 83d wartości dopuszczalnych częstości wylewoacutew mogą być zaroacutewno podwyższane bdquow
przypadku szybko przemieszczających się woacuted powodziowychrdquo ale także obniżane bdquow
przypadku przebudowy istniejących systemoacutew gdy osiągnięcie tych samych kryterioacutew
projektowych dla nowych systemoacutew pociąga za sobą zbyt wysokie kosztyrdquo Ta druga
możliwość jest dyskusyjna wobec prognozowanego wzrostu częstości występowania
intensywnych opadoacutew w przyszłości Ponieważ norma nie jest aktem prawnym (wg Ustawy o
normalizacji z 2002 r) zalecenia normatywne należy traktować jako wskazoacutewki do
autorskich projektoacutew [1 2 3]
KANALIZACJA I
70
Tab 83d Kryteria oceny zagrożeń oraz dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew i podtopień
terenoacutew wg PN-EN 7522017
Stopień zagrożenia Przykładowe lokalizacje Częstość wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Bardzo mały Drogi lub otwarte przestrzenie z dala od budynkoacutew 1
Mały Tereny rolnicze w zależności od wykorzystania (np
pastwiska grunty orne) 2
Mały do średniego Otwarte przestrzenie wykorzystane do celoacutew publicznych 3
Średni Drogi lub otwarte przestrzenie w pobliżu budynkoacutew 5
Średni do wysokiego Zalania zamieszkanych budynkoacutew z wyłączeniem piwnic 10
Wysoki Głębokie zalania zamieszkanych piwnic lub przejazdoacutew
pod ulicami 30
Bardzo wysoki Infrastruktura krytyczna 50
82 POROacuteWNANIE DOTYCHCZASOWYCH METOD WYMIAROWANIA
KANALIZACJI DESZCZOWEJ W POLSCE i W NIEMCZECH
821 Analiza jakościowa dotychczasowych metod czasu przepływu
W podręcznikach [1 2] poroacutewnano dwie metody (czasu przepływu) wymiarowania
kanalizacji deszczowej stosowanej dotychczas w Polsce - MGN z wzorem Błaszczyka oraz
podobnie w Niemczech - MWO z wzorem Reinholda
UWAGA Poroacutewnywane metody roacuteżnią się ilościowo - pod względem wartości obliczanych
strumieni Qm(C) lecz wykazują wysoką zgodność jakościową pod względem podobnych
przyrostoacutew strumieni przy zwiększaniu częstości opadoacutew projektowych (C)
Wykazane to będzie na przykładzie całkowicie wypełnionych kanałoacutew o przekroju
kołowym gdzie łatwo udowodnić że wzrost ich przepustowości całkowitej (Q) zależy od
średnicy kanału (d) w funkcji
3 8
1
3 8
11 d
d
dQ
dQ iii (81)
Dowoacuted Korzystając z wzoru Manninga na prędkość średnią [1 2 3]
21321iR
nh (82)
dla promienia hydraulicznego Rh = d4 i wspoacutełczynnika szorstkości kanału n = 0013 sm13
otrzymamy
21322132 5330)4
(1
idid
n (83)
stosując roacutewnanie ciągłości ruchu
ididd
AQ 3 821322
982353304
(84)
przy spadku linii energii roacutewnemu spadkowi dna kanału ii = i1 = idem otrzymamy
3 8
1
3 8
13 8
1
3 8
11 9823
9823
)(
)(
d
d
id
id
dQ
dQ iiiii (85)
Na wykresie na rys 81 przedstawiono bezwymiarowe zależności did1 od QiQ1 equiv
qmiqm1 ndash wyliczone z MGN i MWO Z wykresu wynika że dwukrotne zwiększenie wartości
częstości deszczu np z C = 1 rok na C = 2 lata powoduje wzrost wartości strumienia deszczu
o wartość mnożnika 127 - wg wzoru Błaszczyka (MGN) lub o 13 - wg wzoru Reinholda
(MWO) a więc wymaga wzrostu przepustowości kanału o rząd 30 co wymaga z kolei
wzrostu średnicy kanału tylko rzędu 10 Przykładowo dziesięciokrotne zwiększenie
wartości częstości deszczu np z C = 1 rok na C = 10 lat powoduje względny wzrost wartości
KANALIZACJA I
71
strumienia deszczu o wartość mnożnika ok 22 (w MGN i MWO) i wymaga wzrostu średnicy
kanału jedynie rzędu 35
Rys 81 Jakościowa zależność względnej średnicy kanału od względnego strumienia objętości
Jak z tego wynika bdquobezpiecznerdquo projektowanie średnic kanałoacutew na większą wartość C
np na C = 2 w poroacutewnaniu z C = 1 lub na C = 5 w poroacutewnaniu z C = 2 czy też na C = 10 w
poroacutewnaniu z C = 5 wymaga tylko nieznacznego wzrostu średnicy o około 10 a więc
praktycznie nie podnosi kosztoacutew budowy kanalizacji zapewniając jednocześnie większą
pewność poprawnego jej działania
Racjonalne jest więc zapewnianie bdquowyższego standardurdquo ochrony terenoacutew
zurbanizowanych przed wylaniami z kanalizacji poprzez podnoszenie (w pewnym zakresie)
wartości częstości obliczeniowych deszczy (C) - miarodajnych do projektowania kanalizacji
czyli obniżanie przyjmowanych wartości prawdopodobieństwa (p) ich pojawiania się
822 Analiza ilościowa dotychczasowych metod czasu przepływu
Obliczane wg MWO miarodajne do wymiarowania kanalizacji strumienie ściekoacutew
deszczowych (Qm) są znacznie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN Wynika to
głoacutewnie z roacuteżnic stosowanych modeli opadoacutew ale także z odmiennych założeń wyjściowych
samych metod obliczeniowych co do miarodajnego czasu trwania deszczu (w MWO td = tp)
czy też wartości wspoacutełczynnikoacutew spływu (s - w MWO) Wyniki obliczeń strumieni Qm wg
MWO mogą być nawet dwukrotnie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN - dla
tych samych parametroacutew zlewni deszczowych tj czasu przepływu i częstości występowania
deszczu obliczeniowego [1 2]
W tabeli 84 poroacutewnano natężenia deszczy 10-minutowych odczytane z atlasu
KOSTRA dla granicznych polskich miast na tle zmierzonych we Wrocławiu i w Bochum
oraz obliczonych z modeli Reinholda (612) Błaszczyka (614) i Bogdanowicz-Stachy (616)
Wzajemne roacuteżnice wynikoacutew obliczeń natężeń deszczy q10C - obliczonych z modelu
Reinholda względem obliczonych z modelu Błaszczyka są rzędu 30 (tab 84 wiersz 12) -
na niekorzyść modelu Błaszczyka Średnie wartości natężeń deszczy q10C dla polskich miast
mieszczących się w zasięgu atlasu KOSTRA (z 1997 roku) są niemal identyczne ze
zmierzonymi we Wrocławiu [1 2] i zbliżone wartościami do obliczonych z modelu
Reinholda (tab 84 - wiersze 8 9 i 10) Średnie te są znacznie wyższe od obliczonych z
modelu Błaszczyka od 44 do 19 w praktycznym do projektowania kanalizacji
deszczowej zakresie C [1 10] lat (wiersz 13)
UWAGA Wg modelu Bogdanowicz-Stachy w regionie centralnym Polski (R1) natężenia
q10C są wyższe niż w regionie poacutełnocno-zachodnim (R2) Obliczane z tego modelu natężenia
deszczy poza C = 1 rok korespondują zaroacutewno ze zmierzonymi we Wrocławiu i w Bochum
jak i podanymi w atlasie KOSTRA dla polskich miast przygranicznych
KANALIZACJA I
72
Tab 84 Poroacutewnanie natężenia deszczy 10-minutowych dla wybranych polskich miast (z atlasu
KOSTRA) na tle zmierzonych we Wrocławiu i w Bochum oraz obliczonych z modeli
Reinholda (612) Błaszczyka (614) i Bogdanowicz-Stachy (616) Lp Miejscowość Natężenie deszczu q10C (w dm3(smiddotha)
dla częstości C (w latach)
Uwagi
C = 1 C = 2 C = 5 C = 10
1 Świnoujście 1352 1640 2020 2308
[Atlas KOSTRA]
2 Szczecin 1447 1776 2211 2540
3 Kostrzyń 1441 1747 2151 2457
4 Słubice 1486 1648 1863 2025
5 Gubin 1571 2019 2611 3059
6 Zgorzelec 1477 1869 2386 2778
7 Bogatynia 1410 1866 2469 2926
8 Średnio (1divide7) 1455 1795 2244 2585
9 Wrocław [106] 1483 1833 2300 2617 1960divide2009
10 Wg modelu Reinholda 1263 1642 2254 2820 q151= 100 dm3(smiddotha)
11 Wg modelu Błaszczyka 1009 1276 1725 2173 H = 600 mm
12 Roacuteżnica (10-11) (11) 252 287 307 298 -
13 Roacuteżnica (8-11) (11) 442 407 301 190 -
14 Wg Bogdanowicz-
Stachy dla regionu
R1 506 1852 2708 3220 1960divide1990
R2 506 1547 2209 2604
15 Bochum - Niemcy [10] 1600 1984 2500 2884 1951divide1980
83 METODA MAKSYMALNYCH NATĘŻEŃ DO BEZPIECZNEGO
WYMIAROWANIA KANALIZACJI DESZCZOWEJ W POLSCE
831 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MMN
W celu zapewnienia niezawodności działania systemoacutew odwadniania terenoacutew (w tym
kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej) budowanych czy modernizowanych w Polsce
zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 752 pilna staje się potrzeba zmiany dotychczasowych
metod ich wymiarowania w tym zastąpienie modelu Błaszczyka nowymi modelami opadoacutew
maksymalnych W książkach [1 2 3] zaproponowano daleko idącą modyfikację MGN
poprzez min wyeliminowanie czasoacutew opoacuteźnienia-retencji tk i tr a więc uzależnienie
opoacuteźnienia odpływu jedynie od rzeczywistego czasu trwania opadu td - roacutewnego czasowi
przepływu tp (na wzoacuter MWO) i korzystanie z wiarygodnych polskich modeli opadoacutew
maksymalnych Wykazano bowiem że warunki hydrologiczne Polski i Niemiec są
zbliżone a ponadto miarodajne do projektowania bezpiecznych systemoacutew odwodnień
terenoacutew zurbanizowanych są maksymalne wysokości opadoacutew deszczu (o czasach trwania do
kilku godzin) ktoacutere występują z reguły w okresach długotrwałych zjawisk opadowych
(trwających nawet kilka dni) Woacutewczas znaczenie koncentracji terenowej (tk) i retencji
kanałowej (tr) jest pomijalnie małe Tak więc
MMN = zasady MWO + polskie modele opadoacutew maksymalnych
Miarodajny strumień deszczu Qm (w dm3s) wg umownie nazwanej bdquometody
maksymalnych natężeńrdquo (MMN) obliczyć należy z wyjściowej postaci wzoru [1 2 3]
FCtqQ sdm )(max (86)
gdzie
qmax(td C) - maksymalne natężenie jednostkowe deszczu (w dm3s ha) dla czasu trwania
td = tp i częstości występowania C ndash z wiarygodnych modeli opadoacutew
maksymalnych - krzywych IDF (przy td min - wg tab 75)
KANALIZACJA I
73
ψs - maksymalny (szczytowy) wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych przyjmowany
w zależności od stopnia uszczelnienia powierzchni (ψ) nachylenia terenu (it) oraz
częstości deszczy C (ψs - wg tabeli 76a)
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha W wymiarowaniu kanalizacji deszczowej oblicza się najpierw zastępczy (średni
ważony) stopień uszczelnienia powierzchni (ψ) danej zlewni obliczany z wzoru
n
i
i
n
i
ii
n
nn
F
F
FFF
FFF
1
1
21
2211
)(
(86a)
gdzie
ψi - wspoacutełczynnik spływu (i-tej) powierzchni składowej zlewnipodzlewni kanału -
Fi - (i-ta) powierzchnia składowa zlewnipodzlewni F ha
Stopień uszczelnienia powierzchni zlewni należy przyjmować z zakresu
ψ = 10 - dla szczelnych powierzchni np dachoacutew
ψ = 09divide10 - dla uszczelnionych powierzchni np jezdni placoacutew chodnikoacutew
ψ = 0divide03 - dla nieuszczelnionych powierzchni np tzw terenoacutew zielonych
Następnie ustala się wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu s wg tabeli 76 (jak
w MWO)
Tab 76a Szczytowe wspoacutełczynniki spływu (s) w zależności od stopnia uszczelnienia (ψ) i
spadkoacutew terenu (it) oraz częstości projektowych deszczy (C)
Przykład metodyczny nr 1 Dla obliczonego stopnia uszczelnienia powierzchni zlewni
ψ = 025 przy uwzględnieniu spadkoacutew terenu w granicach 1 lt it le 4 i deszczu
obliczeniowego o częstości występowania C = 5 lat na podstawie tabeli 76 interpolowana
liniowo wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu wynosi ψs = 0465
Przykład metodyczny nr 2 Dla ψ = 030 przy 4 lt it le 10 i C = 2 lata na podstawie
tabeli 76 ustalono ψs = 042
Miarodajny spływ powierzchniowy (o strumieniu Qm - z wzoru (86)) pochodzi z
miarodajnej - zredukowanej zlewni deszczowej o zastępczej powierzchni
Stopień
uszczel-
nienia
terenu
ψ
Szczytowe wspoacutełczynniki spływu s
Spadki terenu
it le 1 1 lt it le 4 4 lt it le 10 it gt 10
Częstości obliczeniowe deszczu C lata
C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 0 () 0 0 010 031 010 015 030 (046) 015 020 (045) (060) 020 030 (055) (075)
10 () 009 009 019 038 018 023 037 (051) 023 028 050 (064) 028 037 (059) (077)
20 018 018 027 044 027 031 043 056 031 035 055 067 035 043 063 080
30 028 028 036 051 035 039 050 061 039 042 060 071 042 050 068 082
40 037 037 044 057 044 047 056 066 047 05 065 075 050 056 072 084
50 046 046 053 064 052 055 063 072 055 058 071 079 058 063 076 087
60 055 055 061 070 060 063 070 077 062 065 076 082 065 070 080 089
70 064 064 070 077 068 071 076 082 070 072 081 086 072 076 084 091
80 074 074 078 083 077 079 083 087 078 08 086 090 080 083 087 093
90 083 083 087 090 086 087 089 092 086 088 091 093 088 089 093 096
100 092 092 095 096 094 095 096 097 094 095 096 097 095 096 097 098
() Stopnie uszczelnienia le 10 wymagają uwzględnienia lokalnych uwarunkowań s
KANALIZACJA I
74
Fm zr = ψs middot F (86b)
gdzie
ψs - szczytowy wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych w zlewni danego kanału -
F - powierzchnia zlewni deszczowej danego kanału ha
Najkroacutetsze czasy trwania deszczu td min (w MMN) należy dobierać w zależności od
nachylenia terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni (td min 5 10 15 minut) wg tab 75
(jak w MWO)
Tab 75 Najkroacutetsze czasy trwania deszczu (td min) w zależności
od spadku terenu (it) i stopnia uszczelnienia (ψ) do MMN
Do czasu opracowania atlasu opadoacutew maksymalnych w Polsce - na wzoacuter atlasu
KOSTRA w Niemczech (co było postulowane już w 2011 roku w I wydaniu podręcznika [1])
można sformułować następujące zalecenia co do przydatności dotychczasowych modeli
opadoacutew do wymiarowania odwodnień terenoacutew w Polsce wg MMN
odnośnie do wymiarowania sieci kanalizacyjnych
o dla częstości projektowej deszczu C = 1 rok (na terenach wiejskich) należy
stosować wiarygodne modele lokalne opadoacutew maksymalnych bądź do czasu ich
opracowania z konieczności stosować można wzoacuter Błaszczyka (dla td = tp)
jednak z niezbędną korektą częstości deszczy z C = 1 rok na C = 2 lata
o dla częstości projektowych deszczy C = 2 5 i 10 lat zaleca się stosowanie
wiarygodnych modeli lokalnych (jak np w przypadku Wrocławia) bądź modelu
Bogdanowicz-Stachy Jednak na terenach podgoacuterskich i goacuterskich (ktoacuterych nie
obejmuje model Bogdanowicz-Stachy - rys 610) z konieczności stosować można
wzoacuter Błaszczyka - z niezbędną korektą częstości deszczy (dla td = tp)
o z C = 2 lata na C = 5 lat - w II kategorii (wg tab 81)
o z C = 5 lat na C = 10 lat - w III kategorii
o z C = 10 lat na C = 20 lat - w IV kategorii odwodnienia terenu
odnośnie do wymiarowania zbiornikoacutew retencyjnych ściekoacutew deszczowych ze
względu na ich wagę w zapewnieniu niezawodności działania systemoacutew
odwodnieniowych terenoacutew należy odpowiednio zwiększyć wartości przyjmowanych
częstości projektowych opadoacutew dla zbiornikoacutew (Cz gt C) w stosunku do zalecanych
częstości projektowych do wymiarowania sieci kanalizacyjnych (na wzoacuter wytycznych
niemieckich) i korzystać tutaj z zalecanych wyżej modeli opadoacutew (tab 85)
W przypadku Wrocławia do projektowania sieci i obiektoacutew kanalizacji deszczowej
można stosować lokalny np model fizykalny opadoacutew maksymalnych zwłaszcza dla
praktycznego zakresu td [5 180] minut i C [1 10] lat postaci [1 2]
2650
max )453()530ln(681676)( dd tCCth (89)
ktoacutery po przekształceniu na maksymalne natężenia jednostkowe opadoacutew przyjmuje postać
Średni
spadek
terenu
Stopień
uszczelnienia
powierzchni
Minimalny
czas trwania
deszczu
lt 1 le 50 15 minut
gt 50 10 minut
1 do 4 gt 0 10 minut
gt 4 le 50 10 minut
gt 50 5 minut
KANALIZACJA I
75
12650
max ])453()530ln(681676[7166)(
ddd ttCCtq (89a)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu (deszczu) mm
qmax - maksymalne jednostkowe natężenie opadu dm3(smiddotha)
td - czas trwania deszczu min
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu (z przewyższeniem) lata
Tab 85 Zalecane modele opadoacutew do wymiarowania systemoacutew odwodnieniowych wg MMN [1 2]
Standard
odwodnienia
terenu
Wymagane
częstości
projektowe
Zalecane modele opadoacutew i częstości deszczy
C - do wymiarowania
sieci odwodnieniowych
Cz - do wymiarowania
zbiornikoacutew retencyjnych
- lata lata lata Tereny wiejskie C = 1 rok Modele lokalne dla C = 1 lub
model Błaszczyka dla C = 2
Modele lokalne dla Cz = 2 lub
model Błaszczyka dla Cz = 5
Tereny mieszkaniowe C = 2 lata
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 2
(Model Błaszczyka dla C = 5)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz = 5
(Model Błaszczyka dla Cz = 10)
Centra miast
tereny usług i
przemysłu
C = 5 lat
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 5
(Model Błaszczyka dla C = 10)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz ge 10
(Model Błaszczyka dla Cz ge 20)
Podziemne obiekty
komunikacyjne
przejścia przejazdy
C = 10 lat
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 10
(Model Błaszczyka dla C = 20)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz ge 20
(Model Błaszczyka dla Cz ge 30)
Metoda maksymalnych natężeń (MMN) pozwoli osiągnąć w Polsce roacutewnie bezpieczne
rezultaty wymiarowania systemoacutew kanalizacyjnych jak w wypadku metod czasu przepływu
stosowanych w Niemczech (MWO i MZWS) zaroacutewno pod względem wartości miarodajnych
strumieni deszczy (Qm) jak i osiąganych częstości nadpiętrzeń (Cn) czy wylewoacutew (Cw)
Ponadto zaleca się przyjąć w Polsce jako zasadę doboacuter średnic grawitacyjnych kanałoacutew
deszczowych i ogoacutelnospławnych na niecałkowite wypełnienie ndash do 90 przepustowości
przekroju przy strumieniu Qm (według zaleceń ATV A-118)
Tak zwymiarowane (MMN) systemy kanalizacyjne obejmujące zlewnie deszczowe o
powierzchni F gt 2 km2 zaleca się dodatkowo sprawdzać pod kątem ich przepustowości
hydraulicznej (sieci i obiektoacutew) w oparciu o skalibrowane modele symulacyjne -
hydrodynamiczne dla spełnienia wymagań PN-EN 752 co do akceptowalnych społecznie
częstości nadpiętrzeń czy wylewoacutew (wg tab 81 83 i 85) Zastosowanie mają tutaj
zwłaszcza probabilistyczne modele opadoacutew maksymalnych
W przypadku Wrocławia korzystać można np z modelu opartego na rozkładzie
prawdopodobieństwa Fishera-Tippetta (typu IIImin) dla zakresu td [5 4320] minut i p [1
001] czyli C [1 100] lat o postaciach (DDF i IDF) [1 2]
8090022202420
max ln 68981197417584)( pttpth ddd (810)
lub
1
8090
022202420
max ]1
ln68981197417584[7166)(
dddd t
CttCtq (810a)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu (deszczu) mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(smiddotha)
td - czas trwania deszczu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p C -
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu z przewyższeniem lata
KANALIZACJA I
76
852 WYMIAROWANIE PRZYKŁADOWYCH SIECI KANALIZACYJNYCH
Na potrzeby ilustracji metod wymiarowania a następnie modelowania działania
hydrodynamicznego - przykładowo zwymiarowanych sieci kanalizacji deszczowej przyjęto
modelową zlewnię deszczową o powierzchni F = 2025 ha (tj ok 2 km2) położoną w terenie
płaskim we Wrocławiu przedstawioną schematycznie na rysunku 85 Przykład zaczerpnięto
z pracy doktorskiej B Kaźmierczaka z 2011 r pt Badania symulacyjne działania przelewoacutew
burzowych i separatoroacutew ściekoacutew deszczowych w warunkach ruchu nieustalonego do
wspomagania projektowania sieci odwodnieniowych cytowanej w [1 2]
1
2
5
4
3
6
7
10
9
8
11
12
15
14
13
16
17
20
19
18
21
22
25
24
23
26
27
30
29
28
31
32
35
34
33
86
87
90
89
88
81
82
85
84
83
76
77
80
79
78
71
72
75
74
73
66
67
70
69
68
61
62
65
64
63
56
57
60
59
58
51
52
55
54
53
46
47
50
49
48
41
42
45
44
43
36
37
40
39
38 out
Rys 85 Plan zintegrowanych powierzchni cząstkowych modelowej zlewni deszczowej
Kanalizowana zlewnia deszczowa w zabudowie mieszkaniowej składa się z 90 zlewni
cząstkowych - modułoacutew o powierzchniach 225 ha i wymiarach 150 na 150 m Średni ważony
wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego wynosi ψ = 025 stąd powierzchnia zredukowana
zlewni Fzr = 50625 ha Projektowane kanały boczne (w liczbie 36) mają długość po 300 m
(2 odcinki po 150 m) Kolektor ma całkowitą długość 2700 m (18 odcinkoacutew po 150 m)
Obliczenia hydrologiczne i hydrauliczne kanalizacji deszczowej przeprowadzono dla 3
wariantoacutew wymiarowania sieci metodami czasu przepływu a mianowicie
(I) MGN - z modelem opadoacutew Błaszczyka (717) dla H = 590 mm (Wrocław)
(II) MGN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia (810a)
(III) MMN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia (810a)
Zestawienie założeń wyjściowych do obliczeń hydrologicznych i hydraulicznych dla 3
wariantoacutew obliczeniowych sieci kanalizacji deszczowej przedstawiono w tabeli 814
Tabela 814 Zestawienie założeń wyjściowych do obliczeń hydrologicznych i hydraulicznych
przykładowych sieci kanalizacji deszczowej (dla trzech wariantoacutew wymiarowania)
Wariant
metoda
Częstość deszczu
obliczeniowego
C lata
Czas koncentracji
terenowej
tk min
Czas
retencji
kanałowej
tr min
Minimalny czas
trwania deszczu
miarodajnego
tdm min min
Maksymalne
wypełnienie
kanału
D kanały
boczne kolektor
kanały
boczne kolektor
I MGN z
wzorem (717) 1 2 10 5 02 tp 10 do 100
II MGN z
wzorem (810a) 1 2 10 5 02 tp 10 do 100
III MMN z
wzorem (810a) 2 2 0 0 0 15 do 75
KANALIZACJA I
77
Wyniki wymiarowania
I MGN z modelem opadoacutew Błaszczyka
W I wariancie obliczeniowym - wymiarowania kanalizacji deszczowej opracowano
krzywe natężenia deszczu z wzoru Błaszczyka (717) Zredukowane (dla czasu przepływu tp)
krzywe IDF dla częstości występowania opadoacutew C = 1 i 2 lata przedstawiono na rys 86
W I wariancie dobrano średnice kanałoacutew bocznych pierwszy odcinek (150 m) ma
K030 m oraz drugi odcinek (150 m) ma K040 m Kolektor składa się z 18 odcinkoacutew o
średnicach od K080 do K160 m Obliczeniowy czas przepływu wynosi 456 min
Miarodajny strumień odpływu ściekoacutew deszczowych wynioacutesł Qm(I) = 1948 m3s
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
C=2
C=1
p Rys 86 Zredukowane krzywe natężenia deszczu (IDF) z wzoru Błaszczyka do MGN
II MGN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W II wariancie obliczeniowym opracowano krzywe natężenia deszczu do MGN z
modelu opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia Zredukowane (od czasu przepływu tp) krzywe
IDF z wzoru (810a) dla częstości występowania opadoacutew C = 1 i 2 lata przedstawiono na
rys 87
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
p
C=2
C=1
Rys 87 Zredukowane krzywe natężenia deszczu (IDF) z modelu opadoacutew
maksymalnych dla Wrocławia do MGN
W II wariancie kanały boczne mają średnice K040 m i K050 m Kolektor składa się z
18 odcinkoacutew o średnicach K080 m do K20 m Czas przepływu w sieci wynosi 4385 min
Przyjmując miarodajny strumień odpływu ściekoacutew deszczowych z I wariantu Qm(I) = 1948
m3s za 100 to strumień odpływu w II wariancie Qm(II) = 3049 m3s jest wyższy o 56
III MMN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W III wariancie obliczeniowym na podstawie założeń wyjściowych (tab 814)
opracowano krzywą natężenia deszczu do MMN - z modelu (810a) opadoacutew maksymalnych
dla Wrocławia Krzywą IDF dla C = 2 lata i td min = 15 minut przedstawiono na rysunku 88
KANALIZACJA I
78
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
p
C=2
Rys 88 Krzywa natężenia deszczu (IDF) z modelu opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia do MMN
W III wariancie kanały boczne mają średnice K040 m i K060 m a kolektor - od
K080 m do K220 m Czas przepływu wynosi 433 min Strumień ściekoacutew deszczowych w
III wariancie Qm(III) = 3700 m3s jest wyższy aż o 90 wzgl I wariantu (Qm(I) = 1948 m3s)
853 MODELOWANIE DZIAŁANIA PRZYKŁADOWO ZWYMIAROWANYCH SIECI
KANALIZACYJNYCH
W celu weryfikacji występowania nadpiętrzeń w kanałach w przykładowo
zaprojektowanych sieciach należy zgodnie z zaleceniami DWA-A 1182006 obciążyć
zlewnię modelową deszczem o częstości występowania C = 3 lata (wg tab 83) i czasie
trwania dwukrotnie przewyższającym czas przepływu w sieci Ponieważ w zaprojektowanych
zlewniach modelowych (średni) czas przepływu jest rzędu 45 min opracowano na podstawie
wzoru (810) na maksymalną wysokość deszczu we Wrocławiu opad modelowy o czasie
trwania t = 90 min Do symulacji działania sieci wykorzystano oprogramowanie SWMM 50
Ideą opadoacutew modelowych jest oddanie w sposoacuteb zbliżony do rzeczywistości przebiegu
typowych opadoacutew - o zmiennej w czasie intensywności Przykładem jest model Eulera typu
II zalecany min do symulacji działania kanalizacji w Niemczech a obecnie w Polsce [1 2]
Jego przydatność potwierdziła Wartalska w pracy doktorskiej z 2019 r oraz w monografii ndash wg Wartalska KE Kotowski A Metodyka tworzenia wzorcoacutew opadoacutew do modelowania odwodnień
terenoacutew Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2020
Rys 3 Opad modelowy Eulera typu II o C = 3 lata i t = 90 min dla Wrocławia [1 2]
Wyniki modelowania
Ad I Sieć deszczowa zwymiarowana MGN z modelem opadoacutew Błaszczyka
W celu weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zwymiarowanej w 3 wariantach obciążono zlewnię opracowanym opadem modelowym
Eulera typu II dla warunkoacutew wrocławskich Z sumarycznej wysokości opadu (2675 mm)
czwarta jego część (ψ = 025) przekształcana była w spływ powierzchniowy i trafiała do
kanalizacji Profil kolektora wraz z maksymalnymi wypełnieniami w czasie trwania opadu
(31-sza min) dla zwymiarowanej w I wariancie sieci kanalizacyjnej podano na rys 810
KANALIZACJA I
79
Rys 810 Profil kolektora w 31 minucie trwania opadu modelowego
w I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Zaprojektowana w I wariancie sieć kanalizacji deszczowej nie ma odpowiedniej
przepustowości hydraulicznej aby bez nadpiętrzeń do poziomu terenu odprowadzać
modelowane spływy ściekoacutew deszczowych Jak pokazano na rysunku 810 praktycznie cały
kolektor poza ostatnim odcinkiem pracuje pod ciśnieniem w czasie trwania zadanego
opadu modelowego Nadpiętrzenia rzędu kilku metroacutew w tym do powierzchni terenu (i
wylania) występują w większości węzłoacutew obliczeniowych kolektora W przypadku kanałoacutew
bocznych roacutewnież mamy do czynienia z licznymi nadpiętrzeniami
Sumaryczna objętość ściekoacutew ktoacutere podczas trwania opadu modelowego nie zmieściły
się lub wylały się z sieci wynosi 1291 m3 Większa część z tej objętości to ścieki deszczowe
ktoacutere wylały się w początkowych odcinkach sieci - w węzłach obliczeniowych gdzie
zagłębienie kolektora jest najmniejsze Łącznie wylania zanotowano aż w 71 węzłach
obliczeniowych czyli w 71 zintegrowanych zlewniach cząstkowych
Węzły obliczeniowe w ktoacuterych nastąpiły wylania przedstawiono schematycznie na
rysunku 814 Tylko w przypadku 19 z 90 węzłoacutew napiętrzenia nie osiągnęły w żadnej chwili
czasowej trwania opadu modelowego poziomu terenu
Rys 814 Miejsca spiętrzeń powyżej poziomu terenu w modelowej zlewni
w I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
W I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej maksymalny modelowy
strumień objętości na ostatnim odcinku kolektora wynioacutesł Qmax(I) = 516 m3s
Ad II Sieć deszczowa zwymiarowana MGN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W celu weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zaprojektowanej w II wariancie obciążono ją roacutewnież opadem modelowym Eulera typ II o
częstości występowania C = 3 lata i o czasie trwania t = 90 min (analogicznie jak w
przypadku I wariantu) Profil kolektora wraz z wypełnieniami w wybranym czasie trwania
opadu (31 minuta) przedstawiono na rysunku 816
KANALIZACJA I
80
Rys 816 Profil kolektora w 31 minucie trwania opadu modelowego
w II wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Jak widać z rysunku 816 napiętrzenia na początkowych odcinkach kolektora w
przedstawionej chwili czasowej symulacji osiągają poziom terenu Środkowe i po części
końcowe odcinki kolektora pracują już pod niewielkim ciśnieniem W przypadku
początkowych kanałoacutew bocznych także mamy do czynienia z nadpiętrzeniami do poziomu
terenu Sumaryczna objętość ściekoacutew ktoacutere podczas trwania deszczu modelowego nie
zmieściły się lub wylały się z sieci wynosi 20 m3 Łącznie wylania zanotowano w 12
węzłach (rys 819)
Rys 819 Miejsce nadpiętrzeń do poziomu terenu w modelowej zlewni
w II wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Maksymalny modelowy strumień objętości (w II wariancie) na ostatnim odcinku
kolektora wynosił Qmax(II) = 611 m3s
Ad III Sieć deszczowa zwymiarowana MMN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
Do weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zaprojektowanej w III wariancie obciążono ją roacutewnież opadem modelowym Eulera typ II o
częstości C = 3 lata i o czasie trwania t = 90 min Profil kolektora (34 minuta) przedstawiono
na rysunku 821
Rys 821 Profil kolektora w 34 minucie trwania opadu modelowego
w III wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
KANALIZACJA I
81
Jak wynika z rysunku 821 praktycznie cały kolektor pracuje ze swobodnych lustrem
ściekoacutew W przypadku wszystkich kanałoacutew bocznych nadpiętrzenia do poziomu terenu
roacutewnież nie występują - brak wylewoacutew z kanałoacutew Maksymalny strumień objętości
przepływu (w III wariancie) na ostatnim odcinku kolektora wynosił Qmax(III) = 695 m3s
854 WNIOSKI Z ANALIZ DZIAŁANIA PRZYKŁADOWO ZWYMIAROWANYCH SIECI
KANALIZACYJNYCH
Przeprowadzone badania miały na celu weryfikację przydatności do bezpiecznego
projektowania sieci (i obiektoacutew) kanalizacyjnych tzw metod czasu przepływu Zestawienie
wynikoacutew wymiarowania i analiz działania modelowych sieci kanalizacyjnych (dla trzech
wariantoacutew) przedstawiono w tabeli 818
Tab 818 Zestawienie wynikoacutew wymiarowania i modelowania działania przykładowych sieci
kanalizacyjnych w terenie płaskim w warunkach wrocławskich
Wariant
obliczeń
Parametry projektowe kanalizacji deszczowej Parametry modelowe
Strumień
odpływu
Qm
Objętość
sieci
VK
Wskaźnik
objętości
VKj
Rezerwa
systemu
VR
Maksymalny
wymiar
kolektora
Maksymalne
zagłębienie
kolektora
Strumień
modelowy
Qmax
Liczba
wylewoacutew
Lw
Objętość
wylewoacutew
Vw
m3s m3 m3ha m m ppt m3s - m3
I 1948 4849 239 22 K16 599 516 71 1291
II 3049 7234 357 22 K20 591 611 12 20
III 3700 9825 485 28 K22 533 695 0 0
Przeprowadzone analizy wskazały jednoznacznie że bezpieczną metodą czasu
przepływu jest MMN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia ze względu na
brak nadpiętrzeń do powierzchni terenu i wylewoacutew z kanalizacji Wzoacuter Błaszczyka i ogoacutelnie
MGN znacznie niedoszacowuje miarodajny do wymiarowania sieci strumień objętości
ściekoacutew deszczowych ze względu na licznie występujące nadpiętrzenia do powierzchni
terenu i wylania Proacuteba zastosowania w MGN wzoru opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
też nie przyniosła zadawalających wynikoacutew - zmalała jedynie liczba nadpiętrzeń i objętość
wylewoacutew z kanalizacji
UWAGA Praktyczne wskazoacutewki do symulacji działania kanalizacji podano w monografiach
1 Kaźmierczak B Kotowski A Weryfikacja przepustowości kanalizacji deszczowej w
modelowaniu hydrodynamicznym Oficyna Wyd Politechniki Wrocławskiej 2012
2 Nowakowska M Kotowski A Metodyka i zasady modelowania odwodnień terenoacutew
zurbanizowanych Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2017
Zalecenia do doboru wymiaroacutewśrednic kanałoacutew deszczowych
Biorąc pod uwagę prognozowany wzrost intensywności opadoacutew w przyszłości jako
minimalną średnicę kanałoacutew deszczowych w miastach zaleca się już obecnie przyjmować
Dmin = 040 m a tylko w uzasadnionych przypadkach można stosować Dmin = 030 m (jak wg
dotychczasowych WTP) - na początkowych odcinkach sieci przy znacznych spadkach terenu
- na podstawie wynikoacutew modelowania hydrodynamicznego w wyżej omoacutewionym
przykładzie a także dla obciążeń zlewni w przyszłości tj symulacji komputerowych
obecnymi opadami o C = 5 lat i 100 lat ndash wg rozdz 855 w podręczniku [2])
Analogicznie uwzględniając zmiany klimatu celowe jest także zwiększenie minimalnej
średnicy przykanalikoacutew deszczowych z wpustoacutew ulicznych - z obecnej D = 015 m na
D = 020 m a także zwiększenie ich liczby (z typowym rusztem 04x06 m) tj zmniejszenie
rozstawoacutew z obecnie zalecanych le 30 m do rozstawoacutew le 25 m - w zależności od klasy drogi
i spadkoacutew niwelety jezdni - wg tabeli 10
KANALIZACJA I
82
Tab 10 Zalecane odstępy między wpustami ulicznymi podane w [1 2]
Maksymalny odstęp
między wpustami [m]
Spadek podłużny
niwelety drogi []
le 25 gt 10
le 15 05 do 10
le 10 lt 05
Minimalne spadki dna kanałoacutew deszczowych można określać ze znanej formuły
imin = 1D (imin w [permil] dla D w [m]) Przykładowo dla Dmin = 040 m imin = 1040 = 25permil
przy czym dla D ge 10 m imin = 10permil Spadek maksymalny kanałoacutew deszczowych (imax)
powinien wynikać z warunku nieprzekraczania prędkości maksymalnej Vmax = 50 ms ndash w
warunkach całkowitego wypełnienia danego przekroju (średnicy) kanału Przykładowo dla
Dmin = 040 m imax = 90permil [1 2 3]
Kanały deszczowe należy dobierać na niecałkowite wypełnienie - odpowiednio do 90
przepustowości całkowitej (Qo) danego przekroju (np średnicy D) kanału - wg zaleceń DWA-
A118 z 2006 r czyli do względnego wypełnienia [1 2 3]
hD lt 075 - dla kanałoacutew o przekroju kołowym (o średnicy D)
hH lt 079 - dla kanałoacutew jajowych (o wysokości przekroju H = 15B) oraz
hH lt 072 - dla kanałoacutew dzwonowych (o wysokości przekroju H = 085B gdzie B
oznacza szerokość przekroju w tzw pachach)
Przykład metodyczny Przyporządkowanie pośrednich średnic kanałoacutew na odcinkach
kolektora A-B-C-D Kolektor ściekowy AD podzielono na 3 odcinki i obliczono miarodajne
strumienie ściekoacutew QB QC i QD
ndash dla odcinka AB ndash dla QB i spadku dna kanału ik1 dobrano D1 = 06 m
ndash dla odcinka BC ndash dla QC i spadku dna kanału ik2 dobrano D2 = 08 m
ndash dla odcinka CD ndash dla QD i spadku dna kanału ik3 dobrano D3 = 12 m
Do wyznaczenia położenia pośrednich średnic kolektora pomocny jest wykres (rys 58)
Q = f(LAD) na podstawie ktoacuterego zakładając proporcjonalny przyrost strumienia na długości
można określić położenie innych średnic np D = 03 m D = 04 m D = 05 m i D = 10 m
Rys 58 Wykres metodyczny do określania położenia pośrednich średnic kanałoacutew
UWAGA Spadek dna kanału o średnicy Di musi być odpowiedni dla tej średnicy (ik min ge
1Di)
KANALIZACJA I
83
9 PODSTAWY WYMIAROWANIA HYDRAULICZNEGO PRZEWODOacuteW
ŚCIEKOWYCH I KANAŁOacuteW
91 RODZAJE I KLASYFIKACJE PRZEPŁYWOacuteW CIECZY
W kanałach przewodach ściekowych i obiektach kanalizacyjnych wyroacuteżnić można pod
względem hydraulicznym trzy zasadniczo roacuteżniące się przepływy cieczy [2 39 64 69 72
84 189 232]
pod ciśnieniem - pełnym przekrojem przewodu ściekowego (kanału)
o swobodnej powierzchni - przy częściowym wypełnieniu kanału
o swobodnej strudze - np przez koronę przelewu
Odrębną grupę stanowią przepływy ciśnieniowe o ruchu wirowym spotykane min w
urządzeniach do dławienia energii czy regulatorach hydrodynamicznych
Gdy parametry ruchu cieczy takie jak ciśnienie prędkość przepływu i przyspieszenie
nie zmieniają się w czasie i w przestrzeni to taki ruch jest ustalony W przeciwnym
wypadku tj gdy parametry ruchu są funkcjami zaroacutewno położenia jak i czasu ruch taki jest
nieustalony Powiązanie parametroacutew ruchu cieczy z geometrią przewodoacutew ściekowych czy
kanałoacutew ujmują układy roacutewnań roacuteżniczkowych de Saint-Venanta o roacuteżnym stopniu
uproszczeń stosowanych do ich wymiarowania (tab 91)
Tab 91 Założenia wyjściowe do obliczeń hydraulicznych kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych
odnośnie rodzaju ruch cieczy wg ATV-A110 [1 2]
Oznaczenia do tabeli 91
x ndash wspoacutełrzędna drogi t ndash wspoacutełrzędna czasu Q ndash strumień objętości q ndash jednostkowy
dopływodpływ boczny (przyjmowany jako ustalony) A ndash powierzchnia przekroju poprzecznego
strumienia cieczy i ndash spadek dna J ndash spadek linii energii wywołany tarciem h ndash wysokość
napełnienia kanału względnie wysokość ciśnienia w przewodach całkowicie wypełnionych v ndash
średnia prędkość przepływu g ndash przyspieszenie ziemskie
Przy rozwiązaniu pełnego układu roacutewnań roacuteżniczkowych ruchu cieczy tj roacutewnania
zachowania pędu i roacutewnania zachowania masy (ciągłości przepływu) - oznaczonego w tab
91 jako bdquo0rdquo - metoda obliczeniowa jest dokładna dla roacuteżnych stanoacutew i uwarunkowań
systemowych w wyniku powiązania strumieni przepływu i poziomoacutew cieczy z parametrami
geometrycznymi przewodoacutew a także średnią prędkością przepływu Znajduje zastosowanie
do modelowania działania systemoacutew kanalizacyjnych w czasie rzeczywistym Układ roacutewnań
oznaczony jako bdquo1rdquo ma ścisłe zastosowanie do kanałoacutewprzewodoacutew tranzytowych - bez
KANALIZACJA I
84
bocznych dopływoacutewodpływoacutew Dalsze uproszczenia tj pominięcie pierwszego czy drugiego
członu roacutewnania ruchu (postaci bdquo1rdquo) może już prowadzić do błędoacutew obliczeniowych (postać
bdquo4rdquo) Jednak błędy te mogą mieć tendencje przeciwstawne - w części znoszące się
Układy roacutewnań roacuteżniczkowych ruchu cieczy (de Saint-Venanta) nie są rozwiązywalne
analitycznie - poza postacią oznaczoną w tab 91 jako bdquo7rdquo - bdquoprzepływ normalnyrdquo
Konieczne jest więc stosowanie metod numerycznych przybliżonego ich rozwiązywania
Odcinki kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych cechuje na ogoacuteł stały przekroacutej poprzeczny
niezmienny spadek podłużny dna i stała na ogoacuteł chropowatośćszorstkość ścian Przy ich
wymiarowaniu przepływy ściekoacutew są traktowane najczęściej jako ustalone i roacutewnomierne
(chwilowo niezmienne) co dla strumienia miarodajnego (maksymalnego) Qm jest jak
dotychczas podstawą doboru wymiaroacutew liniowych kanału czy przewodu Dla kanałoacutew
częściowo wypełnionych zakłada się że rozwiązanie roacutewnania ruchu cieczy (postaci bdquo7rdquo ndash
tab 91) i = J mieści się w klasie dokładności danych wyjściowych dotyczących głoacutewnie
strumienia przepływu
92 PRZEPŁYWY PEŁNYM PRZEKROJEM PRZEWODU
921 METODY I WZORY WYJŚCIOWE
Podczas przepływu cieczy newtonowskiej (ścieki - woda) w przewodach zamkniętych
powstają naprężenia styczne (opory ruchu) wywołane lepkością określane jako straty
hydrauliczne Wysokość liniowych strat hydraulicznych (Δh) w całkowicie wypełnionym
rurociągu o długości l i średnicy wewnętrznej d wyraża wzoacuter Darcy-Weisbacha
gR
l
gd
lh
h 242Δ
22
(93)
gdzie
λ - wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych (tarcia) -
- średnia prędkość strumienia cieczy w przekroju poprzecznym rurociągu ms
g - przyśpieszenie ziemskie ms2
Rh - promień hydrauliczny stosunek powierzchni przekroju poprzecznego (A) strumienia
cieczy do obwodu zwilżonego (U) Rh = d4 - dla przewodoacutew o przekroju kołowym
całkowicie wypełnionych m
Dla izotermicznych (bez wymiany ciepła) przepływoacutew turbulentnych cieczy mających
znaczenie praktyczne w sieciach kanalizacyjnych (i wodociągowych) tzn przy wartościach
liczby Reynoldsa Re gt 4000 (gdzie Re = d1306middot10-6) w literaturze naukowo-technicznej
dostępnych jest wiele wzoroacutew określających wartość wspoacutełczynnika λ - najczęściej w
odniesieniu do konkretnych materiałoacutew przewodoacutew Ich ogoacutelna postać zależy od strefy w
jakiej odbywają się przepływy wodyściekoacutew
W ruchu turbulentnym wyodrębnia się trzy takie strefy a mianowicie
strefę I - przepływoacutew w przewodach hydraulicznie gładkich gdzie λ = f1 (Re)
strefę II - przepływoacutew przejściowych λ = f2 (Re kd)
strefę III - przepływoacutew o kwadratowej zależności oporoacutew λ = f3 (kd)
Wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych (λ) zaleca się obliczać z uwikłanej postaci wzoru
Colebrooka-Whitersquoa
hR
k
d
k
4713Re
512log2
713Re
512log2
1
(94)
gdzie
k - zastępcza chropowatość wewnętrznych ścian przewodu m
KANALIZACJA I
85
Re - liczba Reynoldsa Re = dν equiv 4Rhν -
ν - wspoacutełczynnik lepkości kinematycznej cieczy m2s
Wzoacuter (94) ma uniwersalny charakter obejmujący swoim zakresem wszystkie 3 strefy
przepływoacutew turbulentnych
Dla przepływoacutew w III strefie jako alternatywną do metody bazującej na wzorach
Darcy-Weisbacha (93) i Colebrooka-Whitersquoa (94) do wymiarowania przewodoacutew wodnych
w tym kanałoacutew ściekowych całkowicie wypełnionych stosowana jest metoda oparta na
wzorze Chezy-Manninga na prędkość średnią (w ms) o dogodnej postaci analitycznej
21321JR
nJRC hhM (99)
gdzie
n - wspoacutełczynnik szorstkości przewodu sm13
Rh - promień hydrauliczny m
J - jednostkowy spadek energii wywołany tarciem (J = Δhl) -
CM - wspoacutełczynnik Cheacutezy do wzoru Manninga m12s
61
61
4
11
d
nR
nC hM (910)
Wspoacutełczynnik szorstkości (n) zależy od stanu hydraulicznego przewodoacutew - analogicznie
jak zastępcza chropowatość (k) [1 2] W normie PN-EN 752 definiowany jest jako
wspoacutełczynnik Manninga K = 1n ktoacuterego wartość w III strefie określa wzoacuter
k
d
dgK
73log
324
61
(911)
923 DOBOacuteR PRZEKROJOacuteW PRZEWODOacuteW I KANAŁOacuteW CIŚNIENIOWYCH
W praktyce na wartość wspoacutełczynnika oporoacutew liniowych (λ) wpływ mają roacutewnież
straty miejscowe - na połączeniach odcinkoacutew rur na niedokładnościach osiowego ułożenia
przewodu na zmianach spadkoacutew dna czy kierunkoacutew tras przewodu czy też niecałkowicie
kołowego kształtu przekroju poprzecznego rur (zwłaszcza tworzywowych - wynikających z
wad zabudowy) a także wynikające z efektoacutew starzenia się przewodoacutew wodnych w czasie
eksploatacji (prowadzących do spadku przepływności) możemy zapisać
ggR
lhhh
h
ml224
Δ22
(929)
Nieliniowe straty miejscowe (Δhm w m) można rozłożyć roacutewnomiernie na długości
przewodu uzyskując tym samym zastępczą chropowatość eksploatacyjną (ke) i woacutewczas
l
Rhe
4 (930)
gdzie
λe - wspoacutełczynnik oporoacutew dla zastępczej chropowatości eksploatacyjnej ke -
λ - wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych wywołany chropowatością k wg (94) -
ξ - wspoacutełczynnik oporoacutew miejscowych wywołany zaburzeniem rozkładu prędkości -
Po uwzględnieniu (929) i (930) i przekształceniu (928) na spadek linii energii
otrzymamy
gRl
hJ
h
e24
1 2
(931)
gdzie
KANALIZACJA I
86
J - jednostkowy sumaryczny spadek energii (spadek hydrauliczny) wywołany tarciem i
oporami miejscowymi na odcinku kanału o długości l
Przekształcając (931) ze względu na
gdJJgRe
h
e
21
81
(932)
i wykorzystując ogoacutelną postać wzoru (94) Colebrooka-Whitersquoa dla liczby Reynoldsa
Re = 4Rh ν equiv d ν zapisanego jako
h
e
eheR
k
R 47134
512log2
1
(933)
po podstawieniu (933) do (932) i dalszych przekształceniach otrzymamy wzoacuter na średnią
prędkość przepływu (w ms)
JgRR
k
JgRRh
h
e
hh
8471384
512log2
(934)
Stosując roacutewnanie ciągłości ruchu Q = A (gdzie A - pole powierzchni przekroju
poprzecznego przewodu m2) otrzymamy ostatecznie ogoacutelny wzoacuter analityczny na strumień
objętości przepływu (Q w m3s)
AJgRR
k
JgRRQ h
h
e
hh
8
471384
512log2
(935)
skąd dla przewodoacutewkanałoacutew o kołowym kształcie przekroju poprzecznego - o średnicy d (w
m) całkowicie wypełnionych Rh = d4
dJdd
k
dJdQ e 2
713
5670log 9576
(936)
Wg ATV-A110 do wymiarowania przewodoacutew ściekowych i kanałoacutew tranzytowych
działających pod ciśnieniem (w tym tworzywowych) zaleca się przyjmować uśrednioną
wartość zastępczej chropowatość eksploatacyjnej w wysokości ke = 025 mm Wartość ta nie
uwzględnia jednak strat miejscowych na armaturze kolanach i łukach kształtkach
połączeniowych wlotach i wylotach ściekoacutew w obiektach kanalizacyjnych takich jak syfony
rury dławiące czy reduktory ciśnienia Straty te należy ustalać indywidualnie Wskazoacutewki
znaleźć można min w pracy [2] Wspoacutełczynnik lepkości kinematycznej wody w temperaturze 10ordmC (28315 K) wynosi
ν10 = 1306 10-6 m2s a dla ściekoacutew przyjmuje się odpowiednio [1 2 3]
ν10 = 133 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 100 mgdm3
ν10 = 137 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 300 mgdm3
ν10 = 143 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 600 mgdm3
W celu ułatwienia doboru przekroi - średnic przewodoacutew czy kanałoacutew ciśnieniowych (np
przewodoacutew tłocznych pompowni ściekoacutew) można posługiwać się nomogramami
opracowanymi do wzoru Colebrooka-Whitersquoa dla przyjętej wartości zastępczej chropowatości
eksploatacyjnej k = ke Przykładowo wykorzystując nomogramem logarytmiczny
przedstawiony na rysunku 95 dotyczący ciśnieniowych przewodoacutewkanałoacutew żelbetowych o
przekroju kołowym dla k = ke = 10 mm i lepkości wody ν10 = 1306 10-6 m2s można dla
ustalonej wartości strumienia Q (w dm3s) i założonej prędkości przepływu ( w ms)
dobierać średnicę (d w mm) przewodu a następnie odczytać wartość spadku linii ciśnienia (J
w promilach)
KANALIZACJA I
87
Rys 95 Przykładowy nomogram logarytmiczny do doboru przewodoacutew żelbetowych (ciśnieniowych)
o przekroju kołowym wg wzoru Colebrooka-Whitersquoa dla k = 10 mm (ν10 = 1306 10-6 m2s)
93 PRZEPŁYWY W KANAŁACH CZĘŚCIOWO WYPEŁNIONYCH
931 METODY I WZORY WYJŚCIOWE
U podstaw obliczeń hydraulicznych służących do doboru wymiaroacutew liniowych kanałoacutew
czy przewodoacutew grawitacyjnych działających ze swobodnym zwierciadłem cieczy (tj
częściowo wypełnionych) leży założenie upraszczające iż mamy do czynienia z ruchem
ustalonym i roacutewnomiernym Odcinki kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych cechuje na ogoacuteł stały
przekroacutej poprzeczny niezmienny spadek podłużny dna oraz stała chropowatośćszorstkość
ścian W ruchu roacutewnomiernym (ustalonym) występuje wzajemna roacutewnoległość dna kanału
(i) wysokości zwierciadła cieczy (hn(Q)) i linii wysokości energii (J = i) a rozkłady
prędkości są jednakowe we wszystkich przekrojach poprzecznych na danym odcinku kanału
( = idem)
Wychodząc z ogoacutelnej postaci wzoru Darcy-Weisbacha (93) na wysokość liniowych
strat hydraulicznych po uwzględnieniu dodatkowo oporoacutew miejscowych wg (929)divide(931)
otrzymamy dla przewodoacutew i kanałoacutew ściekowych częściowo wypełnionych wzoacuter na spadek
hydrauliczny
gR
il
h
h
e24
1 2
(940)
gdzie
Δh - roacuteżnica wysokości den kanału na odcinku o długości l roacutewna roacuteżnicy wysokości
wypełnień normalnych h = hn (w ruchu roacutewnomiernym) Δh = imiddotl m
i - spadek dna kanału roacutewny sumarycznemu spadkowi linii energii - wywołanej tarciem i
oporami miejscowymi (na odcinku l) -
λe - wspoacutełczynnik oporoacutew dla zastępczej chropowatości eksploatacyjnej ke -
KANALIZACJA I
88
Rh - promień hydrauliczny Rh = AU m
A - powierzchnia przekroju poprzecznego strumienia cieczy m2
U - obwoacuted zwilżony m
- średnia prędkość strumienia cieczy ms
g - przyśpieszenie ziemskie ms2
Promień hydrauliczny w przypadku przewodoacutew i kanałoacutew całkowicie wypełnionych
jest miarą hydrauliczną roacuteżnych kształtoacutew przekroi poprzecznych (kołowych jajowych
dzwonowych itp) W przypadku przewodoacutew i kanałoacutew częściowo wypełnionych pełni
dodatkowo rolę miary hydraulicznej stopnia wypełnienia przekrojoacutew - np hD ndash wg rysunku
96
Rys 96 Schemat hydrauliczny kanału zamkniętego częściowo wypełnionego (AU = Rh)
Pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy w kanale o przekroju
kołowym przy częściowym - względnym wypełnieniu ηh = hD oblicza się z zależności
geometrycznych
22
2112121arccos4 D
h
D
h
D
hDAn
(941)
gdzie
An ndash pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy przy wypełnieniu
(normalnym) h = hn m2
D - wewnętrzna średnica kanału m
Zależność pomiędzy polem powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy przy
częściowym wypełnieniu (An) a polem powierzchni całego przekroju poprzecznego kanału
(A) - o średnicy D ujmuje wskaźnik względnej powierzchni (ηA) postaci
D
h
D
h
A
An
A 21arccos2sin21arccos22
1
(942)
Promień hydrauliczny Rh w tym dla względnego wypełnienia przekroju hD oblicza się
z ogoacutelnej postaci wzoru
Dh
DhDhDRh
21arccos
211211
4
2
(943)
Związek pomiędzy promieniem hydraulicznym przy częściowym wypełnieniu a
promieniem hydraulicznym całego przekroju poprzecznego rur określa się z zależności
geometrycznych dla przekroju kołowego
Dh
Dh
R
R
h
hn
Rh21arccos2
21arccos2sin1
(944)
gdzie
ηRh - wskaźnik względnego promienia hydraulicznego -
Rh - promień hydrauliczny przewodu o (wewnętrznej) średnicy D przy całkowitym
wypełnieniu Rh = AU = D4 m
Rhn - promień hydrauliczny strumienia cieczy przy częściowym wypełnieniu
(normalnym) h = hn m
Obliczanie przepływoacutew cieczy w kanałach czy przewodach ściekowych częściowo
wypełnionych zaleca się obecnie opierać na wzorze Colebrooka-Whitersquoa przy przyjęciu
KANALIZACJA I
89
zastępczej chropowatości eksploatacyjnej (ke) Tym samym odstępuje się od stosowania
wzoru Manninga ze wspoacutełczynnikiem szorstkości (n) jako mniej uniwersalnego właściwego
jedynie dla przepływoacutew turbulentnych w III strefie (tzw kwadratowego prawa oporoacutew)
Norma PN-EN 7522008 dopuszcza jednak stosowanie wzoru Manninga w zmienionej
postaci [1 2] (ze wspoacutełczynnikiem Manninga K = 1n - wg wzoru (911))
2132
6173
log32
4 iRk
D
Dg h
(945)
gdzie ogoacutelnie D = 4Rh
Przekształcając wzoacuter Darcy-Weisbacha (93) - ściślej roacutewnanie (940) ze względu na
igRh
e
81
(946)
i wykorzystując wzoacuter (94) Colebrooka-Whitersquoa dla Re = 4Rhν po odpowiednich
przekształceniach otrzymamy wzoacuter na średnią prędkość przepływu (w ms)
igRR
k
igRRh
h
e
hh
8471384
512log2
(947)
Stosując roacutewnanie ciągłości ruchu Q = An gdzie An - pole powierzchni przekroju
poprzecznego strumienia cieczy przy częściowym wypełnieniu (hn = h) otrzymamy postać
ogoacutelną wzoru analitycznego na strumień objętości przepływu w ruchu roacutewnomiernym
ustalonym (i = J)
nhn
hn
e
hnhn
n AigRR
k
igRRQ
8
471384
512log2
(948)
ktoacutery dla przekroju kołowego uwzględniając zapis An wg (941) przyjmie szczegoacutełową
postać (949) dla h = hn
22 211
21
21arccos8
84148
62750log2
4 D
h
D
h
D
higR
R
k
igRR
DQ hn
hn
e
hnhn
n
(949)
Wg ATV-A110 do wymiarowania grawitacyjnych przewodoacutew ściekowych i kanałoacutew
działających przy częściowym wypełnieniu zaleca się przyjmować uśrednione wartości
zastępczej chropowatość eksploatacyjnej w wysokości
ke = 050 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew tranzytowych ze studzienkami o kinetach do
wysokości przekroju kanału
ke = 075 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew zbierających ścieki ze studzienkami o
kinetach do wysokości przekroju kanału
ke = 15 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew zbierających ścieki ze studzienkami o
kinetach do wysokości połowy przekroju kanału
Podane wartości nie uwzględniają strat miejscowych na armaturze zmianach
kierunkoacutew tras wlotach i wylotach ściekoacutew w obiektach kanalizacyjnych Straty te należy
ustalać dodatkowo
932 DOBOacuteR PRZEKROJOacuteW PRZEWODOacuteW I KANAŁOacuteW CZĘŚCIOWO
WYPEŁNIONYCH
Posługiwanie się wzorami analitycznymi na strumień Q a zwłaszcza na Qn stwarza dużą
trudność ze względu na ich uwikłaną postać W celu ułatwienia obliczeń hydraulicznych
kanałoacutew niecałkowicie wypełnionych opracowano charakterystyki sprawności hydraulicznej
roacuteżnych przekroi kanałoacutew tj zależności na wskaźniki względnych prędkości przepływu η =
n oraz względnych strumieni objętości ηQ = QnQ Przykładowo dla przekroju kołowego
KANALIZACJA I
90
stosując metodologię opartą na wzorze Colebrooka-Whitersquoa przy przyjęciu pewnych
uproszczeń (bowiem przy częściowym wypełnieniu zaroacutewno jak i Q zależą roacutewnież od i
oraz k) otrzymamy wg Franke [2 54]
85
h
hnn
R
R
(952)
oraz
85
h
hnnn
QR
R
A
A
Q
Q (953)
gdzie
η - wskaźnik względnych prędkości przepływu stosunek prędkości n przy częściowym
wypełnieniu (h = hn) do prędkości przy całkowitym wypełnieniu przekroju (h = D)
Rh - promień hydrauliczny przy całkowicie wypełnionym kanale (Rh = D4) m
Rhn - promień hydrauliczny przy częściowym wypełnieniu - normalnym hn m
ηQ - wskaźnik względnych strumieni objętości stosunek strumienia Qn przy częściowym
wypełnieniu (h = hn) do strumienia Q przy całkowitym wypełnieniu przekroju (h = D)
A - pole powierzchni przekroju kanału przy całkowitym wypełnieniu (A = πD24) m2
An - pole powierzchni przekroju poprzecznego kanału przy częściowym wypełnieniu - hn
(wg wzoru (941)) m2
Na rysunku 97 przedstawiono krzywe sprawności hydraulicznej η i ηQ od hD (w )
dla kanału o przekroju kołowym o średnicy D
Rys 97 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju kołowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Według metodologii opartej na wzorze Colebrooka-Whitersquoa całkowita przepustowość
kanału (100) tj przy całkowitym wypełnieniu przekroju (100) osiągana jest już przy
względnym wypełnieniu hD = 0827 - w kanałach o przekroju kołowym bądź hH = 0867 -
w kanałach jajowych czy też hH = 0807 - w kanałach dzwonowych (gdzie H oznacza
wysokość przekroju kanału proporcjonalną do jego szerokości B) wg rys 97divide99
Promień hydrauliczny osiąga woacutewczas (prawie) maksymalne wartości a warunki
przepływu odpowiadają panującym w kanałach otwartych Krzywe sprawności hydraulicznej
kanałoacutew interpretuje się więc tylko do wymienionych wyżej względnych wypełnień
UWAGA Kanały grawitacyjne należy dobierać na przepływ ze swobodnym zwierciadłem
roacutewnież ze względu na niestabilne warunki przepływu przy całkowitych wypełnieniach ndash
gdzie powstawać mogą woacutewczas poduszki powietrzne na załamaniach spadkoacutew odcinkoacutew
kanałoacutew
KANALIZACJA I
91
Rys 98 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju jajowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Rys 99 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju dzwonowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Wymiarowany przekroacutej kanału powinno dobierać się tak aby teoretyczna jego
przepustowość całkowita Q (przy danym spadku dna) była zawsze większa od strumienia
obliczeniowego Wg zasad wypracowanych w Niemczech (ATV A-118) w przypadku
kanałoacutew deszczowych bądź ogoacutelnospławnych zaleca się dobierać następny większy przekroacutej
jeżeli strumień obliczeniowy przekracza 90 przepustowości całkowitej (Q) danego
przekroju kanału - przy danym spadku dna (i) Odpowiada to zasadzie wymiarowania takich
kanałoacutew na względne wypełnienia
hD le 075 - w wypadku kanałoacutew o przekroju kołowym bądź
hH le 079 - w przypadku kanałoacutew jajowych czy też
hH le 072 - w przypadku kanałoacutew dzwonowych
W praktyce inżynierskiej występują najczęściej dwa typy zadań hydraulicznych
doboacuter wymiaru - przekroju poprzecznego kanału (kołowego o średnicy D lub innego
o wysokości przekroju H) dla danego strumienia (Qn) i spadku dna (i) z określeniem
wypełnienia normalnego hn(Qn) oraz średniej prędkości przepływu n(Qn)
obliczenie przepustowości (Q lub Qn) kanału o danym spadku dna (i)
Do wymiarowania kanałoacutew ściekowych deszczowych i ogoacutelnospławnych stosowany
jest powszechnie wzoacuter Manninga (99) w ktoacuterym wspoacutełczynnik szorstkości kanału
przyjmowany jest najczęściej w stałej wartości n = 0013 m13s (ogoacutelnie n [0010 0016]
sm13 czemu odpowiada w przybliżeniu k [025 50] mm)
W celu ułatwienia doboru przekrojoacutew kanałoacutew wykorzystuje się wykresy i nomogramy
do wzoru Manninga przedstawiające graficznie zależności pomiędzy parametrami
konstrukcyjnymi takimi jak średnica (przekroacutej) kanału spadek dna szorstkość a
hydraulicznymi takimi jak wypełnienie prędkość i strumień objętości przepływu
Najczęściej stosowane są 2 rodzaje pomocy graficznych mianowicie
KANALIZACJA I
92
nomogramy drabinkowe - przedstawiające zależności D Q i dla kanałoacutew
całkowicie wypełnionych ktoacutere wymagały dodatkowo posługiwania się wykresami
sprawności hydraulicznej przekrojoacutew kanałoacutew przy niecałkowitym wypełnieniu
nomogramy logarytmiczne (scalone) - opracowane dla roacuteżnych przekrojoacutew kanałoacutew
niecałkowicie wypełnionych (dla n = constans)
Przykład obliczeniowy z zastosowaniem nomogramu drabinkowego i krzywych sprawności
przekroju kołowego (wg rys 910 i 911) Należy dobrać średnicę kanału (ściekowego) dla
obliczeniowego strumienia Q = 15 dm3s i spadku dna i = 5 permil
Rys 910 Przykład nomogramu drabinkowego do doboru kanałoacutew kołowych
(oznaczono Qc equiv Q oraz Vc equiv )
Tok postępowania
1 Prowadzimy prostą (1) przechodząca przez punkty i = 5permil oraz Q = 15 dm3s (rys 910)
Dobieramy pierwszą większą (katalogową) średnicę tj D = 020 m Przez punkty D = 02 m
oraz i = 5 permil prowadzimy prostą (2) i odczytujemy strumień objętości przy całkowitym
wypełnieniu Q = 22 dm3s oraz prędkość przy całkowitym wypełnieniu = 080 ms
2 Następnie korzystamy z krzywej sprawności hydraulicznej przekroju kołowego
przedstawiającej zależność pomiędzy względnym wypełnieniem kanału (hD) a względnym
strumieniem przepływu (ηQ) - wyrażonych w (rys 911) Krzywa ta umożliwia ustalenie
wartości względnego wypełnienia przekroju kanału i względnej prędkości przepływu - dla
odczytanych z nomogramu drabinkowego parametroacutew hydraulicznych całkowicie
wypełnionego kanału (tj strumienia Q i prędkości )
Dla ustalonej z nomogramu drabinkowego (rys 910) wartości strumienia przy
całkowitym wypełnieniu Q = 22 dm3s obliczamy wartość funkcji sprawności przepływu
ηQ = 1522 = 0682 asymp 68 Następnie z krzywej sprawności (rys 911) dla ηQ = 68
odczytujemy
po lewej stronie hD = 61 = 061
po prawej stronie ηυ = 108 = 108
Stąd wypełnienie (normalne) w dobranym kanale wyniesie hn = 061∙D = 061∙02 = 012 m
a prędkość przepływu n = η middot = 108∙080 = 086 ms
Rys 911 Idea korzystania z wykresu sprawności hydraulicznej przekroju kołowego
(oznaczono QQC equiv QnQ oraz vvC equiv n)
ηQ = QQc
η = c
KANALIZACJA I
93
Dla innych niż kołowy przekrojoacutew poprzecznych kanałoacutew np jajowych jajowych
podwyższonych gruszkowych czy dzwonowych korzystamy z właściwych nomogramoacutew
drabinkowych i krzywych sprawności danego przekroju kanału
Tok postępowania przy korzystaniu z nomogramoacutew scalonych - opracowanych dla roacuteżnych (typowych) przekrojoacutew kanałoacutew wg idei na rysunku 912
Rys 912 Idea korzystania z nomogramu logarytmicznego do doboru kanałoacutew kołowych
(wg wzoru Manninga)
Przykłady obliczeniowe - z zastosowaniem nomogramoacutew scalonych
1) Dla danych Q = 20 dm3s oraz i = 40permil należy dobrać kanał (ściekowy) o przekroju
kołowym dla n = 0013 sm13 Wychodząc od strumienia Q = 20 dm3s (wg idei na rys 912)
po prawej stronie nomogramu - dobrano średnicę D = 025 m i odczytano
wypełnienie h = hn = 013 m a następnie
po lewej stronie nomogramu - dla D = 025 m i h = 013 m odczytano prędkość
przepływu = n = 080 ms
2) Dla danych Q = 400 dm3s oraz i = 20permil należy dobrać kanał (deszczowy) o przekroju
jajowym dla n = 0013 sm13 Z nomogramu scalonego podanego na rysunku 913 dobrano
kanał jajowy J06 x 09 m i odczytano wypełnienie h = hn = 070 m (hH = 078 lt 079 ndash dla
90 przepustowości Q wg rys 98) oraz ustalono = 12 ms (Dokładny wynik obliczeń hn i
n uzyskamy tylko po zastosowaniu wzoroacutew analitycznych)
Rys 913 Przykładowy nomogram logarytmiczny do wzoru Manninga do doboru kanałoacutew
grawitacyjnych o przekroju jajowym (dla n = 0013 m13s)
KANALIZACJA I
94
94 ZALECANE SPADKI DNA KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
W systemach kanalizacyjnych spadek dna (i) kanałoacutew grawitacyjnych powinien
zawierać się w granicach
imin i imax (955)
- zależnie od wymiaru (średnicy D) kanału i spadku terenu
Spadek mniejszy od minimalnego (imin - dla danej średnicy) w efekcie zbyt małych
prędkości przepływu ściekoacutew prowadziłyby do odkładania się osadoacutew i w efekcie do
zamulenia kanału Spadek większy od maksymalnego (imax - dla danej średnicy)
prowadziłyby do niszczenia kanałoacutew - wskutek erozji powodowanej głoacutewnie zawiesiną
mineralną przy znacznych prędkościach przepływu
Powszechnie w literaturze zalecana jest formuła Imhoffa na spadek minimalny (imin)
D
i1
min (956)
gdzie
imin w promilach gdy wymiar średnicy D wyrażony jest w metrach lub w ułamku gdy D w mm
W przypadku kanałoacutew o innym przekroju niż kołowy (np jajowy gruszkowy) za bdquoDrdquo do
wzoru (956) bezpieczniej jest przyjmować szerokość przekroju w tzw pachach (np dla
ogoacutelnospławnego kanału jajowego J 06x09 m - bdquoDrdquo = 06 m)
Według badań prof Suligowskiego formuła (956) może być stosowana dla
względnych wypełnień kanałoacutew większych od 30 (hD gt 03)
Historycznie w wytycznych technicznych projektowania (WTP) miejskich sieci
kanalizacyjnych z 1965 roku sformułowano zasadę zachowania minimalnej prędkości (min)
przepływu ściekoacutew przy całkowitym wypełnieniu kanałoacutew jako warunku ich
bdquosamooczyszczania sięrdquo tj odpowiednio
w systemie kanalizacji rozdzielczej - w kanałach bytowo-gospodarczych
przemysłowych oraz deszczowych min = 08 ms
w systemie kanalizacji ogoacutelnospławnej min = 10 ms
Wychodząc z powyższych założeń stosując wzoacuter Manninga (99) dla n = 0013 sm13
możliwie było ustalenie wartości minimalnych spadkoacutew dna kanałoacutew ze względu na
bdquosamooczyszczanierdquo podanych w tabeli 94 - dla przykładowych średnic Wyższe wartości
spadkoacutew minimalnych względem obliczonych z formuły 1D (956) wyboldowano
Tab 94 Obliczone z formuły 1D wg wzoru Manninga (dla n = 0013 sm13
i min) minimalne spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych ( - stosowane w praktyce)
Lp
Średnica
kanału
D
Minimalne spadki dna kanałoacutew imin
Obliczone z
formuły
1D
Obliczone z wzoru
Manninga dla prędkości
min = 08 ms min = 10 ms
- m permil permil permil 1 020 50 587 918
2 025 40 436 681
3 030 333 (30) 342 534
4 040 25 233 364
5 050 20 173 270
6 060 167 136 212
7 080 125 092 145
8 100 100 069 107
9 150 067 (05) 040 062
10 200 05 027 043
Maksymalne spadki (imax) dna kanałoacutew określano (wg WTP) w podobny sposoacuteb tj przy
całkowitym wypełnieniu prędkość przepływu ściekoacutew nie powinna przekraczać wartości
KANALIZACJA I
95
max = 30 ms - w kanałach bytowo-gospodarczych i przemysłowych dla rur
betonowych i ceramicznych
max = 50 ms - w kanałach bytowo-gospodarczych i przemysłowych dla rur
żelbetowych i żeliwnych
max = 70 ms - w kanałach deszczowych i ogoacutelnospławnych niezależnie od
materiału kanałoacutew jako że kanały takie przy znacznym wypełnieniu działają
okresowo w poroacutewnaniu z kanałami bytowo-gospodarczymi i przemysłowymi
W tabeli 95 podano obliczone z wzoru Manninga (99) dla n = 0013 sm13 wartości
maksymalnych spadkoacutew dna kanałoacutew dla prędkości max ndash przy całkowitym wypełnieniu
Tabela 95 Obliczone z wzoru Manninga (99) dla n = 0013 sm13
maksymalne spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych
Lp
Średnica
kanału
D
Maksymalne spadki dna kanałoacutew imax z wzoru
Manninga dla prędkości
max = 3 ms max = 5 ms max = 7 ms - m permil permil permil
1 020 828 2300 4508
2 025 603 1675 3283
3 030 477 1325 2597
4 040 324 900 1764
5 050 243 675 1323
6 060 189 525 1029
7 080 135 375 735
8 100 99 275 539
9 150 56 156 306
10 200 38 106 209
W pracy IKŚ z 1983 roku zalecono ograniczenie maksymalnych prędkości przepływu
ściekoacutew niezależnie od materiałoacutew rur do
max = 30 ms - w kanałach ściekowych i ogoacutelnospławnych
max = 50 ms - w kanałach deszczowych i burzowych
co jest racjonalne ze względu na trwałość bezawaryjnego działania kanalizacji
Grawitacyjne przewody i kanały transportujące ścieki tj mieszaniny ciał stałych i
cieczy powinny być układane z takim spadkiem aby możliwy był zaroacutewno transport
zanieczyszczeń zawartych w ściekach w tym wleczonych przy dnie jak i rozmywanie już
odłożonych (przy mniejszych strumieniach przepływu) złogoacutew i osadoacutew
Z punktu widzenia hydromechaniki transport zanieczyszczeń można zapewnić jeżeli
opoacuter tarcia wyrażony stycznymi naprężeniami ścinającymi ( ) pomiędzy ścianką rury a
ściekami będzie większyroacutewny min
min ge 20 Pa - dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
min ge 15 Pa - dla kanałoacutew deszczowych
przy czym iR Rhh - dla małych kątoacutew α pochylenia kanałoacutew (woacutewczas i asymp sinα) W
przypadku przekroju kołowego otrzymamy
iR
RD
h
hn 4
(957)
gdzie
- naprężenia ścinające Pa
- ciężar właściwy ściekoacutew Nm3
D - średnica wewnętrzna przewodu (kanału) m
Rhn - promień hydrauliczny przy częściowym wypełnieniu kanału (normalnym hn) m
Rh - promień hydrauliczny przy całkowitym wypełnieniu kanału (Rh = D4) m
i - spadek dna ułamek
KANALIZACJA I
96
Stąd ogoacutelnie
DR
R
gi
hn
h 14 min
min
(958)
a dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych (dla 02min Pa)
DR
Ri
hn
h 1108160 3
min
(959)
i dla kanałoacutew deszczowych (dla 51min Pa)
DR
Ri
hn
h 1106120 3
min
(960)
Przykłady obliczeniowe
Dla kanału o średnicy D = 030 m z formuły (956) spadek minimalny wynosi imin = 1030 =
333permil (w praktyce przyjmowany jako 3permil) Z obliczeń wg wzoru (959) otrzymamy dla
kanału bytowo-gospodarczego o D = 03 m dla wypełnień względnych
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 00107 = 107permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000564 = 564permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000398 = 398permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000317 = 317permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000272 = 272permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000225 = 225 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000272 = 272permil
Podobnie z obliczeń wg wzoru (960) dla kanału deszczowego o średnicy D = 03 m
otrzymamy
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 000803 = 803permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000423 = 423permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000298 = 298permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000238 = 238permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000204 = 204permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000170 = 170 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000204 = 204permil
UWAGA 1 Obliczone wyżej spadki imin spełniają kryterium hydromechaniczne
samooczyszczania się kanałoacutew co jest ważne dla małych wypełnień Są one znacznie większe
niż z formuły bdquo1Drdquo (przewyższenia dla D = 030 m wyboldowano) a także od obliczonych z
warunku min = 08 ms [1 2]
UWAGA 2 Formuła imin = 1D ma praktyczne zastosowanie dla względnych wypełnień
kanałoacutew większych od 30
UWAGA 3 Dla względnych wypełnień hD gt 03 spadki imin z kryterium
hydromechanicznego są nieco mniejsze od imin = 1D
Według badań prof Dąbrowskiego uwzględniając nieroacutewnomierność godzinową
strumienia ściekoacutew w wymiarowaniu kanałoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
należy przyjmować 52min Pa - dla średnic 020 i 025 m oraz 22min Pa - dla średnic
030 035 040 i 050 m Przyjmowane dotychczas naprężenia minimalne 02min Pa są
właściwe dla średnic ge 060 m
Dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych przyjmując 22min Pa otrzymamy
DR
Ri
hn
h 1108970 3
min
(961)
KANALIZACJA I
97
woacutewczas dla przykładowej średnicy D = 03 m minimalne wartości spadkoacutew wyniosą już
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 00118 = 118permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000620 = 620permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000437 = 437permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000349 = 349permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000299 = 299permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000248 = 248 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000299 = 299permil
Na tym tle zalecone w pracy IKŚ z 1984 r minimalne spadki dna kanałoacutew ściekowych
dla jednostek osadniczych o liczbie mieszkańcoacutew le 1000 imin = 10permil są uzasadnione [1 2]
UWAGA Przytoczone dane podkreślają wagę i znaczenie obliczeń hydraulicznych kanałoacutew
do prawidłowego funkcjonowania sieci i zarazem uzasadniają konieczność ich wykonywania
już na etapie koncepcji programowo-przestrzennej (KPP) a także w projektach budowlanych
(PB i PBW) Jest to często pomijane a projektanci dobierają bdquoświadomierdquo większe średnice
kanałoacutew dążąc za wszelką cenę do wypłycenia kanalizacji ściekowej co jest błędnym i
drogim w eksploatacji rozwiązaniem
95 STOSOWANE PRZEKROJE KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Wyboacuter kształtu przekroju poprzecznego kanałoacutew zależy od
warunkoacutew hydraulicznych tj strumienia i nieroacutewnomierności przepływu ściekoacutew
(w dobie) oraz wymaganych prędkości samooczyszczania
warunkoacutew statycznych zabudowy kanału tj zagłębienia dna i przykrycia wierzchu
rury (sklepienia)
rodzaju materiału i sposobu wykorzystania kanału w tym dostosowania do
pokonania przeszkoacuted terenowych uniknięcia kolizji itp
Najczęściej stosowane są przekroje kołowe praktycznie we wszystkich systemach
kanalizacyjnych Pod względem statycznym przekroacutej ten jest właściwy zaroacutewno dla małych
jak i znacznych zagłębień kanału Łatwy w prefabrykacji w montażu i budowie ze względu
na pełną symetrię przekroju (w przypadku braku tzw stopki)
Polska norma PN-71B-02710 dopuszcza do stosowania 5 podstawowych kształtoacutew
przekroi poprzecznych kanałoacutew Przykładowo w Niemczech obowiązują 3 znormalizowane
kształty i wymiary przekroi kanałoacutew (kołowy jajowy i dzwonowy)
1 Kanały kołowe o średnicach wewnętrznych d equiv D = h = b (w m) - oznaczone jako K
K 015 020 025 030 040 050 060 080 10 12 14 16 18 20 m i większe o
wielokrotności 05 m tj np K 25 30 35 40 m
Rys 914 Geometria kanałoacutew kołowych (K)
KANALIZACJA I
98
Przekroje kołowe są powszechnie stosowane w kanalizacji bytowo-gospodarczej i
przemysłowej deszczowej oraz ogoacutelnospławnej przy czym w kanalizacji ogoacutelnospławnej
najczęściej do wymiaru K le 05 m
2 Kanały jajowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość przekroju (h
=15b) oznaczone jako J (J 06 x 09 m 07 x 105 m 08 x 12 m 10 x 15 m 12 x 18 m)
Rys 915 Geometria kanałoacutew jajowych (J)
Przekroje jajowe były powszechnie stosowane w kanalizacji ogoacutelnospławnej (powyżej
K05 m) do wymiaru J12 x 18 m Powyżej tego wymiaru należało stosować przekroje
złożone - z kinetami na ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe (Z poroacutewnania sprawności
hydraulicznej kanału kołowego o średnicy D z jajowym o przekroju D x 15D wynika że przy
całkowitym wypełnieniu Q(J) = 161Q(K) oraz (J) = 110(K))
3 Kanały jajowe podwyższone o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość
przekroju (h =175b) oznaczone jako JP (JP 06 x 105 m 07 x 1225 m 08 x 140 m 10 x
175 m 12 x 210 m
Rys 916 Geometria kanałoacutew jajowych podwyższonych (JP)
4 Kanały gruszkowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość przekroju
(h =125b) oznaczone jako GR (GR 14 x 175 m 16 x 20 m 18 x 225 m 20 x 25 m i
większe o wielokrotności 05 m)
Rys 917 Geometria kanałoacutew gruszkowych (GR)
KANALIZACJA I
99
5 Kanały dzwonowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość
przekroju (h =085b) oznaczone jako DZ (DZ 14 x 119 m 16 x 136 m 18 x 153 m 20
x 170 m i większe o wielokrotności 05 m)
Rys 918 Geometria kanałoacutew dzwonowych (DZ)
Kanały dzwonowe ze względu na małą wysokość przekroju h lt b znajdują
zastosowanie wszędzie tam gdzie nie ma wystarczającej wysokości bądź przykrycia terenem
czy też przy występujących kolizjach z istniejącym uzbrojeniem Geometria sklepienia
kanałoacutew DZ - jak kanałoacutew GR
UWAGA Zgodnie z Ustawą z 12 września 2002 r o normalizacji (Dz U Nr 169 poz 1386)
stosowanie Polskich Norm jest bdquodobrowolnerdquo Jednak unifikacja geometrii kanałoacutew jest
niezbędna ze względoacutew praktycznych (budowy napraw konserwacji czy przyszłościowej
wymiany) Odniesienie do problemoacutew prawnych jest omoacutewione w rozdz 1 i 10 w [1 2]
W uzasadnionych przypadkach (np napraw istniejących kanałoacutew) dopuszczalne jest
stosowanie innych nietypowych kształtoacutew i wymiaroacutew kanałoacutew jako poza normowych
podanych dla przykładu na rysunkach 919divide923
Przekroacutej eliptyczny
Rys 919 Geometria kanałoacutew eliptycznych (h = 067b)
Przekroacutej kołowo-troacutejkątny
Rys 920 Geometria kanałoacutew kołowo-troacutejkątnych
Przekroacutej prostokątny
Rys 921 Geometria kanałoacutew prostokątnych
KANALIZACJA I
100
Przekroacutej pięciokątny (tzw bdquofuumlnfeckrdquo)
Rys 922 Geometria kanałoacutew pięciokątnych
Przekroacutej kołowy z kinetą ściekową (tzw bdquoLindleyrsquoardquo)
Rys 923 Geometria kanałoacutew kołowych z kinetą ściekową
Złożone przekroje kanałoacutew nie mają na ogoacuteł opracowanych charakterystyk przepływu -
h = f(Q) woacutewczas należy je wyznaczyć doświadczalnie lub analitycznie opierając się na
podanych już roacutewnaniach ruchu np
AQ oraz 21321 iR
nh przy UARh
Rys 924 Przykładowa charakterystyka przepływu h = f(Q) złożonego przekroju kanału
96 PRZEPEŁNIANIE SIĘ KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Przepełnianie się kanałoacutew grawitacyjnych i praca pod ciśnieniem jest problemem
eksploatacyjnym zwłaszcza w systemach kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej
podczas występowania deszczu o rzadszej powtarzalności niż częstość (C) przyjęta do
zwymiarowania kanałoacutew Woacutewczas kanały zaczynają działać z większym niż projektowane
wypełnienie (- dla strumienia Q(C)) następnie z całkowitym wypełnieniem i w końcu pod
ciśnieniem (przy Qmax) W efekcie prowadzić to może do wylewania się ściekoacutew z kanałoacutew w
tzw punktach krytycznych sieci tj np w piwnicach czy w najniżej położonych ulicznych
wpustach deszczowych podwoacuterzowych itp
Na profilu kanału wg rysunku 925 maksymalny spadek linii ciśnienia (Jmax) jest
ograniczony przez punkt krytyczny - przecięcie się linii ciśnienia z powierzchnią terenu
Wartości spadku Jmax odpowiada maksymalny strumień przepływu Qmax - zgodnie z wzorem
Manninga (99) w połączeniu z roacutewnaniem ciągłości ruchu
21
max
32
max 1
JRn
AQ h (962)
gdzie
A - powierzchnia przekroju poprzecznego kanału przy całkowitym wypełnieniu m2
KANALIZACJA I
101
Rh - promień hydrauliczny przy całkowitym wypełnieniu m
J = Jmax ndash maksymalny spadek linii ciśnienia (energii) -
Rys 925 Przebieg linii ciśnienia (ilcmax equiv Jmax) wzdłuż trasy kanału grawitacyjnego podczas działania
pod ciśnieniem dla Qmax (skreślenia oznaczają nieaktywność parametroacutew Qn i hn dla spadku dna ik)
Woacutewczas spadek linii ciśnienia Jmax jest większy od spadku dna kanału ik Większy
strumień deszczu niż Qmax nie zmieści się już w kanale pozostanie więc na powierzchni
terenu jako nieodebrany - rozlewając się po powierzchni i niewiele podnosząc spiętrzone w
kanale (studzience) zwierciadło ściekoacutew Stąd na podstawie (962) możemy napisać
maxmax JaQ (963)
przy czym constRn
Aa h 321 oraz idem
l
HHJ
min
max - wg rys 925
Strumień objętości Q przy całkowitym wypełnieniu kanału o spadku dna ik wynosi
kiaQ (964)
Oznaczając ik =l
H (wg rys 925) stąd stosunek strumieni
1minminmaxmax
H
H
H
HH
ia
Ja
Q
Q
k
(965)
Oznaczając sH
Hmin otrzymamy 1max s
Q
Q a stąd 1max sQQ więc
Qmax gt Q ponieważ 1s gt 1
Wynika stąd że strumień Qmax ograniczony jest zagłębieniem kanału Hmin - w punkcie
krytycznym (rys 925) Im większa będzie wartość Hmin tym większa jest wartość 1s i
tym większy będzie strumień Qmax
Z powyższej analizy wynika że kanały mają w sobie pewną rezerwę przepustowości
ktoacutera może być wykorzystywana w przypadku pojawienia się większego strumienia
przepływu niż obliczeniowy - przyjęty do wymiarowania kanału Q(C) Jednak po
przeanalizowaniu oddziaływania spiętrzonych ściekoacutew w danym kanale (np kolektorze) na
warunki odbioru ściekoacutew w kanałach bocznych (zbieraczach) powyższy wniosek nie musi
odnosić się do całej sieci
Praca kolektoroacutew kanalizacyjnych pod ciśnieniem powoduje wzrost ich przepustowości
ale jednocześnie wywołuje podtapianie kanałoacutew bocznych (zbierających roacutewnież ścieki
opadowe) mogąc przyczynić się z kolei do obniżenia ich przepustowości hydraulicznej Wg
rysunku 926 rozpatrzono 3 przypadki relacji spadkoacutew linii ciśnienia w kanałach bocznych
względem spadku dna tych kanałoacutew wymuszone przez roacuteżne poziomy ściekoacutew w kolektorze
(analogia do hydraulicznych naczyń połączonych)
KANALIZACJA I
102
Rys 926 Trzy przypadki wpływu wysokości ciśnienia w kolektorze
na działanie kanałoacutew bocznych o spadku dna ik (b)
Analiza zjawisk
1 Przypadek - przepływ w kolektorze ze swobodnym zwierciadłem dla spadku linii
ciśnienia w kanale bocznym ilc equiv Jb = Jbmax gt ik(b) woacutewczas
Qbmax gt Qb(C)
2 Przypadek - przepływ w kolektorze pod ciśnieniem dla spadku linii ciśnienia w kanale
bocznym Jb = ik(b)
Qb = Qb(C)
3 Przypadek - przepływ w kolektorze pod znacznym ciśnieniem dla spadku linii ciśnienia
w kanale bocznym Jb lt ik(b)
Qb lt Qb(C)
Z rysunku 926 wynika że kolektor podtopiony do poziomu w 3-cim przypadku wywoła
spadek linii ciśnienia Jb w kanale bocznym mniejszy od spadku dna kanału bocznego ik(b) i
woacutewczas strumień przepływu pod ciśnieniem Qb w tym kanale będzie mniejszy niż jego
strumień obliczeniowy Qb(C) Wystąpi więc dławienie przepływu i spadek przepustowości
kanału bocznego - brak odbioru ściekoacutew w studzience na jego początku Przy roacuteżnicach
rzędnych studzienek ścieki mogą nawet wylewać się z kolektora na powierzchnię terenu
poprzez kanał boczny
W Polsce sformułowano jako zasadę ndash już nieaktualną iż
o kolektory powinny być wymiarowane na większy strumień przepływu tj na większą
wartość częstości deszczu C np C = 2 lata - dla kanalizacji deszczowej czy C = 5 lat
ndash w kanalizacji ogoacutelnospławnej (w płaskim terenie - tab 71) a
o kanały boczne (zbieracze) na mniejszy strumień tj na mniejszą wartość częstości
deszczu np C = 1 rok - dla kanalizacji deszczowej czy C = 2 lata - w kanalizacji
ogoacutelnospławnej (w przypadku płaskiego terenu - tab 71)
Powyższą zasadę uzasadniano ekonomicznie tym że jednostkowy koszt budowy
kolektoroacutew jest znacznie większy ale dotyczy mniejszej długości w sieci w poroacutewnaniu z
kosztem budowy kanałoacutew bocznych o zdecydowanie większej sumarycznej długości
UWAGA Zasada ta straciła swą aktualność w świetle normy PN - EN 752 - ujednolicenia
częstości deszczy dla kolektoroacutew i kanałoacutew bocznych
KANALIZACJA I
103
10 ZASADY PROJEKTOWANIA BUDOWY I EKSPLOATACJI SIECI
KANALIZACYJNYCH
101 UKŁADY SIECI KANALIZACYJNYCH
Topologia (układ) sieci kolektoroacutew i kanałoacutew bocznych zależy głoacutewnie od
konfiguracji terenu (spadkoacutew podłużnych i poprzecznych) względem odbiornika
układu geometrycznego ciągoacutew komunikacyjnych (pieszo-jezdnych)
zabudowy terenu
Ogoacutelną zasadą jest lokalizowanie - ze względoacutew hydraulicznych
kanałoacutew głoacutewnych (kolektoroacutew) na kierunkach najmniejszych spadkoacutew
powierzchni terenu
kanałoacutew bocznych (zbieraczy) na kierunkach największych spadkoacutew powierzchni
terenu tj w miarę prostopadle do warstwic terenu
przykanalikoacutew w miarę prostopadle do zbieraczy i kolektoroacutew
W konkretnych warunkach terenowych układ sieci kanalizacji grawitacyjnej zaroacutewno
ogoacutelnospławnej rozdzielczej czy poacutełrozdzielczej może być zrealizowany w oparciu o
poniższe schematy ideowe - ogoacutelnomiejskie (w skali całego miasta) bądź lokalne
1011 UKŁADY OGOacuteLNOMIEJSKIE
I Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacyjnych
II Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacyjnych z kolektorem zbiorczym
III Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacyjnych
IV Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacyjnych z kanałami odciążającymi
Rys 101 Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej
Rys 102 Układ poprzeczny kanalizacji grawitacyjnej - z kolektorem zbiorczym
KANALIZACJA I
104
Rys 103 Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej
Rys 104 Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej - z kanałami odciążającymi
1012 UKŁADY LOKALNE
V Układ promienisty
VI Układ pierścieniowy
VII Układy strefowe
Rys 105 Układ promienisty kanalizacji grawitacyjnej ndash w kotlinie
Rys 106 Układ pierścieniowy kanalizacji grawitacyjnej ndash na wzgoacuterzu
KANALIZACJA I
105
a) b)
Rys 107 Układy strefowe kanalizacji grawitacyjno-pompowej
a) z wododziałem b) w niecce terenowej
Na wyboacuter układu systemu kanalizacyjnego - w danych warunkach terenowych wpływ
mają także inne czynniki [1 2]
102 PROJEKTOWANIE TRAS KANAŁOacuteW
1021 SYTUOWANIE KANAŁOacuteW W PLANIE
Położenie sytuacyjne osi przewodoacutew kanalizacyjnych (podobnie jak wodociągowych
ciepłowniczych gazowych itp) powinno być roacutewnoległe względem
osi ulic (krawężnikoacutew chodnikoacutew)
linii rozgraniczających zabudowy
istniejącego zbrojenia podziemnego
W szerokich ciągach komunikacyjnych (pieszo-jezdnych) ndash o szerokości
przekraczającej 30 m i obustronnej zabudowie należy projektować dwa roacutewnoległe kanały
bytowo-gospodarcze Liczba i układ kanałoacutew deszczowych zależy od warunkoacutew
miejscowych Uzyskamy woacutewczas ciągi kanałoacutew o stosunkowo płytkim posadowieniu o
mniejszych średnicach i mniejszych kosztach budowy (mniej kolizji z istniejącym
uzbrojeniem)
Wymagane odległości projektowanych kanałoacutew od istniejącego uzbrojenia
podziemnego i nadziemnego terenu regulowane są odpowiednimi przepisami miejscowymi
(np powiatowymi czy wojewoacutedzkimi) ustalanymi w Zespołach Uzgadniania Dokumentacji
Projektowych (ZUDP) Przykładowo we Wrocławiu minimalna odległość zewnętrznego
obrysu kanału od
krawężnika - wynosi 20 m (wg [] 12 m)
budynku mieszkalnego 50 m (wg [] 40 m)
toroacutew kolejowych 50 m (wg [] od skrajnej szyny torowiska)
autostrad 50 m
drzew krzewoacutew 10 m (wg [] 20 m)
drenażu podziemnego 20 m
przewodu ciepłowniczego 30 m (wg [] 12divide14 m w zależności od średnicy)
przewodu wodociągowego 20 m (wg [] 12divide17 m w zależności od średnicy)
kabli energetycznych i telekomunikacyjnych 20 m
wg [] Warunki techniczne wykonania i odbioru sieci kanalizacyjnych Wydawnictwo COBRTI
INSTAL Warszawa 2003
KANALIZACJA I
106
Zmiany kierunkoacutew tras kanałoacutew
Kanały nieprzełazowe - o wysokości przekroju H = D lt 10 m należy układać
odcinkami prostymi pomiędzy studzienkami rewizyjnymi (inspekcyjnymi) Każda zmiana
kierunku trasy musi odbywać się więc w studzience
Rys 108 Trasowanie kanałoacutew o wysokościach H = D lt 10 m - w łukach droacuteg
Kanały przełazowe - o wysokości przekroju H = D 10 m można budować w łukach
o łagodnych krzywiznach o promieniu R przy czym Rmin ge 5b gdzie b = D - szerokość
kanału w tzw pachach oraz Rmin ge 50 m Na początku i końcu łuku właściwe jest
lokalizowanie studzienek rewizyjnych aby umożliwić wejście i czyszczenie takiego odcinka
Rys 109 Trasowanie kanałoacutew o wysokościach przekroju H = D 10 m - w łukach droacuteg
Łączenie kanałoacutew
Łączenie tras kanałoacutew powinno odbywać się w studzienkach tzw połączeniowych pod
kątem 90 do kierunku przepływu ściekoacutew (rys 1010)
Rys 1010 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew dla tras pod kątem 90
Gdy z układu tras łączonych kanałoacutew wychodzi kąt ostry 90 należy zastosować
dodatkową studzienkę rewizyjną - wg rys 1011
Rys 1011 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew dla tras pod kątem 90
Kanały nieprzełazowe (H lt 10 m) łączymy w studzienkach połączeniowych (o
przekroju kołowym) a kanały przełazowe (H 10 m) w komorach połączeniowych -
najczęściej o przekroju wieloboku
KANALIZACJA I
107
a) b)
Rys 1012 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew
A) nieprzełazowych - w studzienkach połączeniowych (StP) ndash studzienka kołowa
B) przełazowych - w komorach połączeniowych (KP) - wielobok foremny
1022 WYSOKOŚCIOWE SYTUOWANIE KANAŁOacuteW
Ogoacutelną zasadą jest układanie kanałoacutew możliwie jak najpłycej względem powierzchni
terenu (najmniejsze koszty budowy) Jednakże zagłębienie kanału determinowane jest przez
minimalne zagłębienie kanału Zmin umożliwiające grawitacyjny dopływ ściekoacutew tzw
przykanalikami - z budynkoacutew wpustoacutew ulicznych podwoacuterzowych itp
strefę przemarzania gruntu Hz stąd wynika minimalne przykrycie kanału Hmin gt Hz
spadki i ukształtowanie terenu po trasie kanału
inne czynniki jak np kolizje z istniejącym uzbrojeniem podziemnym (rys 1013)
Rys 1013 Przykładowy profil kanału grawitacyjnego
Rys 1014 Podział Polski na strefy głębokości przemarzania gruntu (HZ) wg PN-81B-03020
O niezbędnym przegłębieniu kanałoacutew ulicznych decydują najczęściej tzw punkty
krytyczne sieci tj najniżej zlokalizowane wpusty uliczne lub podwoacuterzowe czy też piwniczne
UWAGA Należy zwroacutecić uwagę na cechy wytrzymałościowe stosowanych rur
kanalizacyjnych oraz warunki ich zabudowy - wynikające z obciążeń statycznych - naziomem
gruntu i obciążeń dynamicznych - z ruchu pojazdoacutew
Minimalne zagłębienia przykanalikoacutew i kanałoacutew Zmin
Minimalne przykrycie przykanalikakanału deszczowego (Hmin gt HZ) przyjmuje się
najczęściej od 10 do 16 m w zależności od rejonu Polski - strefy przemarzania gruntu (wg
rys 1014) - z zapasem minimum 02 m Zasadniczo przykanaliki i kanały ściekowe powinny
być układane głębiej
Hmin ge Hz + (02divide04) m
KANALIZACJA I
108
Minimalne zagłębienie przykanalikakanału (Zmin) zależy od jego średnicy Dla
przykanalika ściekowego o np D = 020 m woacutewczas Zmin(02) ]02 41[ m - w zależności od
strefy przemarzania - z zapasem minimum 04 m Gdy zagłębienie kanału na jego trasie jest
mniejsze niż Zmin woacutewczas należy go docieplić materiałem o małym wspoacutełczynniku
przewodzenia ciepła np keramzytem lub nasypem ziemnym ndash wg schematoacutew w [1 2]
Maksymalne zagłębienia kanałoacutew Zmax
Najczęściej przyjmuje się obecnie Zmax le 60 m ppt (wg WTP z 1965 r Zmax [6 8]
m ppt) Gdy Z gt Zmax stosuje się pompownie strefowe lub bdquogoacuterniczerdquo metody budowy
kanałoacutew tj tzw wiercenia bdquopoziomerdquo lub przeciski (rys 1016)
Rys 1016 Sposoby pokonywania wzniesień na trasie kanału
Obliczenia niezbędnego zagłębienia kanałoacutew ulicznych
W przeciętnych warunkach terenowych miast jako niezbędne (i zarazem minimalne)
zagłębienie kanałoacutew ulicznych przyjmuje się na ogoacuteł
Z [18 23] m ppt - w kanalizacji deszczowej
Z [23 28] m ppt - w kanalizacji bytowo-gospodarczej i przemysłowej
Z [25 30] m ppt - w kanalizacji ogoacutelnospławnej
Takie zagłębienia kanałoacutew umożliwiają min
prawidłowe podłączenie przykanalikoacutew i kanałoacutew bocznych - zbieraczy
nie powodują na ogoacuteł kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym terenu np z
przewodami wodociągowymi Z [15 18] m ppt
Szczegoacutełowo niezbędne zagłębienie kanałoacutew ustalić można na podstawie obliczeń
według poniższych schematoacutew (w zależności od rodzaju kanalizacji)
Kanalizacja ściekowa - schemat obliczeniowy
Rt Rt
Ru
Z2 Z3 Z1
l2
l3
l1
h
h = i l1 1
d p1
p1
pp = 000
i2i1
g1
Rys 1017 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału ściekowego alternatywnie
wariant z 2 kanałami (o zagłębieniu Z1 i Z2) i wariant z jednym kanałem (o Z3)
Wzoacuter wyjściowy na niezbędne zagłębienie kanałoacutew
Z = g + p + dp + il + h ndash (Rt ndash Ru) (101)
gdzie
g - zagłębienie posadzki piwnicy względem rzędnej terenu przy budynku Rt m
KANALIZACJA I
109
p - położenie przykanalika względem fundamentu (pmin = 05 m dla kamionki i 03 m dla
żeliwa) m
dp - średnica przykanalika (dp min = 015 m) m
i - spadek dna przykanalika (imin = 15permil dla dp = 015 m i imin = 10permil dla dp = 020 m)
h - wypełnienie w kanale ulicznym (najczęściej przyjmuje się h = 05d) m
Ru - rzędna osi ulicy (ewentualnie rzędna terenu nad kanałem) m npm
Rt - rzędna terenu przy budynku (ewentualnie poziom progu - pp = 000 m npm)
Kanalizacja deszczowa - schemat obliczeniowy
Z = H + dp + il + h ndash (Rt ndash Ru) (102)
Rys 1018 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału deszczowego
Kanalizacja ogoacutelnospławna - schemat obliczeniowy
Rys 1019 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału ogoacutelnospławnego h - wypełnienie w
kanale (do tzw pach przekroju jajowego) Zp - zamknięcie przeciwcofkowe
Do obliczeń zagłębienia kanału ogoacutelnospławnego stosujemy wzory (101) lub (102)
1023 WYBOacuteR SPADKOacuteW DNA KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych (ik) powinny być dostosowane do spadku terenu
(it) ale jednocześnie muszą spełniać warunek hydrauliczny ikmin le ik le ikmax [1 2]
I przypadek gdy minkt ii - spadek terenu jest mniejszy od minimalnego spadku dna kanału
woacutewczas na trasie występuje systematyczny wzrost zagłębienia kanału od Zmin do Zmax
Rys 1020 Racjonalny spadek dna kanału w terenie płaskim ik = ik min
KANALIZACJA I
110
II przypadek gdy maxmin ktk iii - kanał roacutewnoległy do terenu tj ik = it woacutewczas
zagłębienie kanału na jego trasie jest niezmienne i wynosi np Zmin
Rys 1021 Racjonalny spadek dna kanału w terenie pochyłym
zgodnym z kierunkiem przepływu ściekoacutew ik = it
III przypadek gdy maxkt ii
Rys 1022 Racjonalny spadek dna kanału w stromym terenie ik = ik
1024 SPOSOBY POŁĄCZEŃ KANAŁOacuteW
Mamy do dyspozycji 4 sposoby połączeń kanałoacutew przy wzroście wymiaroacutew (średnic
bądź wysokości przekroju) kanałoacutew mianowicie poprzez
a) wyroacutewnanie den kanałoacutew - tanie w budowie jednak hydraulicznie nie poprawne
b) wyroacutewnanie sklepień - drogie w budowie (zagłębienie) poprawne hydraulicznie
c) wyroacutewnanie osi ndash trudne w budowie poprawne hydraulicznie
d) wyroacutewnanie zwierciadeł ściekoacutew - trudne w budowie hydraulicznie właściwe
Ad a) 0h
Rys 1023 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu den
Ad b) 12 ddh
Rys 1024 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu sklepień
KANALIZACJA I
111
Ad c) 2
12 ddh
Rys 1025 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu osi kanałoacutew
Ad d) 12 hhh 21 hhh
Rys 1026 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu zwierciadeł ściekoacutew
Przykłady sposoboacutew łączenia kanału bocznego (zbieracza) z kolektorem bądź
przykanalika z kanałem bocznym podano na schematach wg [1 2]
Rys 1027 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem o przekroju kołowym - przy
wyroacutewnaniu sklepień
Rys 1028 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem o przekroju jajowym - przy
wyroacutewnaniu sklepień
Rys 1029 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem (widok z goacutery)
KANALIZACJA I
112
W sieciach kanalizacyjnych nie dopuszcza się do zmniejszenia przekroju kanału na jego
trasie - niezależnie od wypełnień w kanałach Przykład takiej potencjalnej możliwości -
sytuacji podano na rysunku 1030 [2]
Rys 1030 Sytuacja terenowa stwarzająca potencjalną możliwość zmniejszenia przekroju
kanału na dolnym odcinku (przyjmujemy jednak d1 = d2)
Dolny (drugi) odcinek kanału o bardzo dużym spadku dna przy danym strumieniu
objętości wymaga hydraulicznie mniejszej średnicy kanału (d2) w poroacutewnaniu do średnicy
(d1) - na goacuternym (pierwszym) odcinku kanału - o małym spadku dna przyjmujemy jednak d1
= d2 - ze względoacutew praktycznych np nie zatykania się kanałoacutew ściekowych Woacutewczas
wypełnienie kanału dolnego (h2) będzie mniejsze niż goacuternego (h1)
Przypadek odwrotny do sytuacji podanej na rys 1030 - niekorzystne hydraulicznie
połączenie kanałoacutew o roacuteżnych spadkach dna i terenu zobrazowano na rysunku 1031
Woacutewczas h2 gt h1 oraz d2 gt d1
Rys 1031 Niekorzystny przypadek połączenia kanałoacutew (d2 gt d1) - występuje
cofka piętrząca i praca goacuternego odcinka kanału pod ciśnieniem
1025 RODZAJE I DOBOacuteR STUDZIENEK KANALIZACYJNYCH
Rozstaw włazowych studzienek kanalizacyjnych na kanałach nieprzełazowych - o
wysokości przekroju kanału H lt 10 m i przełazowych - do H lt 14 m nie powinien być
większy niż
50divide75 m wg zaleceń [1]
60divide80 m wg zaleceń []
Natomiast dla kanałoacutew przełazowych o H 14 m
75divide120 m wg [1]
80divide120 m wg [] wg [] Warunki techniczne wykonania i odbioru sieci kanalizacyjnych Wydawnictwo COBRTI
INSTAL Warszawa 2003
Każda zmiana spadku na trasie kanału grawitacyjnego musi rozpoczynać się i kończyć
w studzience kanalizacyjnej podobnie jak i zmiana przekroju kanału czy wysokości dna
kanału na odpływie czy zmiana trasy kanału - dla średnic lt 10 m
Polska norma (branżowa - budowlana) PN-B-10729 z 1999 r zalecała minimalne
średnice betonowych (tzw włazowych) studzienek kanalizacyjnych jako
Dmin = 10 m - dla kanałoacutew o średnicach D le 03 m
Dmin = 12 m - dla kanałoacutew o średnicach D = 04divide06 m
Dmin = 14 m - dla kanałoacutew o średnicach do D = 08 m
Dmin = 16 m - dla kanałoacutew o średnicach powyżej D gt 08 m
KANALIZACJA I
113
Podobne zalecenia w tym zakresie wynikają z aktualnej normy PN-EN 19172004
Zgodnie z Ustawą z 2002 roku o normalizacji norma nie jest aktem prawnym Tak więc
unormowane wartości są jedynie wskazoacutewkami - zalecanymi jednak do stosowania
UWAGA Klasyczne betonowe studzienki kanalizacyjne jak wykazała praktyka sprawdzają
się w warunkach występowania naprężeń dynamicznych i są niewrażliwe na wyparcie przez
wodę ze względu na swoacutej ciężar
Przykładowe ndash klasyczne konstrukcje betonowych włazowych studzienek rewizyjnych
(tzw inspekcyjnych) i połączeniowych przedstawiono na rysunkach 1032 1033 i 1034 [2]
Rys 1032 Betonowa studzienka rewizyjna o głębokości lt 30 m ndash zlokalizowana w jezdni (1- właz
żeliwny 2- płyta pokrywowa z pierścieniem podporowym 3 - krąg studzienny komina złazowego 4 -
krąg przejściowy 5 - krąg komory roboczej 6 - betonowa kineta ściekowa 7 - krąg fundamentowy
monolityczny 8 - fundament 9 - stopnie złazowe)
Rys 1033 Betonowa studzienka rewizyjna o głębokości lt 30 m ndash zlokalizowana w trawniku
(1- właz żeliwny 2- płyta pokrywowa 3 i 4 - kręgi studzienne 5 - fundament 6- stopnie złazowe)
KANALIZACJA I
114
Rys 1034 Betonowa studzienka połączeniowa o głębokości gt 30 m (w przypadku lokalizacji w
jezdni niezbędne jest oparcie płyty pokrywowej z włazem na pierścieniu podporowym wg rys 1032)
UWAGA Obecnie dopuszcza się do stosowania tzw nie włazowe studzienki kanalizacyjne
(zaroacutewno rewizyjne ndash przelotowe jak i połączeniowe) tj o małych średnicach szybu studni
rzędu 03divide06 m wykonanych z tworzyw sztucznych Jednak stosowanie takich studzienek
ograniczone jest do małych średnic kanałoacutew (015divide03 m) płytko ułożonych
Studzienki kaskadowe i komory kaskadowe służą do pokonywania roacuteżnic wysokości
przy zmianach zagłębień kanałoacutew Studzienki kaskadowe stosowane są zazwyczaj dla małych
średnic kanałoacutew (mała energia kinetyczna strumienia ściekoacutew) Przykładowo dla kanałoacutew
bytowo-gospodarczych należy stosować studzienki kaskadowe z dodatkowym pionowym
bądź ukośnym przewodem spadowym (o mniejszej średnicy) na zewnątrz studzienki
Roacuteżnica poziomoacutew den kanałoacutew (Hmax) przy takiej konstrukcji studzienek kaskadowych nie
powinna przekraczać 4 m (rys 1035 i 1036)
Rys 1035 Schemat studzienki kaskadowej dla kanałoacutew ściekowych o d 04 m
KANALIZACJA I
115
Rys 1036 Przykład połączeniowej studzienki kaskadowej
W kanalizacji deszczowej dla małych spadoacutew (Hmax le 06 m) i średnic kanałoacutew (d le 06
m) stosowane są pionowe studzienki kaskadowe ewentualnie z obniżeniem dna - tworzącym
tzw poduszkę wodną do tłumienia energii spadającego swobodnie strumienia ściekoacutew
Rys 1037 Schemat studzienki kaskadowej dla kanałoacutew deszczowych
Komory kaskadowe stosowane są zazwyczaj dla dużych średnicprzekroi kanałoacutew (d gt
06 m) w tym do pokonywania dużych roacuteżnic wysokości zagłębień kanałoacutew Kaskady mają
specjalnie formowaną pochylnię - kinetę spadową (rys 1038) Niszczenie (dławienie)
nadmiaru energii kinetycznej strumienia cieczy poruszającej się po pochylni odbywa się w
zagłębieniu dna komory - poniżej dna kanału odpływowego Towarzyszy temu odskok
hydrauliczny zwany odskokiem Bidonersquoa
Rys 1038 Schemat komory kaskadowej dla kanałoacutew o d gt 06 m
Niezbędne zagłębienie progu (p) w dnie komory kaskadowej po wyznaczeniu grubości
tzw poduszki wodnej oblicza się z wzoroacutew na głębokości sprzężone Następnie oblicza się
długość komory (L) z wzoru
)( ee HHHL 33032 (103)
gdzie
He - wysokość energii rozporządzalnej w goacuternym kanale He = hg + υ22g m
H - roacuteżnica rzędnych dna kanałoacutew goacuternego i dolnego (wysokość spadu) m
hg - wypełnienie normalne w goacuternym kanale m
υ - średnia prędkość przepływu w goacuternym kanale ms
Obliczenia wspoacutełrzędnych (x y) kształtu krzywizny pochylni wykonuje się zadając
wartości y i wyliczając x z roacutewnania
HyLx 2 (104)
KANALIZACJA I
116
103 PROJEKTOWANIE SYFONOacuteW KANALIZACYJNYCH
Syfony kanalizacyjne służą do pokonywania przeszkoacuted terenowych takich jak koryta
rzeczne niecki czy kolidujące z trasą kanału podziemne obiekty pod tymi przeszkodami
Rys 1039 Przykład syfonu pod dnem rzeki (1- komora rozdzielcza na dopływie
2- przewoacuted płuczący 3 - komora połączeniowa na odpływie)
Przepływ w syfonie złożonym z jednego lub z kilku przewodoacutew odbywa się pod
ciśnieniem ze stratą energii sh - na pokonanie oporoacutew liniowych i miejscowych
Rys 1040 Schemat działania syfonu pod dnem rzeki
Ze względu na występujące wytrącanie się i odkładanie osadoacutew należy przewidzieć
możliwość płukania i czyszczenia (mechanicznego lub hydrodynamicznego) przewodoacutew
syfonowych zwłaszcza odcinkoacutew wznoszących się Celowa jest więc budowa przed syfonami
(na kierunku napływu ściekoacutew) studzienki jako piaskownika oraz studzienki (na wylocie z
syfonu) umożliwiającej płukanie i zbieranie popłuczyn Ogoacutelnie syfony kanalizacyjne są w
praktyce wysoce awaryjne - wymagają częstego czyszczenia
Prędkość przepływu ściekoacutew w przewodach syfonowych - przy minimalnych
przepływach powinna być większa od prędkości samooczyszczania [1 2]
09 ms w kanalizacji rozdzielczej (przy przepływach nocnych ściekoacutew pogody
bezdeszczowej - nie mniej niż 07 ms)
12 ms w kanalizacji ogoacutelnospławnej
Z drugiej strony prędkość przepływu nie powinna być zbyt duża gdyż prowadzi do
dużych wartości strat hydraulicznych (Δhs) i w konsekwencji do dużych niezbędnych roacuteżnic
den kanałoacutew na wlocie i wylocie z syfonu
W kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej stosuje się najczęściej kilka przewodoacutew
syfonowych o roacuteżnych średnicach i o wlotach na roacuteżnych poziomach włączających się do
pracy kolejno w miarę zwiększania się strumienia dopływających ściekoacutew pogody
deszczowej ndash schematy podano w [1 2] Minimalna średnica syfonu to 015 m Stosuje się
tutaj najczęściej rury żeliwne stalowe czy żelbetowe Obecnie coraz częściej roacutewnież
wzmocnione tworzywa sztuczne
Obliczenia hydrauliczne syfonoacutew sprowadzają się do
doboru średnic przewodoacutew syfonowych (ds) ze względu na prędkość przepływu υs
KANALIZACJA I
117
określenia strat hydraulicznych w syfonie (Δhs) tj roacuteżnicy zwierciadeł ściekoacutew w
studzienkach 1 i 2 (lub roacuteżnicy rzędnych dna kanałoacutew dopływowego i odpływowego)
Rys 1042 Schemat do obliczeń hydraulicznych syfonu
gd
lh s
s
s
i
is2
)(2
(105)
gdzie
ξi - wspoacutełczynniki strat miejscowych na wlocie i zmianach kierunkoacutew - łuki 1 i 2
- wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych na długości odcinkoacutew l1 l2 i l3 - z wzoru Colebrooka
- Whitersquoa lub z formuły Chezy-Manninga (dla strefy oporoacutew kwadratowych)
= 8g n2 (ds4)13 (106)
s - wspoacutełczynnik energii kinetycznej roacutewny wspoacutełczynnikowi strat wylotowych
s = 1 + 293 ndash 155 32 (107)
Gdy występuje kilka rur syfonowych np 3 o roacuteżnych średnicach di
woacutewczas
2QKh zs (108)
przy czym
2
1
1
i
z
K
K (109)
oraz
Ki = Kli + Kmi = Ci il + SKi ( i ) (1010)
Wielkości poszukiwane
i
s
iK
hQ
(1011)
stąd
)(42
iii dQ (1012)
gdzie
Kz - zastępczy wspoacutełczynnik oporności układu roacutewnolegle połączonych przewodoacutew
syfonowych s2m5
Ki - wspoacutełczynnik oporności przewodu syfonowego o średnicy di
Kli - wspoacutełczynnik oporności liniowej przewodu di o długości Σ li
Kmi - wspoacutełczynnik oporności miejscowej Σ ξi przewodu di
Ci - wspoacutełczynnik oporności właściwej przewodu di (do strat liniowych) s2m6
KANALIZACJA I
118
iii
i
i ddg
C
5
52082660
18 (1013)
SKi - wspoacutełczynnik oporności przewodu di (do strat miejscowych) s2m5
SKi = 4
082660
id (1014)
Ogoacutelnie
2QlChl (1015)
2QSh iKm (1016)
Wartości wspoacutełczynnikoacutew C (dla wg 106) oraz SK dla przewodoacutew żeliwnych i
stalowych o średnicy d i wspoacutełczynniku szorstkości n = 0012 sm13 (k asymp 10 mm) podano w
tabeli 101
Tab 101 Wartości wspoacutełczynnikoacutew do wymiarowania przewodoacutew syfonowych dla n = 0012 sm13 Parametr Wartości wspoacutełczynnikoacutew dla średnic przewodoacutew
d [m] 010 015 020 025 030 040 050 060 080 100
[-] 00386 00337 00306 00285 00268 00243 00226 00213 00193 00179
C [s2m-6] 3191 3671 7916 2408 09108 01964 005974 002260 0004872 0001595
SK [s2m-5] 8266 1633 5166 2116 1020 3229 1323 06378 02018 008266
104 PROJEKTOWANIE POMPOWNI SIECIOWYCH
1041 WYMIAROWANIE STUDNI ZBIORCZYCH POMPOWNI ŚCIEKOacuteW
W niekonwencjonalnych (ciśnieniowych) systemach kanalizacji ściekowej stosuje się
obecnie przepompownie wyposażone w pompy zatapialne instalowane w studniach
zbiorczych Klasyczne konstrukcje przepompowni (z tzw mokrą komorą czerpną i suchą
komorą pompową) stosuje się nadal w dużych grawitacyjno-pompowych systemach
kanalizacji rozdzielczej (ściekowej) czy ogoacutelnospławnej gdzie pełnią funkcję pośrednich
pompowni ściekoacutew [2]
O kosztach pompowania ściekoacutew decydują koszty inwestycyjne i eksploatacyjne
Istotną częścią kosztoacutew inwestycyjnych jest koszt wykonania studnikomory zbiorczej
pompowni ktoacutery zależy od jej niezbędnej objętości retencyjnej Natomiast w kosztach
eksploatacyjnych najistotniejszy jest koszt energii elektrycznej potrzebnej do
przepompowania określonego strumienia ściekoacutew (Q H) ktoacutery zależy też od sprawności
dobranych pomp
Do określenia wymaganych wymiaroacutew studni zbiorczych - komoacuter czerpalnych w
przepompowniach ściekoacutew niezbędne jest obliczenie ich objętości czynnej (Vcz) ktoacutera zależy
od liczby pomp (i) strumienia dopływu ściekoacutew (Q) oraz przyjętej liczby cykli załączeń
pomp w godzinie (1Tmin) Dopuszczalną liczbę załączeń silnika elektrycznego pompy w
godzinie należy przyjmować według zaleceń producenta pomp Jeżeli nie ma takich danych
można kierować się minimalnym czasem trwania jednego cyklu pracy pompy (Tmin)
przykładowo podanych w tabeli 102
Tab 102 Zalecane czasy minimalnych cykli pracy pomp
w zależności od mocy silnikoacutew napędowych Moc znamionowa
silnika [kW]
Czas Tmin
[min]
0 - 11 50
14 - 22 65
25 - 44 80
48 - 74 100
110 - 147 130
KANALIZACJA I
119
Dla jednej czynnej pompy maksymalna dopuszczalna liczba załączeń w godzinie
występuje wtedy gdy przez połowę cyklu pompa pracuje a przez drugą połowę jest
wyłączona [1] Wynika to z analizy wzoroacutew na cykl pracy (T) ktoacutery jest sumą czasu pracy
(ts) i czasu postoju (tp) danej pompy
inin
psQ
V
VttT
(1017)
gdzie
V ndash objętość retencyjna studni zbiorczej pompowni dm3
Qin ndash strumień objętości dopływu ściekoacutew dm3s
Q ndash strumień objętości (wydajność) pompy dm3s
Minimalną objętość czynną studni (Vcz) dla jednej pompy oszacować można z wzoru
4
min QTVcz
(1018)
Dla przepompowni z większą liczbą czynnych pomp (i gt 1) niezbędna objętość studni
zbiorczej zależy nie tylko od wydajności pracujących pomp (Q) i liczby dopuszczalnych cykli
włączeń silnika napędowego pomp (1Tmin) ale także od charakterystyki hydraulicznej sieci
kanalizacyjnej oraz od kolejności załączania i wyłączania pomp po osiągnięciu określonego
poziomu ściekoacutew w studni Przykładowo dla 4 czynnych pomp włączenie do pracy drugiej
pompy powoduje zwiększenie wydajności pompowni o 455 trzeciej o 251 a czwartej
już tylko o 148 - wg rys 1045
Rys 1045 Zmiany parametroacutew hydraulicznych przepompowni (H Q) i poszczegoacutelnych pomp
(Hi Qi) w zależności od liczby roacutewnocześnie czynnych pomp
Objętość czynna studni zbiorczej zależy w tym przypadku od charakterystyki sieci (strat
hydraulicznych) liczby pracujących pomp i ich charakterystyki przepływu (rys 1046)
Istotny jest przy tym sam kształt charakterystyki hydraulicznej (tzw przepływność) sieci do
ktoacuterej tłoczone są ścieki [2]
1042 ZALECENIA DO DOBORU POMP
Przyjmując liczbę czynnych pomp w przepompowni należy brać pod uwagę wielkość
systemu kanalizacyjnego wartości strumieni Qmax i Qmin nachylenie charakterystyki
przepływu danej pompy H = f(Q) a także sam kształt charakterystyki strat hydraulicznych
danej sieci kanalizacyjnej
Zużycie energii elektrycznej przez pompę w ciągu roku obliczyć można z wzoru
tPE (1019)
gdzie
E ndash roczne zużycie energii elektrycznej kWh
P ndash moc pompy kW
t ndash roczny czas pracy pompy h
Moc na wale pompy wynosi
KANALIZACJA I
120
QHP
(1020)
gdzie
γ ndash ciężar właściwy ściekoacutew Nm3
H ndash wysokość podnoszenia pompy m
Q ndash strumień objętości pompy m3s
η ndash sprawność całkowita pompy -
Roczne zużycie energii E jest proporcjonalne do iloczynu parametroacutew H Q i t Z
uwagi na jej zużycie znaczenie ma kształt charakterystyki hydraulicznej sieci co wykazano
w [2] 1043 ROZMIESZCZENIE POMP ZATAPIALNYCH
Pompy w przepompowniach ściekoacutew powinny być tak rozmieszczone - w hali pomp
(dla tzw pomp suchych) lub zamocowane do dna w komorze pomp (dla pomp zatapialnych)
aby zapewnić niezawodne działanie bezpieczną obsługę i możliwe najkroacutetsze prowadzenie
rurociągoacutew w obiekcie Dla walcowych studni zbiorczych przepompowni ściekoacutew
rozmieszczenie pomp i podstawowe wymiary komoacuter czerpalnych można przyjmować
przykładowo wg wytycznych firmy KSB podanych w [2] i przedstawionych na rys 1049
Rys 1049 Przykład zabudowy pomp KSB w studniach walcowych
Gabaryty komory pompowej powinny zapewniać ciągły ruch ściekoacutew w całej objętości
aby nie dochodziło do zagniwania zanieczyszczeń na jej dnie oraz właściwie zasilać czerpnie
poszczegoacutelnych pomp tj bez zasysania powietrza do kroacutećcoacutew ssących pomp Montaż pomp
wykonać należy wg zaleceń zawartych w DTR producenta urządzeń W przypadku dużych
pompowni ściekoacutew sposoby doprowadzenia ściekoacutew do komory pompowej podano w
podręczniku [2]
105 MATERIAŁY TECHNIKI BUDOWY I RENOWACJI KANAŁOacuteW
1051 MATERIAŁY
Do budowy przewodoacutew i kanałoacutew ściekowych stosowane są
tradycyjne materiały (już nowej generacji) jak np kamionka klinkier żeliwo
sferoidalne (z wewnętrzną wykładziną) beton wodoszczelny czy też bazalt o
przewidywanej żywotności technicznej rzędu 100 lat ale także
nowoczesne materiały tworzywowe jak np polimerobeton (PMB) polietylen
(PE) polichlorek winylu (PVC) utwardzony polichlorek winylu (PVC-U)
KANALIZACJA I
121
polipropylen (PP) polibutylen (PB) czy żywice poliestrowe wzmacniane włoacuteknem
szklanym (GRP) o przewidywanej żywotności co najmniej 50 lat
Materiały tworzywowe powinny być stosowane w uzasadnionych sytuacjach
terenowych np na obszarach oddziaływań goacuterniczych zagrożonych osuwiskami dużego
natężenia ruchu pojazdoacutew itp Przykłady tradycyjnych wyroboacutew stosowanych do budowy
nowych kanałoacutew czy modernizacji istniejących sieci podano na rysunkach [1 2]
Rys 1054 Kształtki rury i elementy kamionkowe (spody i łuski do wykonania kinet ściekowych)
Rys 1055 Rury betonowe o przekroju kołowym a) bez stopki b) ze stopką c) o przekroju jajowym
(1- wpust 2- pioacutero)
50080
512
Wpust uliczny
2 x łuk 45deg
DN 150
Wstawkadł min100mm
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIE
WŁĄCZENIA DO WPUSTU 90deg
50080
512
2 x łuk 45deg
Wpust uliczny
Zamknięcie wodne częściowe
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIE
WŁĄCZENIA DO WPUSTU 90deg
Zamknięcie wodne pełne
Rysunek 1
100
Po
zio
m H
2
Po
zio
m H
1
Rysunek 1a
H1H2
lt
DN 150
Rys 1057 Przykładowe rozwiązania wpustoacutew deszczowych zalecane we Wrocławiu
KANALIZACJA I
122
Wpusty deszczowe - na kanalizacji ogoacutelnospławnej muszą być wyposażone w pełne
zamknięcie wodne na odpływie (z łukiemkolanem skierowanym do goacutery) oraz w osadnik
(o głębokości min 05 m) Przykrycie nad syfonem nie może być mniejsze od 08 m (wg rys
1057 ndash po lewej) Wpusty deszczowe - na kanalizacji deszczowej muszą być wyposażone
w osadnik oraz opcjonalnie w częściowe zamknięcie wodne ndash z łukiemkolanem do goacutery (wg
rys 1057 ndash po prawej)
UWAGA W praktyce stosowanie zamknięć syfonowych na odcinkach droacuteg z płytko
posadowioną kanalizacją deszczową jest trudne do spełnienia ze względu na brak możliwości
zachowania strefy przemarzania gruntu
1052 TECHNIKI BUDOWY I RENOWACJI KANAŁOacuteW
Do złego stanu technicznego kanałoacutew przyczynia się najczęściej słaba jakość materiału
konstrukcyjnego nieprawidłowy transport jak i sam montaż Precyzja wykonania rur
uszczelnienia i rozwiązania konstrukcyjne połączeń mają zasadniczy wpływ na trwałość
eksploatacyjną przewodukanału Przyczyny uszkodzeń kanałoacutew mogą być zaroacutewno fizyczne
jak i chemiczne
czynniki fizyczne to obciążenia zewnętrzne oraz naprężenia wewnętrzne
spowodowane wahaniami temperatury zmianami wilgotności i zmęczeniem
materiału
czynniki chemiczne to głoacutewnie korozja i starzenie się materiału
Powodem tzw odnowy kanałoacutew jest więc najczęściej zły stan techniczny i występujące
awarie systemu Czasem wystarczające jest wyczyszczenie kanału jednak zazwyczaj istnieje
potrzeba punktowej naprawy renowacji lub wymiany całego przewodu Przedsięwzięcia te
mogą być przeprowadzane w sposoacuteb klasyczny - w wykopie otwartym bądź też z
zastosowaniem technologii bezwykopowych
Naprawa kanału jest przeprowadzana gdy występują drobne pojedyncze uszkodzenia
konstrukcji Wśroacuted sposoboacutew punktowych napraw kanałoacutew rozroacuteżnić można chemiczną
stabilizację uszczelnianie połączeń wprowadzanie żywic impregnacja przewodu czy
przywracanie pierwotnego kształtu
Renowacja kanału jest preferowana gdy uszkodzenia są rozległe a średnica przewodu
może ulec nieznacznej redukcji Renowacje dotyczą zwykle dłuższych odcinkoacutew przewodoacutew
Ich celem jest ochrona ścian kanału uszczelnienie alboi wzmocnienie konstrukcji
Pokrywanie wnętrza warstwą izolacyjną służy oddzieleniu materiału konstrukcyjnego od
transportowanego agresywnego medium Alternatywnie gdy stan techniczny kanału tego
wymaga do wnętrza jest wprowadzany specjalny liner (rękaw) o odpowiednio dobranych
parametrach wytrzymałościowych - grubości ścianek (związanej z redukcją średnicy
istniejącego przewodu)
Wymiana przewodu na nowy jest najbardziej kosztowną formą odnowy starego
przewodu - konieczna woacutewczas gdy jego konstrukcja nie jest w ogoacutele zdolna do
przenoszenia obciążeń bądźi gdy celowe jest zwiększenie wymiaru (średnicy) przewodu
Stosowane tutaj linery mają dużą wytrzymałość i są w stanie przejąć wszystkie obciążenia
dotychczas przenoszone przez stary kanał Przykładowo w metodzie Burstlining stara rura
jest rozkruszana przez specjalną głowicę prowadzącą ktoacutera roacutewnocześnie wpycha odłamki
ściany starego przewodu do otaczającego gruntu Następnie wprowadzana jest nowa rura
Renowacja bądź wymiana przewodu może być więc przeprowadzana metodami
tradycyjnymi bądź bezwykopowymi Te pierwsze mają mniej zalet jednak w niektoacuterych
przypadkach np gdy kanał jest płytko zagłębiony i położony poza jezdnią są one nadal
preferowane W innych sytuacjach stosowane są coraz częściej nowoczesne i coraz tańsze
technologie bezwykopowe ktoacutere mają wiele zalet min
KANALIZACJA I
123
wykopy są całkowicie wyeliminowane lub znacznie ograniczone
zredukowana jest objętość powstających odpadoacutew
występują małe zakłoacutecenia w ruchu i aktywności ekonomicznej społeczeństwa
instalacja przebiega szybko i sprawnie
Technologie bezwykopowe mają też istotne wady m in
trudności z podłączeniem istniejących przykanalikoacutew
dodatkowe koszty związane z kontrolą jakości i monitoringiem prac
brak możliwości dokładnego nadzorowania położenia linera
wysokie koszty związane z powtoacuterzeniem instalacji w wypadku komplikacji
Częstym błędem przy wyborze metody odnowy przewodu jest kierowanie się tylko
kryterium ekonomicznym inwestycji - pomijanie kosztoacutew społecznych ponoszonych przez
mieszkańcoacutew Negatywny wpływ na społeczeństwo mają zaburzenia komunikacyjne
wywołują min obniżenie aktywności ekonomicznej generowane zanieczyszczenia i ogoacutelnie
zagrożenie dla zdrowia ludzi i środowiska naturalnego
UWAGA Koszty społeczne w przypadku metod tradycyjnych mogą być poroacutewnywalne do
kosztoacutew inwestycyjnych a w przypadku metod bezwykopowych są zazwyczaj mniejsze
106 EKSPLOATACJA SIECI KANALIZACYJNYCH
1061 WYMIAROWANIE PŁUCZEK KANAŁOWYCH
Sieci kanalizacyjne w terenach płaskich ilub o bardzo małych spadkach dna kanałoacutew
(nawet o ik lt ik min) a zwłaszcza o małych średnicach i wypełnieniach wymagają częstego
płukania w celu usunięcia zawiesin wytrącających się ze ściekoacutew i odkładających się osadoacutew
na dnie kanałoacutew Kanały mogą być płukane
wodą wodociągową ndash ze specjalnych zbiornikoacutew (studzienek) zwanych płuczkami
ściekami ndash z innych kanałoacutew (sterowanie poprzez klapy i zastawki piętrzące)
wodąpłynem z wozoacutew asenizacyjnych (ciśnieniowo)
Płukanie kanałoacutew polega na wytworzeniu fali płuczącej poruszającej się cieczy z dużą
prędkością najczęściej υ gt 10 m tj większą niż prędkość samooczyszczania się kanałoacutew
Płuczki kanałowe umieszcza się na końcoacutewkach sieci lub centralnie jako zbiorniki
podziemne (o objętości od kilku do kilkudziesięciu m3) Płuczki zasilane są najczęściej wodą
wodociągową głoacutewnie ze względoacutew praktycznych ndash sanitarnych Mogą być też zasilane
wodą drenażową opadową czy też ściekami Studzienki płuczące jako zbiorniki do płukania
kanałoacutew lokalizuje się najczęściej w najwyżej położonych punktach sieci
Rys 1058 Schemat płuczki kanałowej (sterowanej ręcznie)
Objętość cieczy V (w m3) niezbędną do przepłukania danego odcinka kanału oblicza
się ze wzoru Hansena [1 2]
2
2
2
1
2 )(40
km iiLAV (1021)
gdzie
KANALIZACJA I
124
A - powierzchnia przekroju poprzecznego płukanego kanału m2
L - zasięg płukania (zasięg fali płuczącej) 100divide200 m
ik - spadek dna kanału permil
im - spadek miarodajny linii energii permil
2321
)( hmm Rn
i (1022)
υm - prędkość miarodajna ms
2
1
2
2
2
12 3050)ln1(
m
(1023)
υ1 - prędkość początkowa (maksymalna) υ1 = 075 gh2 ms
h - wysokość ciśnienia roacutewna wysokości cieczy w płuczce m
υ2 - minimalna prędkość płukania υ2 = 08 ms
n - wspoacutełczynnik szorstkości kanału sm13
Płuczki zaopatrzone są często w urządzenia do automatycznego działania jak np
płuczka lewarowa czy płuczka z naczyniem wywrotnym - opis działania podano w [1 2]
Rys 1059 Schemat ideowy płuczki automatycznej - lewarowej
Rys 1060 Schemat ideowy płuczki automatycznej - z naczyniem wywrotnym
1062 ROZMIESZCZANIE PŁUCZEK KANAŁOWYCH
Odcinki kanałoacutew wykonanie z przyczyn technicznych (np kolizji z istniejącym
uzbrojeniem terenu) o spadku dna ik mniejszym niż dopuszczalny hydraulicznie ikmin wymagają częstego płukania (3divide6 razy na dobę) Efektywny zasięg fali płuczącej jest
ograniczony zwykle do 100divide200 m Dłuższe odcinki wymagają rozmieszczenia kilku płuczek
na trasie kanału gdy ik lt ikmin
Rys 1062 Schematyczne rozmieszczenie płuczek na trasie kanału
ułożonego z nieodpowiednim hydraulicznie spadkiem dna ik lt ik min
Przykłady sytuowania płuczek kanałowych w tzw punktach węzłowych sieci tj
połączeń kilku kanałoacutew sterowanych zasuwami bądź zastawkami do przemiennego płukania
określonych odcinkoacutew kanałoacutew podano na rysunkach w [1 2]
KANALIZACJA I
125
Rys 1064 Przykładowe lokalizacje płuczek kanałowych w węzłach sieci (P ndash płuczka)
1063 STOSOWANIE PŁUCZEK I KANAŁOacuteW PŁUCZĄCYCH
Kanały płuczące w komunalnych systemach kanalizacyjnych stosowane są sporadycznie
ze względu na wysokie koszty budowy Na rysunkach 1067divide1069 przedstawiono 3
przykłady rozwiązań koncepcyjnych płukania sieci kanalizacyjnych w zależności od spadkoacutew
terenu przy łącznym stosowaniu płuczek i kanałoacutew płuczących
Rys 1067 Wariat płukania sieci kanalizacyjnej 2 płuczkami i 2 kanałami płuczącymi
Rys 1068 Wariant płukania sieci kanalizacyjnej 3 płuczkami
Rys 1069 Wariant płukania sieci kanalizacyjnej płuczką z kanałem płuczącym
KANALIZACJA I
126
107 ETAPY I ZAWARTOŚĆ TEMATYCZNA OPRACOWAŃ PROJEKTOWYCH
Zgodnie z art 5 ust 3 Ustawy z 12 września 2002 r o normalizacji (DZ U Nr 169 poz
1386) stosowanie Polskich Norm (PN) jest bdquodobrowolnerdquo podobnie też Norm Europejskich
(EN) w tym tzw zharmonizowanych PN-EN a także Norm Międzynarodowych (ISO)
Rangę prawną mają np ustawy czy rozporządzenia do ustaw Norma nie jest obecnie aktem
prawnym Nie oznacza to jednak że nie należy je stosować a zwłaszcza zaleceń
wynikających z treści bdquoduchardquo norm jako źroacutedła przepisoacutew pozaprawnych na roacutewni z np
aktualnymi wytycznymi technicznymi projektowania (WTP) czy publikowanymi wynikami z
prac badawczych - odnośnie np metod wymiarowania kanalizacji
Obecny stan prawny nakłada więc na projektantoacutew i wykonawcoacutew obiektoacutew
budowlanych większą odpowiedzialność i obowiązek starannego w tym bezpiecznego
projektowania i wykonywania obiektoacutew ndash zgodnie ze sztuką budowlaną wynikającą z
najnowszej dostępnej wiedzy technicznej (np BAT ndash best available techniques)
Idea ta znajduje zastosowanie min w odniesieniu do nowych metod wymiarowania
systemoacutew odwodnień terenoacutew [1 2 3] - wg zaleceń normy PN-EN 752 Uwzględniono przy
tym najnowsze branżowe propozycje niemieckiego Stowarzyszenia Techniki Ściekowej
(ATV obecnie DWA) oraz postulat Europejskiego Komitetu Normalizacji (CEN)
osiągnięcia w państwach członkowskich Unii Europejskiej daleko idącego ujednolicenia
poziomu wymagań co do ochrony przed wylaniem z systemoacutew odwodnieniowych
Dokumentacje projektowe do budowy nowych systemoacutew kanalizacyjnych czy
modernizacji istniejących sporządza się zwykle etapami w kolejności
Koncepcja Programowo Przestrzenna (KPP) - dawniej nazywana bdquoZałożenia
Techniczno - Ekonomicznerdquo (ZTE)
Projekt Budowlany (PB) - dawniej zwany bdquoProjekt Technicznyrdquo (PT) ndash ogoacutelny
Projekt Budowlany Wykonawczy (PBW) - dawniej bdquoProjekt Technicznyrdquo (PT) ndash
szczegoacutełowy
Przykładowy zakres dokumentacji technicznej odnośnie systemu kanalizacyjnego
jednostki osadniczej (w etapach KPP PB lub PBW) obejmuje
1 Opis uwarunkowań sytuacyjno-wysokościowych terenu i odbiornikoacutew ściekoacutew
2 Wyboacuter systemu kanalizacyjnego pod kątem wymagań ochrony środowiska
rozdzielczy - w przypadku budowy nowych sieci
poacutełrozdzielczy - w przypadku modernizacji istniejącej sieci rozdzielczej
ogoacutelnospławny - istniejący w przypadku braku możliwości przebudowy
3 Koncepcja rozplanowania sieci i obiektoacutew
kanałoacutew bocznych (zwykle na dużych spadkach terenu)
kolektoroacutew (na małych spadkach terenu)
lokalizacja obiektoacutew odciążających separatoroacutew przelewoacutew burzowych
zbiornikoacutew retencyjnych regulatoroacutew przepływu ściekoacutew pompowni itp)
lokalizacja wylotoacutew ściekoacutew deszczowych czy zmieszanych do odbiornikoacutew wraz
z urządzeniami do ich podczyszczania
lokalizacja oczyszczalni ściekoacutew wraz ze strefą ochronną
2 Bilans ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
5 Określanie powierzchni zlewni cząstkowych dopływu ściekoacutew do kanałoacutew
bytowo-gospodarczych i przemysłowych (czy ogoacutelnospławnych)
deszczowych
6 Obliczenia hydrauliczne sieci z doborem średnic spadkoacutew i zagłębień kanałoacutew
KANALIZACJA I
127
7 Wymiarowanie i projekty technologiczne obiektoacutew sieciowych (separatoroacutew
przelewoacutew burzowych zbiornikoacutew retencyjnych osadnikoacutew syfonoacutew płuczek
kanałowych pompowni oczyszczalni ściekoacutew itp) w tym projekty branżowe
8 Plan sieci kanalizacyjnej z obiektami
9 Profile kolektoroacutew i kanałoacutew z obiektami
10 Opis techniczny rozwiązań projektowych wraz z częścią kosztorysową i towarzyszącą
zgodnie z aktualnymi wymogami prawa [1 2 3]
Wzory tabelek rysunkowych do ćwiczeń projektowych i dyplomoacutew z kanalizacji
A Tabelka na mapy profile schematy hellip
Temat pracyprojektu
(np) ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z KANALIZACJI 2
Tytuł rysunku
(np) PLAN SYTUACYJNY SIECI KANALZACYJNEJ
Funkcja Tytuł imię i nazwisko Nr uprawnień Data Podpis
Projektant helliphellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphellip - 10012020 r helliphelliphellip
Sprawdzający helliphellip helliphelliphellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphellip 10012020 r helliphelliphellip
Wydział Katedra PWr
W07 K42
Stadium
KPP
Skala
(np) 12500
Nr rys
X
B Tabelka na rysunki obiektoacutew ndash z wyszczegoacutelnieniem i opisem elementoacutew (UWAGA Wymiarowanie obiektoacutew budowlanych - w cm )
hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphellip
1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphellip
Nr Nazwa elementu Ilość Wymiar materiał Katalog norma
Temat pracyprojektu
(np) PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA (lub) MAGISTERSKA
Tytuł rysunku
(np) PROJEKT STUDZIENKI POŁĄCZENIOWEJ NR hellip
Funkcja Tytuł imię i nazwisko Nr uprawnień Data Podpis
Projektant hellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphellip - 10012020 r helliphelliphellip
Sprawdzający helliphellip helliphelliphellip helliphelliphellip helliphelliphelliphellip 10012020 r helliphelliphellip
WydziałKatedra PWr
W07 K42
Stadium
KPP (lub) PB
Skala
(np) 150
Nr rys
Y
Dziękujemy za dotrwanie do końca
KANALIZACJA I
4
1 WPROWADZENIE
Pojęcie bdquoKANALIZACJArdquo oznacza
zespoacuteł budowli inżynierskich czyli system - do spełniania określonych celoacutew
naukę stosowaną - o projektowaniu budowie i eksploatacji sieci oraz obiektoacutew do
odprowadzania oraz unieszkodliwiania ściekoacutew tj woacuted zużytych i opadowych
Cele kanalizacji na terenach zurbanizowanych (osadniczych) to [1 2 3]
1) Utrzymanie warunkoacutew higienicznych (czyli sanitarnych) przez zbieranie i odprowadzanie
ściekoacutew do oczyszczalni gdzie następuje ich unieszkodliwienie
2) Zapobieganie szkodom związanym z zalewaniem bądź podmakaniem terenoacutew i obiektoacutew
3) Zapewnienie przejezdności powierzchni komunikacyjnych np jezdni przejść pieszych w
tym podziemnych (woda co najwyżej do poziomu krawężnikoacutew)
Utrzymanie warunkoacutew higienicznych (cel 1) jest głoacutewnym i pierwotnym celem
kanalizacji jednostek osadniczych Problemy higieniczne wynikają głoacutewnie z obecności
zanieczyszczeń mikrobiologicznych w składzie ściekoacutew bytowo-gospodarczych związanych
z życiem i działalnością ludzi a także niekorzystnego wpływu na środowisko w tym na
trwałość kanałoacutew składu fizyczno-chemicznego ściekoacutew przemysłowych
Cele 2 i 3 dotyczą zwłaszcza woacuted opadowych tj deszczowych i roztopowych Z
punktu widzenia ochrony środowiska wody opadowe zbierane kanalizacją z uszczelnionych
powierzchni terenoacutew zurbanizowanych są ściekami Roacutewnolegle do postulatu sanitarnego
cele te zyskały na znaczeniu wraz ze wzrostem gęstości i wartości zabudowy oraz
intensyfikacji wykorzystywania powierzchni terenoacutew na cele komunikacyjne
Co nas czeka w przyszłości - kilka faktoacutew i prognoz [2]
TEZA Wzrost średniej rocznej temperatury powietrza wywołuje zwiększoną cyrkulację
wody w cyklu hydrologicznym i nasilenie się występowania ekstremalnych zjawisk
pogodowych jak susze powodzie trąby powietrzne
DOWODY
bull W Warszawie na przestrzeni 232 lat (1779-2010) zarejestrowano wzrost temperatury
powietrza o 16oC (tj 007oC na dekadę)
- wg VI Raport Rządowy RP dla Konferencji Stron Ramowej Konwencji NZ w sprawie zmian klimatu
Warszawa 2013
bull Globalny wzrost temperatury w latach 1960-2005 wynioacutesł 074oC (016oC na dek)
- wg IPCC 2007 The Physical Science Basis Cambridge University Press
bull Na przestrzeni 50 lat (1960-2009) we Wrocławiu nastąpił wzrost intensywności opadoacutew
średnio o około 13 przy malejącym trendzie rocznych sum wysokości
- wg Kaźmierczak B Kotowski A Trendy zmian wysokości i intensywności opadoacutew maksymalnych do
modelowania kanalizacji we Wrocławiu Gaz Woda i Technika Sanitarna 2013 nr 5
PROGNOZY ndash na przyszłość
bull Według prognoz IPCC - opartych na globalnym modelu klimatu w bieżącym stuleciu
temperatura powietrza może się podnieść o dalsze 17oC do nawet 44oC a na każdy
stopień wzrostu temperatury szacuje się globalnie ok 7 wzrost intensywności opadoacutew
- wg Landerink G Meijgaard EV Increase in hourly precipitation extremes beyond expectations from
temperature changes Nature Geosci 2008
KANALIZACJA I
5
bull W bieżącym (XXI) stuleciu poziom moacuterz i oceanoacutew może się podnieść nawet o 10 m -
co zagraża już zalaniem znacznych powierzchni przybrzeżnych
- wg IPCC 2014 Impacts Adaptation and Vulnerability Cambridge University Press
bull Z powodu ocieplenia klimatu zmieni się istotnie struktura opadoacutew w Polsce - w
projekcji na lata 2071-2100 - biorąc za podstawę okres 1951-2009 (wg modelu
klimatycznego dla Europy HadRM3-PRECIS)
- wg Pińskwar I Projekcje zmian w ekstremach opadowych w Polsce Monografia Komitetu Gospodarki
Wodnej Polskiej Akademii Nauk Warszawa 2010
Wspoacutełczesne standardy odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych
Niezawodność działania systemoacutew kanalizacji deszczowej czy ogoacutelnospławnej nie jest
w pełni możliwa do osiągnięcia ze względu na losowy charakter opadoacutew Dążyć należy zatem
do bezpiecznego ich wymiarowania tj gwarantującego osiągnięcie wspoacutełcześnie
wymaganego standardu odwodnienia terenoacutew ktoacutery definiuje się jako przystosowanie
systemu do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych) strumieni woacuted opadowych z
częstością roacutewną dopuszczalnej (akceptowalnej społecznie) częstości wystąpienia wylania
na powierzchnię terenu (tab 11) ndash także w przyszłości [1 2 3]
Tab 11 Zalecane częstości projektowe deszczu obliczeniowego i dopuszczalne częstości wystąpienia
wylania wg PN-EN 7522008 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Rodzaj zagospodarowania terenu
- standard odwodnienia terenu
Częstość wystąpienia
wylania
[1 raz na C lat]
1 na 1 I Tereny pozamiejskie 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
Polska norma - zharmonizowana z europejską normą PN-EN 752 z 2008 roku
ogranicza częstość wylewoacutew z kanalizacji do rzadkich powtarzalności ich występowania
1 raz na 10 lat - w przypadku terenoacutew pozamiejskich (wiejskich) oraz
1 raz na 20 30 lub 50 lat dla terenoacutew miejskich - odpowiednio do rodzaju
zagospodarowania przestrzennego terenu ndash standardu odwodnienia terenu (tab 11)
Najnowsza wersja normy PN-EN 752 z 2017 roku zaleca już roacuteżnicowanie
dopuszczalnej częstości wylewoacutew z kanałoacutew w siedmiostopniowej skali wpływu zagrożenia
na środowisko - dla przykładowo zdefiniowanych lokalizacji (tab 11a) W szczegoacutelności
dopuszcza częstsze wylewy ndash na terenach pozamiejskich (C le 10 lat) ale także rzadsze
wylewy - na terenach mieszkaniowych (dla budynkoacutew podpiwniczonych C = 30 lat)
Tab 11a Kryteria zagrożeń oraz dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew wg PN-EN 7522017
Stopień zagrożenia Przykładowe lokalizacje terenoacutew Częstość wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Bardzo mały Drogi lub otwarte przestrzenie z dala od budynkoacutew 1
Mały Tereny rolnicze w zależności od wykorzystania (np
pastwiska grunty orne) 2
Mały do średniego Otwarte przestrzenie wykorzystane do celoacutew publicznych 3
Średni Drogi lub otwarte przestrzenie w pobliżu budynkoacutew 5
Średni do wysokiego Zalania zamieszkanych budynkoacutew z wyłączeniem piwnic 10
Wysoki Głębokie zalania zamieszkanych piwnic lub przejazdoacutew
pod ulicami 30
Bardzo wysoki Infrastruktura krytyczna 50
KANALIZACJA I
6
Do projektowania nowych systemoacutew kanalizacyjnych cytowane normy (PN-EN
75220082017) zalecają przyjmowanie następujących częstości deszczu obliczeniowego
1 raz na rok - dla terenoacutew pozamiejskich
1 raz na 2 5 lub 10 lat dla terenoacutew miejskich
- przy czym nie mogą występować woacutewczas żadne przeciążenia w działaniu systemoacutew
grawitacyjnych (np praca pod ciśnieniem) co jest roacutewnoznaczne z projektowaniem kanałoacutew
na niecałkowite wypełnienia
Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do projektowania odwodnień droacuteg - wg
Rozporządzenia MTiGM z 1999 r podano w tabeli 12
Tab 12 Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do projektowania
odwodnień droacuteg w Polsce - wg Rozporządzenia MTiGM1999
Rodzaj ndash klasa drogi
Częstości projektowe
opadoacutew deszczu
[1 raz na C lat]
Lokalna (L) dojazdowa (D) 1 na 1
Głoacutewna (G) zbiorcza (Z) 1 na 2
Głoacutewna ruchu przyspieszonego (GP) 1 na 5
Autostrada (A) ekspresowa (S) 1 na 10
Ustalenie związku pomiędzy częstością deszczu obliczeniowego i częstością wylania
nie jest jednak możliwe do uogoacutelnienia zwłaszcza na etapie projektowania kanalizacji
Pomocne okazują się tutaj zalecenia niemieckie wg DWA-A 118 z 2006 r wprowadzające
pojęcie częstości nadpiętrzenia do poziomu terenu do obliczeń sprawdzających przy pomocy
modelowania hydrodynamicznego przez co staje się możliwe wyznaczenie stanu
przeciążenia ktoacutery jest najbliższy potencjalnie występującemu w dalszej kolejności wylaniu
Tab 13 Dopuszczalne częstości nadpiętrzenia do obliczeń sprawdzających nowoprojektowanych
bądź modernizowanych systemoacutew kanalizacyjnych wg DWA-A 1182006
Rodzaj zagospodarowania terenu Częstość nadpiętrzenia
[1 raz na C lat]
Tereny wiejskie 1 na 2
Tereny mieszkaniowe 1 na 3
Centra miast tereny usług i przemysłu rzadziej niż 1 na 5
Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp rzadziej niż 1 na 10
Wymiarowanie kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej w Polsce napotyka na
podstawową trudność wynikającą z braku wiarygodnego modelu opadoacutew do określania
miarodajnego natężenia deszczu Dotychczas stosowany wzoacuter Błaszczyka - oparty na opadach
z przełomu XIX i XX wieku (zarejestrowanych przeszło100 lat temu) zaniża bowiem wyniki
obliczeń obecnych natężeń deszczy o rząd 40 Ponadto stosowana dotychczas w Polsce
tzw metoda granicznych natężeń (MGN) dodatkowo redukuje strumień spływu woacuted
opadowych (Qm) w stosunku do innych metod - stosowanych przykładowo w Niemczech
(MWO i MZWS) - w podobnych warunkach hydrologicznych Roacuteżnice obliczanych strumieni
Qm sięgają nawet 100 - na niekorzyść MGN Metoda ta wymagała więc pilnej modyfikacji
co zostało zaproponowane w podręcznikach [1 2 3]
Systemy kanalizacyjne projektowane są zwykle na perspektywę minimum 50divide100 lat Z
powodu systematycznego ocieplania się klimatu w przyszłości wystąpi jeszcze więcej
ekstremalnych zjawisk opadowych prowadzących do tzw powodzi miejskich [2] ktoacutere
powodować będą jeszcze większe niż obecnie straty gospodarcze i społeczne (fot 1divide4)
Uwzględnienie tych prognoz w perspektywie 2100 roku jest niezbędne już dzisiaj do
bezpiecznego wymiarowania wspoacutełcześnie budowanych systemoacutew odwodnień terenoacutew
KANALIZACJA I
7
Fot 1 Warszawa - Trasa Toruńska w dn 9062013 r (httpkontakt24tvn24pl)
Fot 2 Gdańsk - Wrzeszcz w dn 25062013 r (httpnaszafotografiapl)
Fot 3 Wrocław ul Legnicka w dn 27052014 r (httpwwwgazetawroclawskapl)
STAN PRAWNY PROJEKTOWANIA KANALIZACJI w POLSCE
Zgodnie Ustawą z 12 września 2002 roku o normalizacji (Dz U Nr 169 poz 1386)
stosowanie Polskich Norm (PN) jest bdquodobrowolnerdquo podobnie też norm europejskich (EN) w
tym zharmonizowanych (PN-EN) a także norm międzynarodowych (ISO) Rangę prawną
mają ustawy czy rozporządzenia do ustaw Ustawa z 2002 roku dostosowała więc krajową
normalizację do reguł europejskiego systemu prawnego (UE) Dla projektantoacutew
wykonawcoacutew czy eksploatatoroacutew obiektoacutew budowlanych branży sanitarnej (i nie tylko) od
lat przyzwyczajonych do obowiązkowego stosowania polskich norm (w tym branżowych)
jest to istotna zmiana Normy nie są obecnie aktami prawnymi Oznacza to tyle że należy je
traktować jako źroacutedło przepisoacutew pozaprawnych na roacutewni np z aktualnymi wytycznymi
technicznymi projektowania (WTP) czy też publikowanymi wynikami z prac badawczych ndash
odnośnie np nowych metod wymiarowania kanalizacji [1 2 3]
Obecny stan prawny nakłada więc na projektantoacutew i wykonawcoacutew obiektoacutew
budowlanych większą odpowiedzialność tym obowiązek bezpiecznego wymiarowania i
starannego wykonywania inwestycji ndash zgodnie ze sztuką budowlaną wynikającą z najlepszej
dostępnej wiedzy technicznej (BAT ndash Best Available Techniques BMP ndash Best Menagment
Practices LID ndash Law Impact Development ZWT ndash Zasad Wiedzy Technicznej) Idea ta
znajduje zastosowanie w podręcznikach [1 2 3] w odniesieniu do nowych zasad i metod
KANALIZACJA I
8
wymiarowania systemoacutew odwodnień terenoacutew ndash w duchu zaleceń normy PN-EN 752
dostosowanej do postulatu Europejskiego Komitetu Normalizacji (CEN) - ujednolicenia
poziomu wymagań co do ochrony terenoacutew zurbanizowanych przed wylewami z systemoacutew
kanalizacyjnych w państwach UE Uwzględniono przy tym najnowsze branżowe wytyczne
Niemieckiego Stowarzyszenia Gospodarki Wodnej Ściekowej i Odpadowej wg ATV-A 110
DWA-A 117 i DWA-A 118 czy też zalecenia Krajowego Urzędu ds Środowiska Bawarii wg
Merkblatt Nr 433 i Merkblatt Nr 439
Na podstawie doniesień literaturowych odnośnie prognozowanego wzrostu
intensywności opadoacutew w perspektywie 2100 roku zaproponowano podjęcie już dzisiaj
odpowiednich działań zaradczych w tym zaprezentowano scenariusze opadoacutew do
modelowania przeciążeń kanałoacutew w przyszłości ndash stosowane już w wielu krajach
europejskich - dla zachowania obecnych standardoacutew odwodnień terenoacutew (tab 11divide13) także
w przyszłości
W II wydaniu podręcznika Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenoacutew
(z 2015 r) przedstawiono aktualne podstawy bezpiecznego projektowania grawitacyjnych
systemoacutew (tj sieci i obiektoacutew) kanalizacyjnych w Polsce
tom I dotyczy metod wymiarowania sieci kanalizacyjnych [2]
tom II ndash dotyczy obiektoacutew specjalnych takich jak przelewy burzowe separatory
strumieni objętości zbiorniki retencyjne regulatory hydrodynamiczne czy separatory
sedymentacyjno-flotacyjne [3]
W celu ułatwienia percepcji treści II wydania książki ndash w prezentowanych notatkach
do wykładoacutew zachowano oryginalną numerację rysunkoacutew tabel i wzoroacutew jak w [2 3]
(Wydaw Seidel-Przywecki Warszawa 2015) - dostępne na
wwwandrzejkotowskipl
II wydanie książki zawiera uaktualnienie i rozszerzenie treści - względem I wydania z
2011 r [1] min o
charakterystykę niekonwencjonalnych systemoacutew kanalizacyjnych
zagrożenia dla infrastruktury miast wywoływane zmianami klimatu w przyszłości
zasady kalibracji i walidacji modeli hydrodynamicznych zjawiska opad-odpływ
przykłady modelowania przeciążeń hydraulicznych w kanalizacji deszczowej
zasady projektowania i metody wymiarowania przepompowni sieciowych ściekoacutew
najnowsze wytyczne techniczne wymiarowania (WTW) systemoacutew kanalizacyjnych
bezpieczną metodę obliczania objętości użytkowej zbiornikoacutew retencyjnych ściekoacutew
Podręczniki [1 2 3] adresowane są do studentoacutew i pracownikoacutew naukowych wyższych
uczelni technicznych i rolniczych a także do projektantoacutew wykonawcoacutew i eksploatatoroacutew
systemoacutew usuwania ściekoacutew oraz zagospodarowania spływoacutew woacuted deszczowych miast i
gmin
2 OGOacuteLNA CHARAKTERYSTYKA SYSTEMOacuteW
KANALIZACYJNYCH
21 RYS HISTORYCZNY ROZWOJU KANALIZACJI
Bliski Wschoacuted Na najstarsze ślady starożytnych przewodoacutew wodnych natrafiono w
Syrii (dawniej Asyria) gdzie już ok 3500 lat pne w miejscowości Habuba Kabira nad
brzegiem Eufratu istniała rozwinięta cywilizacja Znaleziono tam ślady przewodoacutew o
przekroju kołowym z rur ceramicznych (łączonych na bdquobosy koniec-kielichrdquo) lub
prostokątnym układanych z kamieni i cegieł doprowadzających wodę pitną bądź
odprowadzających wody opadoweścieki (rys 21)
KANALIZACJA I
9
Rys 21 Historyczne sposoby budowy przewodoacutew i kanałoacutew wodnych
Historia budowy i rozwoju systemoacutew odwodnień terenoacutew (kanalizacji) sięga 3000 lat
przed narodzeniem Chrystusa Przykładowo w Babilonie stosowano już woacutewczas drenaże i
studnie chłonne do odprowadzania woacuted deszczowych z dachoacutew czy utwardzonych placoacutew i
ulic do gruntu
W Egipcie w grobowcu z ok 2700 r pne w miejscowości Saqquara przy ujściu Nilu
odkryto pierwszą bdquotoaletęrdquo ndash bdquoprzeznaczonąrdquo dla zmarłych Około roku 2500 r pne w
miastach Mezopotamii budowane były już pierwsze sieci kanałoacutew do odprowadzania ściekoacutew
z toalet domowych spłukiwanych wodą - do dołoacutew kloacznych Kanały były budowane z rur
miedzianych
Europa Początki rozwoju systemoacutew kanalizacyjnych w starożytnym Rzymie sięgają
VIII do VII wieku pne Około 610 roku pne zaczęto budować głoacutewny kanał ściekowy
zwany bdquoCloaca Maximardquo ktoacutery funkcjonuje do dzisiaj (wymiar odcinka końcowego 31541
m) Początkowo służył do odprowadzania woacuted deszczowych a poacuteźniej i ściekoacutew bytowych
Retencjonowano też wody deszczowe w zbiornikach zwanych cysternami Powstanie
nowoczesnych systemoacutew kanalizacyjnych w Europie - z oczyszczaniem ściekoacutew włącznie
wiązało się z tzw rewolucją przemysłową i burzliwym rozwojem miast w w XIX wieku
Wybuch epidemii cholery w 1831 r zdecydowanie przyspieszył ten proces
Polska Początki rozwoju kanalizacji na ziemiach polskich sięgają XIV wieku ndash
Gdańsk Krakoacutew Kamieniec Bolesławiec Reszel i inne Przykładowo na Dolnym Śląsku w
Bolesławcu od 1531 roku ścieki komunalne odprowadzane były nie do rzeki Boacutebr lecz na
łąki w celu ich rolniczego wykorzystania (naturalny nawoacutez) a jednocześnie
unieszkodliwiania (oczyszczania) System eksploatowany był do początku XX wieku W
Reszlu natomiast pozostają nadal w eksploatacji kanały bdquokrzyżackierdquo stanowiące istotny
element systemu kanalizacyjnego miasta Pierwsze bdquokompleksowerdquo systemy kanalizacyjne na
ziemiach polskich powstały w Gdańsku (1871) we Wrocławiu (1881-90) i w Warszawie
(1900 - inż Lindley) Zaczęto też wprowadzać coraz powszechniej w większych miastach
tzw klozety wodne - bdquoWCrdquo
Jak uczy historia cywilizacji powinniśmy dążyć wspoacutełcześnie do projektowania i
budowy systemoacutew kanalizacyjnych w taki sposoacuteb - stosując odpowiednie metody
obliczeniowe oraz materiały i technologie - aby mogły one sprawdzać się w działaniu za 100 i
więcej lat
22 RODZAJE I POCHODZENIE ŚCIEKOacuteW
Ścieki - definiowane jako wody zużyte odprowadzane przez kanalizację zbierane są z
gospodarstw domowych (budownictwo jedno- i wielorodzinne)
obiektoacutew użyteczności publicznej i zakładoacutew usługowych (biur urzędoacutew instytucji
szkoacuteł szpitali sklepoacutew myjni pralni basenoacutew kąpielowych itp)
zakładoacutew przemysłowych i rzemieślniczych
Ścieki powstają w wyniku wykorzystania wody wodociągowej lub z własnych ujęć na
cele
spłukiwania fekalioacutew - w ubikacjach (WC)
higieniczne - związane z myciem się kąpielami itp
KANALIZACJA I
10
gospodarcze - związane z praniem bielizny przygotowywaniem posiłkoacutew
utrzymaniem czystości pomieszczeń itp
technologiczno-produkcyjne - związane z przetwarzaniem surowcoacutew wytwarzaniem
żywności produkcją wyroboacutew itp
Ze względu na skład fizyko-chemiczny ścieki można podzielić na
ścieki bytowo-gospodarcze nazywane też bytowymi (a w żargonie inżynierskim
bdquosanitarnymirdquo) pochodzące z gospodarstw domowych zakładoacutew usługowych i
obiektoacutew użyteczności publicznej
ścieki przemysłowe zwane też poprodukcyjnymi pochodzące z zakładoacutew
przemysłowych i rzemieślniczych
Odrębne grupy stanowią
ścieki opadowe (deszczowe i roztopowe) pochodzące z opadoacutew deszczu bądźi
topnienia śniegu czy lodu - spłukujące zanieczyszczenia z uszczelnionych powierzchni
zlewni po okresach tzw suchej pogody (pogody bezopadowej bezdeszczowej)
ścieki ogoacutelnospławne (komunalne) będące najczęściej mieszaniną ściekoacutew bytowo-
gospodarczych przemysłowych woacuted podziemnych (infiltrujących do kanałoacutew przez
nieszczelności) oraz ściekoacutew opadowych
23 KLASYFIKACJA SYSTEMOacuteW USUWANIA ŚCIEKOacuteW
Kanalizacja to zespoacuteł urządzeń - czyli system (sieci i obiekty) do zbierania i
odprowadzania ściekoacutew i woacuted opadowych z terenoacutew zurbanizowanych i przemysłowych do
oczyszczalni gdzie następuje ich unieszkodliwienie Elementy składowe systemu
kanalizacyjnego jako całości to [1 2]
kanalizacja wewnętrzna (instalacje wewnętrzne) - w budynkach z przyborami
sanitarnymi (WC wanny umywalki natryski wpusty podłogowe itp)
kanalizacja zewnętrzna
sieć osiedlowa lub zakładowa (komunalna prywatna wspoacutelnotowa)
sieć zbiorcza miejska (komunalna)
specjalne obiekty sieciowe (pompowanie zbiorniki retencyjne przelewy burzowe
separatory syfony)
oczyszczalnie ściekoacutew
Kanalizację zewnętrzną można podzielić według następujących kryterioacutew
A Strumienia odprowadzanych ściekoacutew
pełna - wszystkie rodzaje ściekoacutew
częściowa - np tylko ścieki bytowo-gospodarcze
mieszana - fragmentami pełnaczęściowa
B Zasięgu terytorialnego
lokalna - osiedlowa zakładowa wspoacutelnotowa
miejska - całe miasto
grupowa - kilka miast wsi
C Konstrukcji kanałoacutew
kryta - podziemna
otwarta - powierzchniowa (rowy koryta)
mieszana
D Sposobu przepływu ściekoacutew
grawitacyjna
KANALIZACJA I
11
ciśnieniowa (pneumatyczna lub hydrauliczna)
podciśnieniowa (proacuteżniowa)
mieszana
E Rodzaju odprowadzanych ściekoacutew
bytowo-gospodarcza (ściekowa w żargonie bdquosanitarnardquo)
przemysłowa
deszczowa
ogoacutelnospławna (wszystkie rodzaje ściekoacutew)
F Funkcjonowania systemu
ogoacutelnospławna (jednoprzewodowa)
rozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa)
poacutełrozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa)
bezodpływowa (szamba i wozy asenizacyjne)
odciążona (szamba i sieć zbiorcza)
mieszana (fragmentami roacuteżna sieć)
Budowane obecnie systemy usuwania ściekoacutew można ogoacutelnie podzielić na
konwencjonalne - o grawitacyjnym przepływie ściekoacutew
niekonwencjonalne - o przepływie wymuszonym pod- bądź nadciśnieniem
mieszane - fragmentami konwencjonalne i niekonwencjonalne
Rys 22 Generalny podział systemoacutew kanalizacyjnych - ze względu na przepływ ściekoacutew
Rys 23 Szczegoacutełowy podział systemoacutew kanalizacyjnych - ze względu na warunki działania
Kanalizacja Konwencjonalna (tradycyjna)
Niekonwencjonalna
(specjalna)
Mieszana
oparta na grawitacyjnym przepływie
ściekoacutew - ze swobodną powierzchnią
przy ciśnieniu barometrycznym
oparta na wymuszonym przepływie
ściekoacutew - podciśnieniem bądź
nadciśnieniem
fragmentami kanalizacja
konwencjonalna i fragmentami niekonwencjonalna
Kanalizacja
konwencjonalna
Grawitacyjna Grawitacyjno-
pompowa
Kanalizacja niekonwencjonalna
Nadciśnieniowa (tłoczna)
Podciśnieniowa
(proacuteżniowa)
Pneuma-
tyczna Hydrauliczna
(pompowa)
Dwu
przewo-
dowa
Jedno
przewo-
dowa
KANALIZACJA I
12
24 KANALIZACJA KONWENCJONALNA
Kanalizacja grawitacyjna tj działająca pod wpływem siły ciążenia stosowana jest
powszechnie od zarania rozwoju inżynierii sanitarnej Grawitacyjne systemy usuwania
ściekoacutew stają się w chwili obecnej rozwiązaniem coraz bardziej kosztownym zwłaszcza w
płaskim terenie o rozległej i luźnej zabudowie rozwijających się wciąż aglomeracji miast
Wynika to min ze znacznych kosztoacutew budowy kanałoacutew - na głębokościach dochodzących
nawet do 6divide8 m Przykładowo dla minimalnego spadku dna kanału imin = 1permil wymagane
przegłębienie kanału wynosi 1 m na 1 km długości
Rys 24 Schemat (a) i profil (b) kanalizacji grawitacyjnej z pompownią pośrednią
(kanalizacja grawitacyjno-pompowa)
W dążeniu do zmniejszenia kosztoacutew budowy kanalizacji zaczęto już na przełomie XIX i
XX wieku stosować pośrednie pompownie ściekoacutew wyposażone początkowo w pompy
tłokowe z napędem parowym następnie gazowym (ok 1900 r) i elektrycznym (1920) ktoacutere
umożliwiły podniesienie dna kanału za pompownią do rzędnej wynikającej z możliwego -
minimalnego zagłębienia kanału (rys 24) Pośrednie pompownie ściekoacutew nie zmniejszają
jednak w zasadniczy sposoacuteb kosztoacutew budowy systemoacutew grawitacyjno-pompowych a to
głoacutewnie ze względu na fakt że same są drogie w budowie i eksploatacji Z tych też
względoacutew kanalizacja konwencjonalna należy do najdroższych elementoacutew infrastruktury
podziemnego uzbrojenia terenoacutew zurbanizowanych (miejsko-przemysłowych)
Na terenach wiejskich o luźnej zabudowie przy kryterium gęstości zaludnienia
mniejszej od 120 mieszkańcoacutew na km sieci przyjętym w Polsce (a w Europie lt 150
mieszkańcoacutew na km) stosowane są nadal bezodpływowe zbiorniki ściekoacutew (szamba)
oproacuteżniane wozami asenizacyjnymi bądź też budowane są oczyszczalnie bdquonaturalnerdquo - z
drenażem rozsączającym ścieki do gruntu Obecnie ciecz nadosadową z szamb proponuje się
odprowadzać tzw odciążoną - małośrednicową (do 100 mm) kanalizacją grawitacyjną do
lokalnych oczyszczalni ściekoacutew bądź też stosować kanalizację niekonwencjonalną
nadciśnieniową lub podciśnieniową [1 2] Układy takie wymagają jednak częstego płukania
kanałoacutew w tym wodą z hydrantoacutew pożarowych Ogoacutelnie są drogie w eksploatacji
25 KANALIZACJA NIEKONWENCJONALNA
Już na początku XX wieku w oparciu o nowe możliwości techniczne zaczęły pojawiać
się roacuteżnego rodzaju koncepcje konstruowania sieci kanalizacyjnych o przepływie
wymuszonym - w przewodach zamkniętych z wykorzystaniem nad- lub podciśnienia jako
KANALIZACJA I
13
czynnikoacutew do transportu ściekoacutew Praktycznie możliwość stosowania kanalizacji
ciśnieniowej (tzw tłocznej) bądź podciśnieniowej (tzw proacuteżniowej) zaistniała dopiero z
końcem lat sześćdziesiątych dzięki opracowaniu na zachodzie Europy i w USA konstrukcji
małych i niezawodnych urządzeń do usuwania ściekoacutew łącznie z zawartymi w nich ciałami
stałymi Urządzenia te instalowane na poszczegoacutelnych posesjach usuwają okresowo
zbierane w zbiornikach ścieki do przewodu kanalizacyjnego ułożonego na niewielkiej
głębokości Dostępność tych urządzeń powoduje że kanalizacja niekonwencjonalna staje się
coraz częściej rozwiązaniem alternatywnym do układoacutew konwencjonalnych (grawitacyjnych)
Zastosowanie kanalizacji niekonwencjonalnej uzasadnione jest zwłaszcza gdy
spadek terenu jest bliski zeru
występuje wysoki poziom woacuted podziemnych
są trudne warunki fundamentowe (np podłoże skaliste)
zabudowa ma charakter pasmowy o małej gęstości zaludnienia
odpływ ściekoacutew jest sezonowy (kempingi)
Kanalizacja niekonwencjonalna ma następujące zalety
lepiej spełnia warunki sanitarne i zasady ochrony środowiska bowiem ze względu na
wymaganą szczelność przewodoacutew kanalizacyjnych wykluczona jest zaroacutewno
eksfiltracja ściekoacutew do gruntu jak i infiltracja woacuted podziemnych do kanałoacutew co
prowadzi do zmniejszenia wymiaroacutew i kosztoacutew oczyszczalni ściekoacutew
możliwe jest płytkie układanie przewodoacutew ściekowych - bdquoroacutewnoleglerdquo do powierzchni
terenu (na głębokościach poroacutewnywalnych z przewodami wodociągowymi) co
przyczynia się do znacznego skroacutecenia czasu i kosztoacutew realizacji inwestycji (poprzez
zmniejszanie objętości roboacutet ziemnych eliminację odwodnienia wykopoacutew itp)
uzyskuje się dość istotne zmniejszenie średnic kanałoacutew (przewodoacutew ściekowych)
wskutek większych prędkości przepływu (pełnym przekrojem) co przyczynia się do
zmniejszenia kosztoacutew budowy sieci
łatwe jest rozwiązywanie kolizji z innymi instalacjami uzbrojenia podziemnego terenu
(analogicznie jak w przypadku sieci wodociągowej)
strumień ściekoacutew w stosunku do kanalizacji konwencjonalnej (grawitacyjnej)
zmniejsza się nawet o 50 wskutek min braku infiltracji woacuted podziemnych oraz
woacuted deszczowych z tzw dzikich (lub błędnych) podłączeń czy też dopływających
przez otwory wentylacyjne we włazach studzienek
Kanalizacja niekonwencjonalna ma roacutewnież wady w stosunku do tradycyjnego -
grawitacyjnego sposobu odprowadzania ściekoacutew mianowicie
większą zawodność działania ze względu na możliwość awarii elementoacutew
mechanicznych i elektrycznych w tym automatyki mogących prowadzić do skażenia
środowiska
konieczność ciągłego i niezawodnego dostarczania zmiennego w czasie strumienia
energii elektrycznej
konieczność dokonywania regularnych przeglądoacutew i konserwacji urządzeń przez
wykwalifikowanych pracownikoacutew - generalnie znacznie droższa w eksploatacji
Ponadto kanalizacja niekonwencjonalna ma jak dotychczas ograniczony zasięg
działania limitowany min
wysokością ciśnienia w sieci ndash w praktyce do 04 MPa w przypadku systemu
tłocznego co ogranicza jego zastosowanie do dzielnic mieszkaniowych czy zakładoacutew
wysokością podciśnienia w sieci ndash w praktyce do 006 MPa w przypadku systemu
proacuteżniowego co ogranicza jego zasięg działania do ok 2 km wokoacuteł centralnej stacji
proacuteżniowej (CSP) i liczbę mieszkańcoacutew objętych systemem do ok 1500 Mk
KANALIZACJA I
14
251 CHARAKTERYSTYKA KANALIZACJI CIŚNIENIOWEJ
Częściej stosowana jest obecnie kanalizacja nadciśnieniowa zwana potocznie
ciśnieniową składa się z
wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych (w budynkach)
urządzeń zbiornikowo-tłocznych typu pneumatycznego bądź hydraulicznego
(pompowego)
ciśnieniowych przyłączy domowych i przewodoacutew sieci zewnętrznych
pneumatycznych stacji do płukania bądź przewietrzania przewodoacutew (PSP)
oczyszczalni ściekoacutew
Rys 25 Schematy ideowe kanalizacji ciśnieniowej typu pompowego (po lewej) oraz typu
pneumatycznego (po prawej) a) sytuacja terenowa b) profil podłużny
Wewnętrzne instalacje kanalizacyjne budowane są analogicznie jak w kanalizacji
konwencjonalnej (grawitacyjnej) Elementem dodatkowym jest często osobny przewoacuted
wentylacyjny wyprowadzony ponad połać dachową służący do na- i odpowietrzania
urządzenia zbiornikowo-tłocznego
Urządzenia zbiornikowo-tłoczne pełnią funkcję miniaturowych pompowni ściekoacutew
co zgodnie z ideą kanalizacji ciśnieniowej umożliwia ich stosowanie nawet w najmniejszych
obiektach - budynkach jednorodzinnych Urządzenia te mogą być instalowane zaroacutewno w
piwnicach budynkoacutew jak i na zewnątrz bezpośrednio w gruncie z zachowaniem
odpowiedniego przykrycia gruntem (rys 25) Produkowane obecnie zblokowane urządzenia
zbiornikowo-tłoczne mają rozmaite rozwiązania konstrukcyjne spośroacuted ktoacuterych można
wyroacuteżnić 2 zasadnicze typy
pneumatyczne - oparte na zasadzie wytłaczania ściekoacutew sprężonym powietrzem z
ciśnieniowego zbiornika zamkniętego
hydrauliczne (pompowe) - wyposażone w pompę śrubową sprzęgniętą wspoacutelnym
wałem z rozdrabniarką umieszczone w zbiorniku - bezciśnieniowym
Niezależnie od konstrukcji urządzenia zbiornikowo - tłoczne umieszcza się poniżej
wylotu wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych dla umożliwienia ich grawitacyjnego
napełniania się Urządzenia te pracują okresowo a czynnikiem sterującym ich działanie jest
poziom ściekoacutew w zbiorniku wyroacutewnawczym W kanalizacji ciśnieniowej stosuje się też
pompownie ściekoacutew budowane według klasycznych schematoacutew - wyposażone w pompy
zatopione w ściekach o konstrukcji odpornej na zapychanie się (wirniki odpowiedniego
KANALIZACJA I
15
kształtu kraty bądź kosze na zanieczyszczenia na dopływie) bądź też wyposażone w
rozdrabniarki Ostatnio zaleca się do stosowania tzw tłocznie ściekoacutew tj pompownie
ściekoacutew zblokowane z urządzeniami do separacji ciał stałych (tzw pompownie sitowe)
Transport zanieczyszczeń grubo dyspersyjnych typu włoacuteknistego (np tekstylia
produkty stosowane do wyroboacutew środkoacutew higieny osobistej) stwarza problemy
eksploatacyjne ndash zapychanie się wirnikoacutew pomp prowadzące do awarii W tłoczniach
ściekoacutew bytowo-gospodarczych na dopływach do zbiornikoacutew retencyjnych pomp instaluje
się osadniki wyposażone w kraty i zawory zwrotne w celu niedopuszczania do pomp
zanieczyszczeń grubych Do zbiornikoacutew retencyjnych pomp dopływają tylko bdquopodczyszczone
ściekirdquo ktoacutere są następnie wytłaczane przez pompy a tłoczone ścieki przepływają przez
osadnik i płuczą go z zanieczyszczeń grubo dyspersyjnych (zwykle brak zagniwania ściekoacutew
w zbiorniku retencyjnym pompowni) Przykład tłoczni ściekoacutew podano na rysunku 251
Rys 251 Przykładowa tłocznia ściekoacutew (1 - pompa 2 ndash złącze 3 ndash prowadnice montażowe pompy
4 - krata 5 ndash dopływ ściekoacutew 6 - zawoacuter zwrotny kulowy 7 ndash osadnik 8 ndash kolano rewizyjne 9 ndash
przewoacuted tłoczny 10 ndash klapa zwrotna)
Studnie zbiorcze pompowni czy też tłoczni ściekoacutew powinny mieć odpowiednią
pojemność buforową na wypadek zaniku zasilania elektrycznego lub awarii pomp Wg ATV
A-116 pojemność ta wynosić powinna co najmniej 30 dm3 na mieszkańca i dobę
Sieć ciśnieniowych przewodoacutew kanalizacyjnych budowana jest z założenia jako
rozgałęźna Stosowane są roacutewnież układy z pozoru bdquoobwodowe - pierścieniowerdquo ktoacutere
umożliwiają jedynie okresową zmianę kierunku przepływu ściekoacutew co zwiększa
niezawodność systemu Zmiany kierunku przepływu ściekoacutew odbywają się okresowo
poprzez zamykanie i otwieranie odpowiednich zasuw działowych Tak więc z pozoru sieć
bdquopierścieniowardquo jest tutaj nadal siecią rozgałęźną ndash sterowaną (rys 25)
Pneumatyczne stacje płuczące (PSP) Doświadczenia wskazują na celowość
instalowania na końcoacutewkach sieci bądź w tzw węzłach newralgicznych urządzeń
płuczących ndash zwykle przedmuchujących sieć sprężonym powietrzem (kilka razy w ciągu
doby głoacutewnie w godzinach nocnych) Przedmuchiwanie ktoacutere trwa zwykle od 5 do 10 minut
poza tym że usuwa osady oraz skraca czas przebywania ściekoacutew w sieci natlenia je i usuwa
H2S i siarczki PSP wyposażone są w sprężarki (kompresory) ze zbiornikami powietrza
Lokalizuje się je pod ziemią bądź w budynkach wolnostojących
252 CHARAKTERYSTYKA KANALIZACJI PODCIŚNIENIOWEJ
Idee daleko posuniętej oszczędności zużycia wody a także minimalizacji kosztoacutew
oczyszczania ściekoacutew (np na statkach dalekomorskich) doprowadziły do powstania
kanalizacji podciśnieniowej - dwuprzewodowej Oddzielnym przewodem odprowadzane są
KANALIZACJA I
16
ścieki fekalne z WC oraz oddzielnym przewodem pozostałe ścieki - z wanien natryskoacutew
zlewozmywakoacutew itp Zasadą układu dwuprzewodowego jest podział ściekoacutew na silnie
zanieczyszczone ścieki fekalne (z ciałami stałymi) oraz mało stężone pozostałe ścieki i
oddzielne ich oczyszczanie odpowiednio do ich składu wydajnymi technologiami
Podstawową zaletą powyższego systemu jest więc oszczędność wody na spłukiwanie misek
ustępowych
W kanalizacji komunalnej stosowany jest jednoprzewodowy układ (rys 26)
Rys 26 Schemat kanalizacji podciśnieniowej osiedla mieszkaniowego (układ jednoprzewodowy)
Klasyczna miska ustępowa bdquozużywardquo od 5 do 10 litroacutew wody na jedno zadziałanie
zbiornika Miska ustępowa wyposażona w zawoacuter oproacuteżniający - sterowany podciśnieniem
zużywa tylko ok 15 litra wody (i do 100 litroacutew powietrza na zassanie zawartości miski)
Taki układ kanalizacji jest zwłaszcza celowy do zastosowania tam gdzie stosowany jest
podwoacutejny system wodociągowy rozprowadzający wodę o zroacuteżnicowanej jakości Np woda
powstała po uproszczonym oczyszczeniu ściekoacutew - poza fekalnymi używana jest ponownie
np do spłukiwania misek ustępowych
Kanalizację podciśnieniową zwaną potocznie proacuteżniową tworzą następujące elementy
1 Wewnętrzne instalacje kanalizacyjne (w budynkach obiektach)
2 Studzienki zbiorcze z zaworami oproacuteżniającymi
3 Podciśnieniowe przyłącza domowe i przewody sieci zewnętrznych
4 Centralna stacja proacuteżniowa (CSP)
5 Oczyszczalnia ściekoacutew
W kanalizacji podciśnieniowej ścieki są zasysane ze studzienek zbiorczych z zaworami
oproacuteżniającymi do zbiornikoacutew wodno-powietrznych znajdujących się w centralnej stacji
proacuteżniowej (CSP) skąd są następnie odprowadzane (najczęściej hydraulicznie ndash pompowo)
do oczyszczalni ściekoacutew (rys 261)
Rys 261 Schemat ideowy kanalizacji podciśnieniowej (jednoprzewodowej)
KANALIZACJA I
17
O wyborze systemu odprowadzania ściekoacutew powinna decydować każdorazowo analiza
techniczno - ekonomiczna opłacalności inwestycji tj łącznie kosztoacutew budowy i eksploatacji
systemu [1 2]
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania budowy i eksploatacji systemoacutew kanalizacji
niekonwencjonalnej podane zostaną na II stopniu studioacutew (dla specjalności ZWUŚ i ZO)
3 SYSTEMY KANALIZACJI GRAWITACYJNEJ
31 KANALIZACJA OGOacuteLNOSPŁAWNA
311 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI OGOacuteLNOSPŁAWNEJ
Historycznie pierwsze systemy kanalizacyjne były budowane jako ogoacutelnospławne
Obecnie istnieją w najstarszych fragmentach zabudowy miast Wspoacutełcześnie w wyniku
rozbudowy miast nowe fragmenty zabudowy kanalizowane są najczęściej w systemie
rozdzielczym głoacutewnie ze względu na możliwość osiągnięcia wyższej efektywności
oddzielnego oczyszczania ściekoacutew bytowych-gospodarczych przemysłowych i deszczowych
Istota kanalizacji ogoacutelnospławnej to
jednoprzewodowy transport wszystkich rodzajoacutew ściekoacutew do oczyszczalni
konieczność odciążania oczyszczalni ściekoacutew przez przelewy burzowe czy zbiorniki
retencyjne w okresie trwania opadoacutew (strumień ściekoacutew jest woacutewczas nawet kilkadziesiąt
razy większy niż w okresie tzw suchej pogody)
Poniżej podano schematy funkcjonalne grawitacyjnej kanalizacji ogoacutelnospławnej w
skali bdquomikrordquo - pojedynczych budynkoacutew oraz w skali bdquomakrordquo ndash miejscowości (rys 31 i 32)
Rys 31 Schemat funkcjonalny kanalizacji ogoacutelnospławnej - w skali bdquomikrordquo(A)
Pk ndash pion kanalizacyjny wu ndash wpust uliczny R ndash rynna st - studzienka kanalizacyjna
Rys 32 Schemat funkcjonalny kanalizacji ogoacutelnospławnej - w skali bdquomakrordquo
Pb - przelew burzowy zbr - zbiornik retencyjny OŚ- oczyszczalnia ściekoacutew
KANALIZACJA I
18
312 ODCIĄŻENIE HYDRAULICZNE KANALIZACJI OGOacuteLNOSPŁAWNEJ
Do odciążenia hydraulicznego sieci w systemie kanalizacji ogoacutelnospławnej - podczas
trwania intensywnych opadoacutew deszczu stosowane są przelewy burzowe i zbiorniki
retencyjne Schematy ideowe zabudowy takich obiektoacutew przedstawiono na rysunku 33
Przelewy burzowe
Zbiorniki retencyjne
na boczniku
na kolektorze
odpływ awaryjny
Rys 33 Schematy ideowe sposoboacutew odciążeń kanalizacji ogoacutelnospławnej (oraz deszczowej)
Przelewy burzowe na kanalizacji ogoacutelnospławnej budowane są głoacutewnie w celu
zabezpieczenia oczyszczalni ściekoacutew przed przeciążeniem hydraulicznym i spadkiem
sprawności jej działania zwłaszcza części biologicznej i chemicznej podczas pogody
deszczowej
zmniejszenia wymiaroacutew kolektora - za przelewem
Zadaniem hydraulicznym przelewu burzowego jest podział strumienia dopływu Qd
ściekoacutew do obiektu na dwa strumienie
Qo - odpływu do oczyszczalni ściekoacutew (Qo = Qd ndash Qb)
Qb - odpływu kanałem burzowym do odbiornika (Qb = Qd ndash Qo)
w ściśle określonych proporcjach
Wg RMŚ z 2014 r limitowana jest wartość średniej rocznej liczby zadziałań przelewoacutew
burzowych w roku czyli zrzutoacutew ściekoacutew z przelewu do odbiornika ndash dla miast o
roacutewnoważnej liczbie mieszkańcoacutew RLM gt 100 000 [1 2 3] Mianowicie w komunalnej
kanalizacji ogoacutelnospławnej ścieki z przelewoacutew burzowych mogą być odprowadzane do
śroacutedlądowych woacuted powierzchniowych płynących lub przybrzeżnych o ile średnia roczna
liczba zrzutoacutew burzowych z przelewoacutew nie przekracza 10 W aglomeracjach miejskich o
RLM lt 100 000 dopuszcza się zrzuty burzowe gdy w chwili rozpoczęcia działania przelewu
strumień objętości zmieszanych ściekoacutew jest co najmniej czterokrotnie większy od
średniego dobowego strumienia ściekoacutew w okresie pogody bezopadowej (Qśc(pb)) Przelewy
burzowe należy więc projektować na strumień graniczny - odpływu do oczyszczalni [3]
)( ) 1( bpścrpgro QnQQ (31)
gdzie
nrp - początkowe rozcieńczenie ściekoacutew nrp ge 3
KANALIZACJA I
19
Najczęściej stosowane są dwa rodzaje przelewoacutew burzowych
z jednostronną boczną krawędzią przelewową
z dwustronnymi bocznymi krawędziami przelewowymi
Każdy rodzaj przelewu może działać z dławionym (za pomocą rury dławiącej zastawki
czy regulatora wirowego) bądź niedławionym odpływem ściekoacutew (Qo) w kierunku
oczyszczalni Schematy urządzeń do odciążania hydraulicznego kanalizacji ogoacutelnospławnej
za pomocą przelewoacutew burzowych podano na rysunkach 34 35 i 36
Przelew boczny jednostronny
Rys 34 Schemat i przekroacutej poprzeczny jednostronnego bocznego przelewu burzowego
(z niedławionym bądź dławionym strumieniem odpływu Qo do oczyszczalni Qd ndash strumień
dopływu do przelewu Q = Qb - strumień zrzutu burzowego do odbiornika)
Przelew boczny dwustronny
Rys 35 Schemat i przekroacutej poprzeczny dwustronnego bocznego przelewu burzowego
z niedławionym bądź dławionym strumieniem odpływu Qo do oczyszczalni Qd - strumień
dopływu do przelewu Q = Qb - strumień zrzutu burzowego do odbiornika)
Rys 36 Przekroacutej podłużny bocznego przelewu burzowego z rurą dławiącą
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania i wymiarowania przelewoacutew burzowych na
kanalizacji ogoacutelnospławnej - z przykładami obliczeniowymi podane są w II tomie
podręcznika [3] (- w zakresie II stopnia studioacutew - magisterskich)
Zbiorniki retencyjne pełnią podobną funkcję hydrauliczną jak przelewy burzowe
Głoacutewnym parametrem eksploatacyjnym każdego zbiornika retencyjnego jest wspoacutełczynnik
redukcji strumieni ściekoacutew β [1 2 3]
= QoQd (32)
gdzie
Qo - strumień objętości (natężenie przepływu) ściekoacutew odpływających ze zbiornika
Qd - strumień objętości ściekoacutew dopływających do zbiornika
KANALIZACJA I
20
Zbiorniki retencyjne buduje się je najczęściej na kanalizacji ogoacutelnospławnej i
deszczowej do przetrzymywania - retencjonowania ściekoacutew jako (rys 37)
otwarte - terenowe (w zagłębieniach naturalnych lub sztucznych) bądź jako
kryte - podziemne (tradycyjnie żelbetowe lub obecnie też z tworzyw sztucznych w
tym tzw bdquorurowerdquo zbudowane z odcinkoacutew rurociągoacutewkanałoacutew o dużych średnicach
oraz bdquoskrzynkowerdquo otoczone geowłoacutekniną)
A) B)
Rys 37 Rodzaje kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych
A) zbiornik terenowy (otwarty) B) zbiornik podziemny (kryty)
Schematy przykładowych konstrukcji zbiornikoacutew retencyjnych do odciążania
hydraulicznego kanalizacji ogoacutelnospławnej podano na rysunkach 38 i 39
Rys 38 Schemat zbiornika krytego na boczniku
(widok z goacutery i przekroacutej podłużny)
Na kanalizacji ogoacutelnospławnej nie dopuszcza się zasadniczo do podtopienia kanału
dopływowego przed przelewem min ze względu na możliwość odkładania się osadoacutew Stąd
konieczność stosowania wewnątrz krytych zbiornikoacutew przelewoacutew do awaryjnego zrzutu
ściekoacutew (rys 38)
Rys 39 Schemat zbiornika otwartego na kolektorze
(przekroacutej podłużny i widok z goacutery)
KANALIZACJA I
21
Podczas pogody bezdeszczowej ścieki bytowo-gospodarcze nie wpływają do otwartej
komory retencyjnej zbiornika przedstawionego na rysunku 39 a przepływają kanałami pod
dnem zbiornika Ze względoacutew sanitarnych powierzchnie skarp i dna zbiornika powinny być
uszczelnione Zbiornik powinien być też ogrodzony i oznaczony tablicami ostrzegawczymi
W celu ochrony zwłaszcza małych odbiornikoacutew ściekoacutew stosuje się lokalne
retencjonowanie i podczyszczanie ściekoacutew pochodzących ze zrzutoacutew burzowych o wielkości
strumienia Q gt 10 SNQ - średniego niskiego przepływu wody w odbiorniku (rys 310)
Rys 310 Schematy ideowe sposoboacutew ograniczenia ładunku zanieczyszczeń odprowadzanych do
odbiornikoacutew z przelewoacutew na kanalizacji ogoacutelnosławnej (pb ndash przelew burzowy)
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania i wymiarowania zbiornikoacutew retencyjnych - z
przykładami obliczeniowymi podane są w II tomie podręcznika [3]
313 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
OGOacuteLNOSPŁAWNEJ W POLSCE
W Polsce stosowane były niewłaściwe - w świetle wspoacutełczesnej wiedzy (rozdz 5divide8
podręcznika [2]) - opracowane w latach pięćdziesiątych XX wieku metody wymiarowania
kanalizacji ogoacutelnospławnej Podczas tzw suchej pogody kanałami ogoacutelnospławnymi płyną
ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe oraz wody przypadkowe w tym infiltracyjne
Podczas pogody deszczowej - dodatkowo wodyścieki deszczowe Wymiary (średnice)
kanałoacutew dobierane były błędnie - do całkowitego wypełnienia przekroju na strumień
objętości (Q)
Q = Qh max śc + Qm (33)
gdzie
Qh max śc - maksymalny godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysło-
wych
Qm - miarodajny strumień ściekoacutew deszczowych - z wzoru Błaszczyka wg metody
granicznych natężeń (MGN) bądź metody stałych natężeń (MSN)
Stosowany w obu metodach obliczeniowych (MGN i MSN) wzoacuter Błaszczyka oparty
na opadach z przełomu XIX i XX wieku zaniża obecne natężenia deszczy we Wrocławiu o
rząd 40 [1 2] Ponadto założenia wyjściowe MGN - najczęściej dotychczas stosowanej w
Polsce prowadzą do dalszej redukcji strumienia spływu woacuted opadowych (Qm) w stosunku do
innych metod czasu przepływu stosowanych przykładowo w Niemczech w podobnych
warunkach hydrologicznych W rezultacie zaniżenie wartości bilansowanych strumieni woacuted
opadowych (Qm) sięgać może nawet 100 (rozdz 85 podręcznika [2]) Tak zwymiarowane
systemy kanalizacyjne podatne są na częste wylania ktoacutere jeszcze w większym stopniu
wystąpią w przyszłości wskutek zmian klimatu (rozdz 4 [2])
UWAGA Podstawą bezpiecznego wymiarowania nowych bądź modernizowanych systemoacutew
kanalizacji ogoacutelnospławnej jest właściwy bilans strumieni ściekoacutew (rozdz 5 [2]) oraz woacuted
opadowych (rozdz 6 7 i 8 [2]) ndash zapewniający osiągnięcie wspoacutełcześnie wymaganego
standardu odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych (rozdz 1 w II tomie [3])
KANALIZACJA I
22
32 KANALIZACJA ROZDZIELCZA
321 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI ROZDZIELCZEJ
System kanalizacji rozdzielczej ze swej istoty jest dwu- lub więcej przewodowy W
miastach na ogoacuteł dwuprzewodowy złożony z
kanałoacutew ściekowych - odprowadzających ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe
do miejskiej oczyszczalni
kanałoacutew deszczowych - ze zrzutem ściekoacutew do odbiornika (po podczyszczeniu)
W zakładach przemysłowych system ten jest na ogoacuteł troacutejprzewodowy występują
kanały ściekowe (na ścieki bytowe pracownikoacutew)
kanały deszczowe
kanały ściekoacutew przemysłowych (technologicznych) - ze zrzutem ściekoacutew (po
podczyszczeniu na terenie zakładu) do miejskiej kanalizacji ściekowej
Schematy funkcjonalne kanalizacji rozdzielczej przedstawiono w skali bdquomikrordquo ndash na
rys 311 oraz w skali bdquomakrordquo ndash całej miejscowości na rys 312
Rys 311 Schemat funkcjonalny kanalizacji rozdzielczej - w skali bdquomikrordquo
(Pk ndash pion kanalizacyjny wu ndash wpust uliczny R ndash rynna)
Rys 312 Schemat funkcjonalny kanalizacji rozdzielczej - w skali bdquomakrordquo
(zbr- zbiornik retencyjny OŚ- oczyszczalnia ściekoacutew)
W przypadku gdy odbiornik charakteryzuje się małym - średnim niskim przepływem
(SNQ) bądź jest szczegoacutelnie chroniony nie należy w trakcie trwania opadu zrzucać dużych
objętości ściekoacutew deszczowych Należy więc budować zbiorniki retencyjne z dławionym
odpływem - sterowanym np regulatorami hydrodynamicznymi (omoacutewione w rozdz 4 i 5 -
w II tomie podręcznika [3]) Na wylotach kanałoacutew deszczowych do odbiornikoacutew a najlepiej
w miejscu powstawania zanieczyszczeń wymagane jest obecnie stosowanie podczyszczalni
KANALIZACJA I
23
mechanicznych ściekoacutew opadowych ndash w postaci separatoroacutew sedymentacyjno-flotacyjnych
(omoacutewionych w rozdz 6 - w II tomie podręcznika [3])
UWAGA Zasady wymiarowania i doboru regulatoroacutew hydrodynamicznych oraz osadnikoacutew-
piaskownikoacutew i flotatoroacutew substancji ropopochodnych zostaną podane na II stopniu studioacutew
322 ODCIĄŻENIE HYDRAULICZNE KANALIZACJI DESZCZOWEJ
Do odciążenia hydraulicznego sieci deszczowej w systemie kanalizacji rozdzielczej
podczas trwania intensywnych opadoacutew deszczu stosowane są najczęściej zbiorniki
retencyjne z dławionym odpływem Zbiorniki te stanowią ważny element zaroacutewno
modernizowanych jak i nowoprojektowanych sieci kanalizacyjnych pełniąc rolę
regulacyjno-redukcyjną strumieni ściekoacutew Schematy ideowe zabudowy takich obiektoacutew
specjalnych podano już na rys 33 Na rys 312a przedstawiono dwa warianty rozbudowy
kanalizacji deszczowej związane z podłączeniem nowej zlewni deszczowej do istniejącego
kolektora o ograniczonej przepustowości (Qmax = 1000 dm3s) z zastosowaniem zbiornikoacutew
retencyjnych
a) na istniejącym kolektorze (po lewej) - znaczne koszty i utrudnienia podczas budowy
b) na bocznym kanale odpływowym z nowej zlewni (po prawej) ndash lepszy wariant
Nowa zlewnia F
Kolektor o
Qmax = 1000 ls
Regulator
QR = 1000 ls
Q3 = 1350 ls
Q2 = 600 lsZbiornik retencyjny V1
Q1 = 750 ls
Kolektor o
Qmax = 1000 ls
Q4 = 1000 ls
Q1 = 750 ls
Nowa zlewnia F
Zbiornik retencyjny V2
Regulator QR = 250 ls
Q2 = 600 ls
Q3 = 250 ls
Rys 312a Przyłączanie nowej zlewni (F) do kolektora o ograniczonej przepustowości (Qmax = 1000
dm3s) poprzez zbiornik retencyjny a) na istniejącym kolektorze (V1) b) na nowym kanale (V2)
Głoacutewnie ze względu na zasadę działania grawitacyjne zbiorniki retencyjne ściekoacutew
deszczowych podzielić można na dwie grupy a mianowicie
przepływowe - klasyczne (najczęściej jednokomorowe)
przelewowe - nowej generacji (dwu- lub więcej komorowe)
Zaroacutewno konstrukcje przepływowe jak i przelewowe mają swoje zalety i wady
Klasyczne już przepływowe zbiorniki retencyjne budowane są z reguły jako ziemne -
odkryte natomiast przelewowe (wielokomorowe) zbiorniki retencyjne nowej generacji są z
reguły żelbetowe - podziemne Ma to niewątpliwie wpływ na koszty ich budowy O wyborze
danej konstrukcji zbiornika decydować powinna analiza techniczno-ekonomiczna wariantoacutew
rozwiązań technicznych przy uwzględnieniu miejscowych uwarunkowań terenowych
Zbiornik przepływowy
max
dopływ
odpływ
dławiony
Qd
Qo
komora
retencyjna
Vu
min
Rys 312b Schemat działania jednokomorowego przepływowego zbiornika retencyjnego
KANALIZACJA I
24
Zbiornik przepływowy - klasyczny ma następujące wady
znaczna objętość użytkowa (Vu) komory retencyjnej (KR)
zmienny w czasie odpływ ze zbiornika (Qo) zależny od stopnia jego wypełnienia
odkładanie się zanieczyszczeń wleczonych na dnie zbiornika
znaczne koszty eksploatacji obiektu (płukanie po każdym opadzie)
Zbiornik przelewowy
Nowoczesne wielokomorowe przelewowe zbiorniki retencyjne (rys 33d) wyposażone
są w komorę przepływową (KP) z dławionym odpływem oddzieloną od komory retencyjnej
(KR) pionową przegrodą - z bocznym przelewem w części goacuternej i zaworem klapowym
(spustowym) przy dnie zbiornika
przegroda stała
rura wentylacyjna
kanał doprowadzający
komora akumulacyjna rura dławiąca
komora
przepływowa
zawoacuter klapowy
Rys 312d Schemat ideowy dwukomorowego zbiornika przelewowego
Zbiornik przelewowy cechuje się przede wszystkim mniejszą objętością użytkową (V1)
komory retencyjnej (KR) w poroacutewnaniu do zbiornika przepływowego ndash nawet o rząd 30
max Qd
Qo
komora
retencyjna
dopływ
odpływ
dławiony
komora
przepływowa
otwoacuter
klapowy
krawędź
przelewowa
V1
V3
Rys 312e Schemat działania dwukomorowego przelewowego zbiornika retencyjnego (Vu = V1 + V3)
V1 - objętość komory retencyjnej (KR) V3 - objętość komory przepływowej (KP)
Graficzne poroacutewnanie objętości na akumulację ściekoacutew w zbiornikach przepływowym
(tradycyjnym) i przelewowym - dwukomorowym podano na rysunku 312f
Rys 312f Przebieg akumulacji ściekoacutew deszczowych w zbiornikach retencyjnych
1 - modelowy hydrogram przepływu w kanale dopływowym - przed zbiornikiem
2 - hydrogram przepływu w kanale odpływowym - po zbiorniku przelewowym (V1+V3)
3 - hydrogram przepływu w kanale odpływowym - po zbiorniku przepływowym (V1+V2+V3)
KANALIZACJA I
25
Z analizy przebiegu retencji wynika iż objętość użytkowa (Vu) zbiornika
przepływowego składa się z trzech objętości cząstkowych Vu = V1 + V2 + V3 a zbiornika
przelewowego tylko z dwoacutech Vu = V1 + V3
323 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
ROZDZIELCZEJ W POLSCE
W Polsce stosowano (od lat pięćdziesiątych XX wieku) niewłaściwe obecnie - w
świetle wspoacutełczesnej wiedzy (rozdz 4divide8 podręcznika [2]) zasady i metody wymiarowania
grawitacyjnej kanalizacji rozdzielczej w odniesieniu zaroacutewno do kanałoacutew ściekowych a
zwłaszcza do kanałoacutew deszczowych wraz z obiektami specjalnymi
Sieć deszczowa działa okresowo - w czasie tzw mokrej pogody Podczas suchej pogody
płyną tylko wody przypadkowe w tym infiltracyjne
Kanały ściekowe (w żargonie bdquosanitarne) wymiarowane były na strumień
Q = 2Qh max śc (34)
Średnice kanałoacutew ściekowych dobierane były w uproszczeniu - na
podwojony maksymalny godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-
gospodarczych i przemysłowych tj przy uwzględnieniu woacuted
przypadkowych w tym infiltracyjnych w wysokości Qh max śc jako
mieszczących się w 100 rezerwie przepustowości dobranej
średnicy kanału
Kanały deszczowe
Q = Qm (35)
Wymiary kanałoacutew deszczowych dobierane były niewłaściwie - do
całkowitego wypełnienia przekroju Nie uwzględniano więc żadnej
rezerwy - na przyszłościowy rozwoacutej związanej ze zwiększaniem się
stopnia uszczelnienia powierzchni zlewni czy też wynikającej ze
zmian klimatycznych Miarodajny do wymiarowania kanałoacutew
deszczowych strumień ściekoacutew (Qm) obliczany był dwoma
metodami MGN lub MSN ndash obie z niewłaściwym obecnie wzorem
Błaszczyka na natężenie deszczy dla zakładanych częstości
występowania opadoacutew o wydłużonym czasie trwania (o
koncentrację terenową i retencję kanałową)
Ponadto przy wymiarowaniu kanałoacutew deszczowych w Polsce dopuszczano możliwość
częstszych ich przepełnień a więc i wylewoacutew z sieci w stosunku do kanałoacutew
ogoacutelnospławnych Przykładowo kolektory deszczowe w terenach płaskich wymiarowane
były na częstość występowania opadoacutew C = 2 lata a kanały boczne tylko na C = 1 rok (W
kanalizacji ogoacutelnospławnej przyjmowano odpowiednio C = 5 i C = 2 lata) Wspoacutełczynnik
spływu powierzchniowego woacuted deszczowych uzależniano wyłącznie od stopnia uszczelnienia
terenu tj z pominięciem jego spadkoacutew oraz natężeń opadoacutew projektowych
W celu zapewnienia odpowiedniego standardu odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych
w Polsce (- zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 752) oraz podniesienia niezawodności
działania kanalizacji rozdzielczej (ściekowej i deszczowej) w rozdz 5 podręcznika [2]
przedstawiono nowe zasady bilansowania strumieni ściekoacutew i woacuted przypadkowych a w
rozdz 8 zaproponowano modyfikację metody granicznych natężeń (MGN) do postaci tzw
metody maksymalnych natężeń (MMN) w tym zastąpienie wzoru Błaszczyka
wspoacutełczesnymi modelami opadoacutew maksymalnych W tomie II w rozdz 1 [3] przedstawiono
nowe zalecenia w formie wytycznych technicznych wymiarowania (WTW) sieci
odwodnieniowych i obiektoacutew specjalnych w Polsce Omoacutewiono także wymagania odnośnie
KANALIZACJA I
26
zachowania wspoacutełczesnych standardoacutew odwodnień terenoacutew także w przyszłości jako
przeciwdziałanie skutkom prognozowanych zmian klimatu w perspektywie 2100 roku
33 KANALIZACJA POacuteŁROZDZIELCZA
331 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI POacuteŁROZDZIELCZEJ
System kanalizacji poacutełrozdzielczej stosowany zwłaszcza przy modernizacjach
istniejących systemoacutew rozdzielczych czy przebudowywanych ogoacutelnospławnych jest
najczęściej dwuprzewodowy Zawiera kanały deszczowe i kanały ściekowe (bytowo-
gospodarcze i przemysłowe) połączone tzw separatorami tj obiektami specjalnymi na
kanałach deszczowych do kierowania tzw pierwszej fali odpływu - zawierającej
zanieczyszczenia spłukiwane ze zlewni oraz osady wypłukiwane z kanałoacutew deszczowych (po
okresie suchej pogody) do kanałoacutew ściekowych i do oczyszczalni ściekoacutew (rys 313)
Następna (II) fala deszczu przy wzroście strumienia Q - jako mniej zanieczyszczona
odpływa już kanałami deszczowymi do odbiornika
Rys 313 Schemat funkcjonalny kanalizacji poacutełrozdzielczej w skali bdquomakrordquo
(s ndash separator zbr ndash zbiornik retencyjny OŚ ndash oczyszczalnia ściekoacutew)
Z doświadczeń eksploatacyjnych wynika że celowe jest stosowanie separatoroacutew o
działaniu ciągłym tzn w całym okresie trwania odpływu deszczowego takich jak np
przelewy boczne z dławionym odpływem czy też upusty denne z progiem piętrzącym a
technologicznie niewłaściwe jest stosowanie separatoroacutew o działaniu okresowym - jedynie
dla pierwszej fali odpływu jak np separatory kaskadowe czy rynnowe [1 2 3]
Rys 314 Schemat separatora kaskadowego - o działaniu okresowym (dla I fali deszczu)
Rys 315 Schemat separatora rynnowego - o działaniu okresowym (dla I fali deszczu)
KANALIZACJA I
27
Rys 316 Schemat separatora w postaci przelewu bocznego z rurą dławiącą - o działaniu ciągłym
Kanalizacja poacutełrozdzielcza zapewnia dobrą ochronę odbiornika ściekoacutew ndash środowiska
bowiem najbardziej zanieczyszczone ścieki opadowe (zwłaszcza tzw I fali) kierowane są
poprzez separatory na oczyszczalnię miejską pracującą pod stałym nadzorem
332 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
POacuteŁROZDZIELCZEJ W POLSCE
Dotychczas stosowane zasady wymiarowania kanalizacji poacutełrozdzielczej są obecnie
niewłaściwe zaroacutewno w odniesieniu do kanałoacutew ściekowych jak i kanałoacutew deszczowych za
separatorami Kanały ściekowe - za separatorami były wymiarowane na maksymalny
godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych (Qh max śc) plus
strumień ściekoacutew deszczowych tzw I-szej fali (QmI) - zależnej od natężenia granicznego
deszczu płuczącego qs przyjmowanego w zakresie qs [6 15] dm3s ha stąd
Q = Qh max śc + Qm I (36)
Obecnie wg RMŚ qs ge 15 dm3s ha ndash dla zanieczyszczonej zlewni [1 2] Kanały
deszczowe wymiarowane były na zaniżony strumień Qm - obliczany z zastosowaniem
niewłaściwego obecnie wzoru Błaszczyka
Q = Qm (37)
Nowe zasady ndash bezpiecznego projektowania i wymiarowania hydraulicznego kanalizacji
poacutełrozdzielczej z separatorami strumieni objętości ściekoacutew deszczowych podano w II tomie
książki [3] (w rozdz 1 i 3)
34 ZALETY I WADY SYSTEMOacuteW KANALIZACYJNYCH
341 CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA WYBOacuteR SYSTEMU
System kanalizacji ogoacutelnospławnej
Zalety Wady
1 Kroacutetsza łączna sieć kanałoacutew 1 Małe prędkości przepływu ściekoacutew przy
suchej pogodzie (odkładanie się osadoacutew)
2 Prostszy układ sieci ndash mniejsza możliwość
kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym
2 Nieroacutewnomierna praca miejskiej
oczyszczalni ściekoacutew
3 Sieć zajmuje mniej miejsca (np pod
jezdnią)
3 Duże średnice i zagłębienia kanałoacutew
(kolizje z innym uzbrojeniem)
4 Mniejsze koszty przyłączy posesji (jeden
przykanalik)
4 Konieczność budowy przelewoacutew
burzowych zbiornikoacutew retencyjnych
5 Mniejsze koszty budowy i eksploatacji 5 Niebezpieczne dla środowiska skutki
przepełnień kanałoacutew ndash wylewoacutew
6 Brak błędnych przyłączy (jedna sieć) 6 Gnilne zapachy ze studzienek i
wpustoacutew
KANALIZACJA I
28
System kanalizacji rozdzielczej
Zalety Wady
1 Efektywniejszy proces oddzielnego
oczyszczania ściekoacutew
1 Praktycznie podwoacutejna sieć
2 Bardziej roacutewnomierna praca oczyszczalni
ściekoacutew
2 Skomplikowany układ sieci (kolizje
kanałoacutew ściekowych z deszczowymi)
3 Mniejsze średnice kanałoacutew ściekowych
(większe prędkości przepływu)
3 Podwoacutejny pas zabudowy terenu
4 Mniejsze zagrożenie środowiskowe
wylewoacutew z kanałoacutew deszczowych
4 Większe koszty przyłączy
5 Możliwość etapowania budowy kanalizacji
(np najpierw ściekowa poacuteźniej deszczowa)
5 Występowanie błędnych podłączeń
(np kanałoacutew ściekowych do kanałoacutew
deszczowych lub odwrotnie)
6 Możliwość przebudowy na kanalizację
poacutełrozdzielną ndash dobudowa separatoroacutew
6 Najczęściej większe koszty budowy
i eksploatacji
Na wyboacuter systemu kanalizacyjnego wpływ mają następujące czynniki [1 2]
Istniejąca sieć hydrograficzna (rzeki potoki kanały otwarte) rozwinięta - sprzyja
wyborowi kanalizacji rozdzielczej
Wielkość odbiornikoacutew ściekoacutew i ich zdolność do samooczyszczania się duże rzeki
sprzyjają kanalizacji ogoacutelnospławnej
Ilość i rodzaj ściekoacutew ndash zwłaszcza przemysłowych (podczyszczonych na terenie
zakładu) ndash czy mogą być odprowadzane przez przelewy najczęściej nie ndash sprzyja
kanalizacji rozdzielczej
Gęstość zabudowy terenu zwarta zabudowa sprzyja kanalizacji ogoacutelnospływowej
Możliwości finansowe w przypadku konieczności etapowania inwestycji ndash sprzyja
kanalizacji rozdzielczej
Czynniki przemawiające za wyborem kanalizacji ogoacutelnospławnej
Brak rozwiniętej sieci hydrograficznej do odprowadzania woacuted deszczowych
Odbiornik gwarantuje samooczyszczanie się ndash możliwe zrzuty ściekoacutew z przelewoacutew
Gęsta zabudowa - znaczne uszczelnienie terenu
Analiza ekonomiczna innego wariantu (kosztoacutew budowy i eksploatacji) systemu
wskazuje na większe koszty
Czynniki przemawiające za wyborem systemu rozdzielczego bądź poacutełrozdzielczego
Rozwinięta sieć hydrograficzna ndash kroacutetkie kanały deszczowe
Brak możliwości zrzutu z przelewoacutew ściekoacutew mieszanych ndash małe odbiorniki
Luźna zabudowa - mniejsze uszczelnienie terenu mniejszy odpływ woacuted deszczowych
Większa pewność poprawnego działania z punktu widzenia ochrony środowiska (w
poroacutewnaniu do systemu ogoacutelnospławnego)
Możliwość etapowania inwestycji - z braku środkoacutew finansowych (najczęściej
większe koszty budowy i eksploatacji w poroacutewnaniu do systemu ogoacutelnospławnego)
KANALIZACJA I
29
342 ETAPOWANIE BUDOWY KANALIZACJI
System rozdzielczy częściowy - w I etapie budowa kanalizacji ściekowej Sprzyjają
temu następujące czynniki
Dostarczanie wody z sieci wodociągowej co przyczynia się do większego jej zużycia
przez odbiorcoacutew i konieczność odprowadzania większego strumienia ściekoacutew bytowo-
gospodarczych w poroacutewnaniu do braku wodociągu
Niski poziom woacuted podziemnych grunt przepuszczalny i duże spadki powierzchni terenu
Luźna zabudowa małe uszczelnienie powierzchni terenu i duża infiltracja opadoacutew do woacuted
podziemnych
System rozdzielczy częściowy - w I etapie budowa kanalizacji deszczowej gdy
Mniejsze wskaźniki odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych (np brak wodociągu)
Wysoki poziom woacuted podziemnych grunt słabo przepuszczalny i małe spadki
powierzchni
Brak naturalnych odbiornikoacutew woacuted deszczowych
Etapowanie budowy kanalizacji stosuje się obecnie rzadko głoacutewnie na terenach
pozamiejskich (wiejskich) Etap II realizowany jest najczęściej po okresie 10divide20 lat
W Europie odchodzi się obecnie od idei pełnego odwodnienia terenoacutew
zurbanizowanych tj odprowadzania do kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej
wszystkich woacuted opadowych Prawidłowa gospodarka wodna w zlewniach rzek powinna
polegać na pozostawianiu na miejscu (w zlewni) jak największej objętości bdquoczystychrdquo woacuted
deszczowych aby zapobiec trwałemu obniżaniu się poziomoacutew woacuted podziemnych Przyczynia
się to też do lepszej ochrony przeciwpowodziowej miast - mniejsze maksymalne stany i
przepływy wody w rzekach [1 2 3]
4 KWANTYFIKACJA ZMIAN KLIMATU DO WYMIAROWANIA
ODWODNIEŃ TERENOacuteW
41 ZAGROŻENIA WYNIKAJĄCE ZE ZMIAN KLIMATU
W Polsce podobnie jak w innych krajach Europy i świata obserwowane są zmiany
klimatu przejawiające się głoacutewnie wzrostami
średniej rocznej temperatury powietrza
intensywności opadoacutew atmosferycznych
częstości występowania zdarzeń ekstremalnych (susze powodzie huragany trąby
powietrzne itp)
Wzrost średniej rocznej temperatury powietrza odnotowywany jest we wszystkich
regionach kraju Według raportu Międzyrządowego Zespołu ds Zmian Klimatu -
IPCC2007 tylko w okresie 1960-2005 (46 lat) nastąpił wzrost średniej rocznej temperatury
globu o 074 degC Przyrost temperatury wynioacutesł więc już około 016 degC na dekadę Natomiast
poziom moacuterz i oceanoacutew na przestrzeni lat 1901-2010 podnioacutesł się o 019 m - wg IPCC2014
Przyczyna ocieplania się klimatu ndash paradoksalnie największy przyrost temperatury
obserwuje się w zimie nie jest w pełni rozpoznana i budzi wciąż kontrowersje (tzw efekt
cieplarniany wywołany głoacutewnie emisją pary wodnej i CO2 do atmosfery) Bezsprzecznie
wzrost temperatury powietrza wywołuje istotne zmiany w cyrkulacji wody w cyklu
hydrologicznym (parowanie ndash kondensacja ndash opad) i nasilenie się występowania zwłaszcza w
ostatnich dziesięcioleciach ekstremalnych zjawisk pogodowych takich jak susze czy
powodzie Według prognoz opartych na globalnym modelu klimatu w bieżącym stuleciu
temperatura powietrza może się podnieść o dalsze 17 oC do nawet 44 oC a na każdy stopień
KANALIZACJA I
30
wzrostu temperatury przewiduje się globalnie wzrost intensywności opadoacutew o około 7
Natomiast poziom moacuterz i oceanoacutew może się podnieść nawet o 10 m co zagraża już zalaniem
znacznych powierzchni przybrzeżnych (IPCC2014)
Z powodu ocieplenia klimatu zmieni się istotnie struktura opadoacutew w Polsce w tym
roczna wysokość i częstość występowania ekstremalnych opadoacutew regionalnych Zmiany w
strukturze opadoacutew objawiają się min tym że kroacutetkie (pojedyncze) intensywne opady
deszczu będą ulegać przegrupowaniu w dłuższe nawet kilkudniowe okresy o sumie
wysokości znacznie wyższej niż dawniej Przykładowo we Wrocławiu na przestrzeni
ostatnich 5 pełnych dekad (1960-2009) odnotowano
spadkowy trend rocznej wysokości opadoacutew
wzrostowy trend odnośnie liczby dni deszczowych w roku
wzrostowy trend intensywności opadoacutew o czasach trwania od 5 minut do 3 dni -
średnio na poziomie 13 [2]
Wywoływane zmianami klimatu zagrożenia ludności i infrastruktury miast związane są
przede wszystkim z niedoborem bądź nadmiarem wody Ryzyko zaistnienia niekorzystnych w
skutkach zjawisk takich jak susza czy powoacutedź określa się zwykle jako kombinację
prawdopodobieństwa wystąpienia oraz miary ich negatywnych skutkoacutew - najczęściej jako
iloczyn miary zagrożenia i miary zawodności (straty gospodarcze i społeczne)
Przewidywanie zagrożeń związanych z niskimi oraz wysokimi stanami i przepływami woacuted w
warunkach zmieniającego się klimatu jest niezbędne dla racjonalnej gospodarki wodnej
miast Dotyczy to zwłaszcza podstaw projektowania budowy i eksploatacji ujęć wody
(powierzchniowej i podziemnej) czy też odwodnień - kanalizacji deszczowej czy
ogoacutelnospławnej na terenach zurbanizowanych
Obserwowanym efektem zmian klimatycznych i poza klimatycznych jest zjawisko
wzrostu temperatury powietrza w miastach w stosunku do terenoacutew otaczających ndash tzw
Miejska Wyspa Ciepła MWC jest wynikiem min uwalniania się ciepła w środowisku
miejskim z procesoacutew przemysłowych i komunalnych ktoacutere modyfikują lokalnie warunki
meteorologiczne Związany z niedoborem wody w miastach spadek wilgotności gleby
przejawia się przede wszystkim przesuszeniem zieleni miejskiej co ogranicza możliwości
terenoacutew biologicznie czynnych w łagodzeniu wpływu wysokiej temperatury (rys 41)
Rys 41 Prądy konwekcyjne i opady w rejonie miejskiej wyspy ciepła [wwwwikipediapl]
Zagrożenia wynikające z warunkoacutew termicznych w miastach (MWC) wzrastają na ogoacuteł
liniowo wraz ze wzrostem wielkości miast Przeciętnie intensywność oddziaływania MWC
charakteryzują lokalne przyrosty temperatury od wartości niewiele przekraczających 10 ordmC -
w małych miastach do około 25 ordmC - w dużych miastach Jednakże w dużych aglomeracjach
w przypadku wystąpienia upałoacutew ponad 35 oC roacuteżnica temperatury powietrza pomiędzy
miastem a terenami otwartymi może sięgać nawet 10 oC Skutkuje to już istotnym wzrostem
wskaźnika śmiertelności mieszkańcoacutew
Zagrożeniami w funkcjonowaniu sieci i obiektoacutew infrastruktury miast takich jak
systemy wodociągowe z ujęciami systemy kanalizacyjne z oczyszczalniami ściekoacutew czy
składowiska odpadoacutew związanymi z nadmiarem wody są głoacutewnie powodzie i podtopienia
Według prognoz opartych na pesymistycznym scenariuszu zmian klimatu (SRES A1B)
przykładowo woda stuletnia w państwach środkowej Europy będzie zdarzać się średnio
KANALIZACJA I
31
częściej niż raz na 50 lat [2] Powodzie zagrażają więc większości polskich miast -
położonych w dolinach rzecznych (powodzie rzeczne) i w strefie wybrzeża (powodzie
sztormowe) Natomiast lokalne podtopienia terenoacutew (powodzie miejskie) mogą wystąpić w
efekcie gwałtownych ulew bądź też długotrwałych intensywnych opadoacutew Sprzyja temu duże
zagęszczenie zabudowy miejskiej oraz uszczelnienie powierzchni terenu prowadzące do
zmniejszenia bądź znacznego ograniczenia infiltracji woacuted opadowych do gruntu
Zagrożenia i straty generowane powodziami miejskimi (ang Flash Flood Urban
Flood) objawiają się lokalnymi wylewami z kanałoacutew deszczowych czy ogoacutelnospławnych
(zalewanie ulic piwnic) wskutek min niedostatecznej przepustowości i retencji istniejących
sieci kanalizacyjnych - zwymiarowanych w przeszłości nieodpowiednimi obecnie metodami
Konieczna staje się więc modernizacja infrastruktury wodno-kanalizacyjnej na terenie kraju
(zwiększenie przepustowości sieci budowa zbiornikoacutew retencyjno-infiltracyjnych itp)
42 ROGNOZOWANE ZMIANY STRUKTURY OPADOacuteW W PRZYSZŁOŚCI
421 TRENDY ZMIAN ROCZNYCH WYSOKOŚCI OPADOacuteW
Przykłady badań i prognoz
bull W Niemczech w XX wieku odnotowano ogoacutelnie wzrost rocznych wysokości opadoacutew na
poziomie około 10 Jednak w środkowej i wschodniej części Niemiec wykazano
zaroacutewno istotne statystycznie trendy rosnące (np Jena) jak i malejące (np Goumlrlitz) - wg Haumlnsel S Petzold S Matschullat J Precipitation Trend Analysis for Central Eastern Germany 1851ndash
2006 Bioclimatology and Natural Hazards 2009 vol 14
bull W Polsce analizowano trendy zmian rocznych wysokości opadoacutew (na 28 stacjach
IMGW) dla danych z lat 1951ndash2009 wykazano istotny statystycznie trend rosnący np
dla Rzeszowa ale też istotny trend malejący opadoacutew np na Śnieżce Ogoacutelnie przewaga
trendoacutew malejących - wg Pińskwar I Projekcje zmian w ekstremach opadowych w Polsce Monografia KGW PAN 2010
bull Badania szeregoacutew czasowych opadoacutew w dorzeczu Goacuternej Odry (na 4 stacjach IMGW
Kłodzko Legnica Opole i Wrocław) dla danych z okresu 60 lat (1954-2013) wykazały
zmniejszanie się rocznej i sezonowej wysokości opadoacutew - wg Kaźmierczak B Kotowski A Wdowikowski M Analiza tendencji rocznych i sezonowych zmian
wysokości opadoacutew atmosferycznych w zlewni Goacuternej Odry Ochrona Środowiska 2014 vol 36 nr 3
Zagrożenia wynikające z niedoboru wody
Zasoby wodne Polski należą do najuboższych w Europie Ich wielkość w przeliczeniu
na rok i mieszkańca jest trzykrotnie mniejsza od średniej europejskiej 4560 m3 w Europie w
Polsce ndash tylko 1580 m3 Wg danych GUS znakomita większość ujmowanej wody - około
85 pochodzi z zasoboacutew woacuted powierzchniowych a 15 z zasoboacutew woacuted podziemnych W
przyszłości zwiększać się będzie ryzyko zagrożenia tzw suszami hydrologicznymi
pogłębiającymi w wieloleciu niedobory wody w miastach (niskie stany i przepływy)
422 TRENDY ZMIAN CZĘSTOŚCI WYSTĘPOWANIA
INTENSYWNYCH OPADOacuteW
Przykład badań i prognoz
We Wrocławiu na przestrzeni 50 lat (1960-2009) stwierdzono trend wzrostowy
częstości występowania intensywnych opadoacutew odpowiednio dla
C ge 1 rok o 8 - na poziomie istotności 69
C ge 2 lata o 13 - na poziomie istotności 75
C ge 5 lat o 43 - na poziomie istotności 98
C ge 10 lat o 68 - na poziomie istotności 99
KANALIZACJA I
32
C ge 1 rok C ge 2 lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
C ge 5 lat C ge 10 lat
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
mlata
Rys 12 Trendy zmian przedziałowych wysokości opadoacutew maksymalnych dla częstości
występowania C ge 1 C ge 2 C ge 5 oraz C ge 10 lat we Wrocławiu w okresie 1960-2009
- wg Kaźmierczak B Kotowski A The influence of precipitation intensity growth on the urban drainage
systems designing Theoretical and Applied Climatology 2014 vol 118 nr 1
W perspektywie 2050 r we Wrocławiu przewiduje się wzrost wysokości opadoacutew
kroacutetkotrwałych i spadek wysokości opadoacutew o dłuższych czasach trwania
- wg Kaźmierczak B Prognozy zmian maksymalnych wysokości opadoacutew deszczowych we Wrocławiu Oficyna
Wydaw Politechniki Wrocławskiej Wrocław 2019
Zagrożenia wynikające z nadmiaru wody
Według prognoz opartych na pesymistycznym scenariuszu zmian klimatu (IPCC2007
- SRES A1B) przykładowo bdquowoda 100-letniardquo w państwach środkowej Europy będzie
zdarzać się średnio częściej niż raz na 50 lat - wg Kundzewicz Z W Zmiany ryzyka powodziowego w Europie Sympozjum Paryż - Orlean 28-3003 2012
Powodzie zagrażają więc większości polskich miast położonych w dolinach rzecznych -
powodzie rzeczne i w strefie wybrzeża - powodzie sztormowe (cofkowe) - wg VI Raport Rządowy RP dla Konferencji Stron Ramowej Konwencji NZ w sprawie zmian klimatu
Warszawa 2013
Lokalne podtopienia terenoacutew - powodzie miejskie mogą wystąpić wszędzie najczęściej
w efekcie gwałtownych ulew bądź też długotrwałych intensywnych opadoacutew czy roztopoacutew
Zagrożenia i straty (gospodarcze i społeczne) generowane powodziami miejskimi objawiają
się lokalnymi wylewami z kanałoacutew deszczowych czy ogoacutelnospławnych (zalewanie ulic
posesji piwnic) wskutek niedostatecznej przepustowości i retencji istniejących sieci
kanalizacyjnych - zwymiarowanych w przeszłości nieodpowiednimi obecnie metodami
Niezawodność działania systemoacutew kanalizacji deszczowej czy ogoacutelnospławnej nie jest
w pełni możliwa do osiągnięcia ze względu na losowy charakter opadoacutew Dążyć należy zatem
do bezpiecznego ich wymiarowania tj gwarantującego osiągnięcie wspoacutełcześnie
wymaganego standardu odwodnienia terenoacutew ktoacutery definiuje się jako przystosowanie
systemu do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych) strumieni woacuted opadowych z
częstością roacutewną dopuszczalnej (akceptowalnej społecznie) częstości wystąpienia wylania na
powierzchnię terenu (tab 11) ndash także w przyszłości
KANALIZACJA I
33
Tab 11 Zalecane częstości projektowe deszczu obliczeniowego wg PN-EN 75220082017
i dopuszczalne częstości wystąpienia wylania wg PN-EN 7522008 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Rodzaj zagospodarowania terenu
- standard odwodnienia terenu
Częstość wystąpienia
wylania
[1 raz na C lat]
1 na 1 I Tereny pozamiejskie 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
Biorąc pod uwagę obecną wiedzę na temat trendoacutew zmian klimatu do 2100 roku
dostosowanie typowych opadoacutew projektowych do wymiarowania i modelowania odwodnień
terenoacutew (tab 11 divide 13) można dokonać poprzez korektę ich intensywności - krzywych IDF o
obecnych częstościach występowania lub zmieniając częstości występowania wspoacutełczesnych
opadoacutew projektowych Oznacza to że dzisiejsze intensywności opadoacutew należy zwiększyć o
około 20 dla C = 1 rok do około 50 dla C = 10 lat lub też częstości występowania
obecnych opadoacutew należy zredukować około 2 razy Na tej podstawie opracowano wytyczne
do identyfikacji przyszłych przeciążeń hydraulicznych w systemach kanalizacyjnych Flandrii
w Belgii [2]
W Niemczech zalecono korektę częstości opadoacutew projektowych przyjmowanych
obecnie do weryfikacji nadpiętrzeń i wylewoacutew - wg standardoacutew DWA-A1182006 i EN
7522008 Przykładowo dla terenoacutew mieszkaniowych zaproponowano scenariusz opadoacutew C
= 5 lat zamiast C = 3 lata (wg tab 13) - do weryfikacji występowania przyszłych nadpiętrzeń
oraz scenariusz opadoacutew ekstremalnych o C = 100 lat - dla zapewnienia wymaganej obecnie
dopuszczalnej częstości wylewoacutew raz na 20 lat (wg tab 11) Na tej podstawie Krajowy
Urząd ds Środowiska w Bawarii wydał w 2009 roku zalecenie odnośnie częstości opadoacutew do
identyfikacji przyszłych przeciążeń kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej w Poacutełnocnej
Nadrenii-Westfalii co przedstawiono w tabeli 44
Tab 44 Zmiany do zaleceń DWA-A1182006 i EN 752 odnośnie scenariuszy opadoacutew do
identyfikacji przeciążeń systemoacutew kanalizacyjnych w przyszłości dla Poacutełnocnej Nadrenii-Westfalii
wg Merkblatt Nr 4332009
Rodzaj zagospodarowania terenu
Częstości opadoacutew do symulacji
- nadpiętrzeń - wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Tereny wiejskie 3 zamiast 2 50 zamiast 10
Tereny mieszkaniowe 5 zamiast 3 100 zamiast 20
Centra miast tereny usług i przemysłu 10 zamiast 5 100 zamiast 30
43 DZIAŁANIA PREWENCYJNE I ZARADCZE
431 Identyfikacja potencjalnych przeciążeń systemoacutew kanalizacyjnych w przyszłości
Z powodu globalnych regionalnych i lokalnych zmian klimatycznych w przyszłości
wystąpi jeszcze więcej ekstremalnych zjawisk opadowych ktoacutere będą powodować lokalne
szkody na terenach zurbanizowanych Odpowiednie działania prewencyjne i zaradcze w celu
zminimalizowania negatywnych skutkoacutew takich zdarzeń w przyszłości są już dziś pilnie
potrzebne bowiem budowane obecnie systemy odwodnień terenoacutew powinny sprawdzać się w
działaniu w horyzoncie czasowym 2100 roku Tak więc wymiarując dzisiejsze systemy
kanalizacyjne powinniśmy uwzględniać prognozowane scenariusze opadoacutew w przyszłości
Pierwszym etapem do identyfikacji przeciążeń kanałoacutew i obiektoacutew w przyszłości
powinna być symulacja działania istniejącego bądź nowoprojektowanego systemu
KANALIZACJA I
34
odwodnienia odnośnie nadpiętrzeń Parametrami kryterialnymi do wykazania konieczności
dostosowania danego systemu odwodnienia do zmian klimatycznych mogą być objętość
właściwa wylewoacutew (OWW) stopień zatopienia studzienek (SZS) i stopień wykorzystania
kanałoacutew (SWK) Wskaźnik OWW (w m3ha) wynika z obliczonej objętości wylewoacutew z
kanałoacutew (V w m3) względem uszczelnionejzredukowanej powierzchni Fzr zlewni (w ha)
zrF
VOWW (46)
Wskaźnik SZS ujmuje stosunek liczby zalanych do powierzchni terenu studzienek (Nz)
do ogoacutelnej liczby studzienek (N) danego systemu lub powiązanych wzajemnie jego części
N
NSZS
z (47)
Wskaźnik SWK pozwala na ocenę średniego ważonego stopnia wykorzystania
przepustowości hydraulicznej całej sieci danego systemu odwadniającego lub jego części
i
n
iproj
i
i
l
Q
Ql
SWK1
max
(48)
gdzie
Qmaxi - maksymalna obliczona wartość strumienia odpływu i-tego odcinka kanału m3s
Qproji - maksymalna projektowa wartość strumienia odpływu i-tego odcinka m3s
li - długość i-tego odcinka sieci kanalizacyjnej złożonej z n odcinkoacutew m
Wartości graniczne wskaźnikoacutew OWW SZS i SWK powinny być ustalane indywidualnie
dla danego systemu Przykład z [2] podano w tab 49
Tab 49 Parametry do oceny konieczności adaptacji kanalizacji do zmian klimatu Skala wartości wskaźnikoacutew
SWK [-]
00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 2 gt2
SZS [-]
0 005 01 015 02 025 03 035 04 045 05 gt05
OWW [m3ha]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 gt20
Potrzeba
dostosowania brak średnia duża
W przypadku gdy zidentyfikowane zostaną lokalne przeciążenia systemu (wg
scenariuszy z tab 44) konieczne są dalsze analizy ryzyka podatności Można tego dokonać
na podstawie ocen GIS ilub in-situ a w przypadku stwierdzenia rozległych przeciążeń
niezbędna staje się dodatkowa symulacja działania systemu w połączeniu z cyfrowym
modelem terenu Zalecane jest to zwłaszcza w przypadku gdy co najmniej dwa kryterialne
parametry oceny (OWW i SZS lub SWK) wskazują na wysoką potrzebę adaptacji (tab 49)
Szczegoacutełowa analiza wynikoacutew symulacji pozwala na wytyczenie granic terenoacutew zalewowych
a także na specyfikację głębokości wody szybkości strumienia i objętości spływu wody
Dalsze kroki planowania powinny polegać na wskazaniu potencjalnych rezerwuaroacutew
(np zagłębień terenowych) do retencjonowania lub ewentualnie kierowania fali spływu
powierzchniowego na tereny słabiej zagospodarowane (nieużytki ogrody działkowe boiska
sportowe) z ewentualnym zaleceniem podwyższenia krawężnikoacutew lub też budowy wałoacutew
przeciw powodziowych (trwałych bądź zastawkowych)
432 Zasady miejscowego zagospodarowania woacuted opadowych
Zagrożenia dla systemoacutew kanalizacyjnych wynikające ze zmian klimatu wywoływane
są zaroacutewno omoacutewionymi już czynnikami klimatycznymi (wzrost temperatury powietrza i
KANALIZACJA I
35
zmiany w strukturze opadoacutew) jak i poza klimatycznymi związanymi min ze zmianami
sposobu zagospodarowania czy użytkowania terenu Na zmiany klimatu nakłada się więc
wpływ szeregu procesoacutew urbanizacyjnych w tym intensywna działalność gospodarcza i
zajmowanie nowych obszaroacutew szczegoacutelnie wrażliwych na skutki zmian klimatu (np obszary
zalewowe) Wzrasta też na ogoacuteł udział powierzchni nieprzepuszczalnych na terenach już
zabudowanych
Naturalny obieg wody w przyrodzie charakteryzuje się roacutewnowagą pomiędzy
zjawiskami opadoacutew atmosferycznych a procesami spływu powierzchniowego infiltracji do
gruntu (i do woacuted podziemnych) oraz parowania do atmosfery Dynamiczna urbanizacja
terenoacutew miejskich przyczynia się do zwiększenia powierzchni uszczelnionych na obszarach
do niedawna słabo zagospodarowanych lub pokrytych roślinnością Skutkuje to zmianami
intensywności spływu powierzchniowego woacuted opadowych Wielkość infiltracji woacuted
opadowych do gruntu w warunkach naturalnych szacowana jest zwykle na poziomie
80divide100 przy spływie powierzchniowym wynoszącym 20divide0 Rozwoacutej miast i związany z
tym proces uszczelniania powierzchni burzy te proporcje W zależności od stopnia
urbanizacji spływ powierzchniowy może sięgać nawet powyżej 80 a naturalna infiltracja
woacuted opadowych może zostać ograniczona do poziomu poniżej 20 (rys 47)
Rys 47 Spływ powierzchniowy i podziemny woacuted opadowych w zależności
od stopnia urbanizacji terenu [httplincolnnegov]
Zgodnie z zasadą zroacutewnoważonego rozwoju prawidłowa gospodarka wodna na
terenach zurbanizowanych powinna polegać na zagospodarowaniu jak największej objętości
bdquoczystychrdquo woacuted opadowych tak aby
zmniejszyć i opoacuteźnić spływ powierzchniowy woacuted do odbiornikoacutew oraz
zapobiec obniżaniu się poziomoacutew woacuted podziemnych w miastach
Wykorzystuje się w tym celu procesy retencji infiltracji i ewapotranspiracji w
takich obiektach jak zbiorniki retencyjno-infiltracyjne naturalne niecki terenowe czy
lansowane ostatnio tzw zielone dachy [2] Unikać przy tym należy generalnie nadmiernego
uszczelniania powierzchni terenu (stosować np utwardzanie ażurowe) Przyczyni się to w
bezpośredni bądź pośredni sposoacuteb do ochrony terenoacutew zurbanizowanych przed powodziami
miejskimi ndash wylewami z kanałoacutew
Wodyścieki opadowe (deszczowe i roztopowe) pochodzące z zanieczyszczonych
uszczelnionych powierzchni terenoacutew zurbanizowanych przed wprowadzeniem ich do gruntu
powinny być podczyszczane Wynika to z Rozporządzeń Ministra Środowiska (RMŚ) z 2006
i 2014 roku Nie dotyczy to woacuted opadowych pochodzących z niezanieczyszczonych
szczelnych powierzchni (np z dachoacutew budynkoacutew na terenach mieszkaniowych)
KANALIZACJA I
36
Infiltracja z retencją powierzchniową stosowana jest na terenach zielonych Najczęściej
wykorzystuje się do tego celu naturalne zagłębienia terenu jako tzw niecki rozsączające w
ktoacuterych napełnienie wodą nie przekracza zwykle 03 m Zbiorniki rozsączające to zazwyczaj
wyprofilowane zagłębienia terenu w ktoacuterych napełnienie wodą nie przekracza 10 m
Poprawę zdolności chłonnych zbiornikoacutew oraz efektoacutew samooczyszczania woacuted opadowych
można uzyskać poprzez obsianie dna i skarp odpowiednio dobranymi mieszankami traw i
innej roślinności
Infiltracja z retencją podziemną - rozsączanie podziemne woacuted opadowych może się
odbywać poprzez skrzynki czy komory rozsączające oraz studnie czy drenaże chłonne [2] a) b) c)
Rys 48 Schematy przykładowych urządzeń do rozsączania podziemnego woacuted deszczowych
a) skrzynki rozsączające b) komora rozsączająca c) studnia chłonna
Skrzynki rozsączające umieszcza się zwykle w odpowiednio głębokich wykopach w
ktoacuterych wykonuje się warstwę drenażową - o dużej wartości wspoacutełczynnika filtracji Komory
rozsączające charakteryzują się na ogoacuteł bardziej wytrzymałą konstrukcją nośną w stosunku
do skrzynek rozsączających Są najczęściej stosowane do odwadniania dużych powierzchni
Studnie i drenaże chłonne znajdują zastosowanie przy braku naturalnych odbiornikoacutew i przy
ograniczonych możliwościach zastosowania urządzeń o większej powierzchni infiltracji
5 METODY BILANSOWANIA STRUMIENI ŚCIEKOacuteW
51 ŚCIEKI BYTOWO-GOSPODARCZE I PRZEMYSŁOWE
Grawitacyjne kanały ściekowe (tj bytowo-gospodarcze i przemysłowe) wymiaruje się
na maksymalny godzinowy strumień objętości ściekoacutew bytowo-gospodarczych i
przemysłowych (w dobie maksymalnej) z uwzględnieniem strumienia woacuted przypadkowych
tj infiltracyjnych i deszczowych (w okresie mokrej pogody) Miarodajny do wymiarowania
strumień objętości ściekoacutew Qm śc (w dm3s) obliczać należy z wzoru [2]
Qm śc = Qbg + Qp + Qinf + Qwd (513)
lub ogoacutelnie
Qm śc = Qbg + Qp + Qprzyp (513a)
gdzie
Qbg - strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych dm3s
Qp - strumień ściekoacutew przemysłowych dm3s
Qinf - strumień woacuted infiltracyjnych (przypadkowy) dm3s
Qwd - strumień woacuted deszczowych (przypadkowy) dm3s
Qprzyp - łączny strumień woacuted przypadkowych (Qinf + Qwd) dm3s
Kanały ściekowe należy więc dobierać na miarodajną wartość strumienia ściekoacutew i woacuted
przypadkowych Qm śc (z wzoroacutew (513) lub (513a)) z pozostawieniem rezerwy na
przyszłościowy rozwoacutej tj na potencjalny wzrost wartości strumienia ściekoacutew w przyszłości
(w perspektywie większej niż 50 lat)
KANALIZACJA I
37
Bilans odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych opracowuje się wg
podobnych zasad jak bilans zapotrzebowania na wodę - do wymiarowania wodociągoacutew
Obecnie odstępuje się od sporządzania szczegoacutełowych bilansoacutew wodnych zwłaszcza na
perspektywę ge 50 lat na rzecz bilansoacutew opartych na wskaźnikach jednostkowych bądź
scalonych
W metodach bilansowania odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
wykorzystuje się wskaźniki zużycia wodyodpływu ściekoacutew
jednostkowe średnio-dobowe (w dm3d) - w przeliczeniu na mieszkańca (Mk)
scalone maksymalne-godzinowe (w dm3s) - w przeliczeniu na mieszkańca (Mk)
ilub na powierzchnię jednostkową danej zlewni (w ha)
Strumień objętości odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych (Qbg) i przemysłowych
(Qp) można więc zbilansować dwoma metodami
A metodą wskaźnikoacutew średnich dobowych (MWŚD) bądź
B metodą wskaźnikoacutew maksymalnych godzinowych (MWMG)
Ad A Bilans ściekoacutew Qbg i Qp wg metody wskaźnikoacutew średnich dobowych (MWŚD)
Średnie dobowe w roku (Qdśr) zużycie wodyodpływ ściekoacutew (w m3d) wynosi
idisrd QQ
365
1365
1
(51)
Rys 51 Nieroacutewnomierność poboru wody bądź odpływu ściekoacutew w roku (0274=100365 d)
Wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności dobowej (Nd) i maksymalny dobowy odpływ
ściekoacutew (Qdmax) wynosi
ddsrd
dsr
dd NQQ
Q
QN max
max (52)
Wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności godzinowej (Nh) i maksymalny godzinowy odpływ
ściekoacutew (Qhmax) w dobie o Qdmax wynosi
hhsrh
d
h
hsr
hh NQQ
Q
Q
Q
QN max
max
maxmax 24 (53)
Rys 52 Nieroacutewnomierność odpływu ściekoacutew w dobie (4167=10024 h)
Stąd maksymalny godzinowy strumień objętości ściekoacutew (w dm3s) wyniesie
86400max srdhdh QNNQ (54)
KANALIZACJA I
38
UWAGA Wielkość zużycia wody w danej jednostce osadniczej określić można
najdokładniej na podstawie zarejestrowanego poboru wody (z wodomierzy) Odpływ
ściekoacutew bytowo-gospodarczych czy przemysłowych jest mniejszy od 100 rejestrowanego
poboru wody i ma mniejszą nieroacutewnomierność godzinową (retencja sieci) w stosunku do
poboru wody w tym przesuniętą w czasie (rys 53)
Rys 53 Nieroacutewnomierność poboru wody i odpływu ściekoacutew w dobie
Najpierw bilansuje się średnie dobowe (w m3d) zapotrzebowanie na wodę w
poszczegoacutelnych elementach zagospodarowania przestrzennego (Lp od 1 do 4 w tab 51a)
posługując się liczbą mieszkańcoacutew (LMk) miastaosiedlastrefy i wskaźnikiem jednostkowego
średniego dobowego zapotrzebowania na wodę (qj)
Qd śr = 0001
4
1i
q j middot LMk (55)
gdzie
qj - wskaźnik jednostkowego dobowego zużycia wody na mieszkańca w dm3d (tab 51a)
LMk - liczba mieszkańcoacutew miastaosiedlastrefy Mk
Tab 51a Wskaźniki jednostkowego zapotrzebowania na wodę w miastach [1 2]
Lp
Elementy zagospodarowania
przestrzennego
terenu zurbanizowanego
Jedno-
stka
Wskaźnik
zużycia wody
qj dm3d
Wspoacutełczynnik
nieroacutewnomierności
dobowej Nd
1
Mieszkalnictwo
wielo- i jednorodzinne I
wg klasy wyposażenia II
instalacyjnego mieszkań III
Mk
Mk
Mk
140 divide 160
80 divide 100
70 divide 90
15 divide 13
15 divide 13
20 divide 15
2 Usługi ogoacutelnomiejskie Mk 60 13
3 Komunikacja zbiorowa Mk 4 12
4 Tereny przemysłowo-składowe Mk 70 115
I klasa - pełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z dostawą ciepłej wody użytkowej z zewnątrz
II klasa - pełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z lokalnym źroacutedłem ciepłej wody użytkowej
III klasa - niepełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z lokalnym źroacutedłem ciepłej wody użytkowej
UWAGA Podane w tabeli 51a informacje dotyczące wskaźnikoacutew zapotrzebowania na wodę dla
bdquomieszkalnictwardquo (wg RMI z 2002 roku) w odniesieniu do I klasy wyposażenia instalacyjnego
mieszkań (tj z dostawą ciepłej wody użytkowej z zewnątrz ndash np z miejskiej ciepłowni) są obecnie
zawyżone 140divide160 dm3d na Mk w stosunku do wskaźnika dla II klasy (tj mieszkań z lokalnym
źroacutedłem ciepłej wody użytkowej) 80divide100 dm3d na Mk Według najnowszych badań [2]
należałoby na perspektywę dla I klasy przyjmować wskaźnik jednostkowy w granicach 100divide160
dm3d na Mk (niższe wartości dla małych miast)
Następnie oblicza się maksymalny dobowy strumień odpływu ściekoacutew (w m3d) z
wykorzystaniem wzoroacutew [2]
Qdmax śc = Σ (Qd śr middot Nd middot η) (56)
lub
Qdmax śc = 0001 Σ (qj middot LMk middot Nd middot η) (57)
KANALIZACJA I
39
gdzie
Nd ndash wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności dobowej (wg tab 51a) -
η ndash wspoacutełczynnik (zmniejszający) określający strumień odpływu ściekoacutew -
Dobowy odpływ ściekoacutew jest mniejszy od poboru wody wodociągowej o wartość
mnożnika [1 2]
η = 095 - dla mieszkalnictwa (wielo- i jednorodzinnego)
η = 095 - dla usług ogoacutelnomiejskich
η = 10 - dla komunikacji zbiorowej
η = 085 - dla terenoacutew przemysłowo-składowych
Przyjmując za podstawę obliczony z wzoroacutew (56) lub (57) maksymalny dobowy
strumień ściekoacutew w poszczegoacutelnych elementach zagospodarowania przestrzennego (Lp 1 divide 4
ndash wg tab 51a) jako Qdmax śc = 100 sporządza się histogramy odpływoacutew godzinowych
ściekoacutew (w m3h) wykorzystując do tego (z braku odpowiednich badań) istniejące modele
symulacyjne zapotrzebowania na wodę tj procentowe rozbiory w poszczegoacutelnych godzinach
(w dobie maksymalnej) podane w tabeli 52a Zwykle decydujący o wielkości odpływu
ściekoacutew jest udział mieszkalnictwa ndash najczęściej 60divide80 Qd max śc
Tab 52a Modele symulacyjne rozkładoacutew godzinowych zapotrzebowania
na wodęodpływu ściekoacutew w dobie maksymalnej [1 2]
Godziny
od - do
Elementy zagospodarowania przestrzennego
Mieszkalnictwo Usługi
ogoacutelno-
miejskie
Komunika-
cja zbiorowa
Tereny
przemy-
słowe wieloro-
dzinne
jedno-
rodzinne
0 ndash 1 125 135 100 - 050
1 ndash 2 085 065 100 1650 050
2 ndash 3 085 065 100 1650 050
3 ndash 4 085 065 100 1650 050
4 ndash 5 210 085 100 1650 050
5 ndash 6 250 (300) 300 100 - 050
6 ndash 7 545 (625) 515 100 - 875
7 ndash 8 625 (545) 475 200 - 875
8 ndash 9 495 (445) 445 300 - 875
9 ndash 10 440 420 700 850 875
10 ndash 11 420 340 1000 850 875
11 ndash 12 405 340 1200 850 875
12 ndash 13 390 340 1200 850 875
13 ndash 14 430 400 1200 - 875
14 ndash 15 440 420 1000 - 325
15 ndash 16 475 380 700 - 325
16 ndash 17 565 435 300 - 325
17 ndash 18 530 500 300 - 325
18 ndash 19 565 685 300 - 325
19 ndash 20 630 915 300 - 325
20 ndash 21 660 900 200 - 325
21 ndash 22 680 745 200 - 325
22 ndash 23 545 550 100 - 050
23 ndash 24 320 480 100 - 050
Suma 100 100 100 100 100
- przy założonej zmianowości pracy I zmiana - 70 II zmiana - 26 III zmiana - 4
( ) - w nawiasach podano wartości dla miast o przewadze funkcji przemysłowych
Zsumowanie odpływoacutew ściekoacutew w poszczegoacutelnych godzinach z wszystkich elementoacutew
zagospodarowania (tab 52a) prowadzi do określenia największej wartości godzinowego
odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych (w m3h) - najczęściej
występującej w godzinach rannych 600 divide 800 lub wieczornych - 1900 divide 2200
Qhmax śc = Qbg + Qp
- ktoacutera jest następnie przeliczana na dm3s (dzieląc przez 36) i podstawiana do roacutewnań
bilansowych ściekoacutew Qm śc - do wzoroacutew (513) i (513a))
KANALIZACJA I
40
Ad B Bilans Qbg i Qp wg metody wskaźnikoacutew maksymalnych godzinowych (MWMG)
W Niemczech średnie dobowe zużycie wody przez mieszkańca łącznie z usługami
kształtuje się na poziomie od 80 do 200 dm3d W Polsce odpowiednio od 90 dm3d do 220
dm3d Wartości przeciętne są na podobnym poziomie ok 130 dm3(dmiddotMk) Z braku
aktualnych danych o wskaźnikach nieroacutewnomierności dobowej (Nd) i godzinowej (Nh)
odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych w Polsce można posługiwać się wytycznymi
niemieckimi wg DWA-A118 z 2006 r [1 2 3] ktoacutere na perspektywę 50 lat przewidują
wskaźnik scalony
qbg = 0004divide0005 dm3s - na 1 mieszkańca
- jako maksymalny godzinowy odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych z mieszkalnictwa
wraz z usługami ogoacutelnomiejskimi Stąd strumień ściekoacutew Qbg (w dm3s) można oszacować z
wzoroacutew [2]
Qbg = qbg middot Z middot Fbg (58)
lub
Qbg = qbg middot LMk (58a)
gdzie
qbg - wskaźnik maksymalnego odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych dm3(s∙Mk)
Z - gęstość zaludnienia miast Mkha
Fbg - powierzchnia zlewni miejskiej ściekoacutew bytowo-gospodarczych ha
LMk - liczba mieszkańcoacutew miastaosiedlastrefy Mk
Zaludnienie na terenach zurbanizowanych (Z) kształtuje się zwykle na poziomie od 20
Mkha do 300 Mkha
Odnośnie ściekoacutew przemysłowych ndash na wydzielonych powierzchniach miasta (Fp w
ha) można posługiwać się wskaźnikami scalonymi maksymalnego godzinowego odpływu
ściekoacutew przemysłowych wg DWA-A118 skąd strumień Qp (w dm3s) oszacować można z
ogoacutelnego wzoru [2]
ppp FqQ (59)
gdzie
qp(n) = 02divide05 dm3(s∙ha) - wskaźnik odpływu ściekoacutew z przemysłu niewodochłonnego
qp(w) = 05divide10 dm3(s∙ha) - wskaźnik odpływu ściekoacutew z przemysłu wodochłonnego
Fp ndash powierzchnia zlewni ściekoacutew przemysłowych (powierzchnia wydzielonych terenoacutew
przemysłowych) ha
UWAGA 1 Wartość strumienia jednostkowego qp zależny od branży i technologii produkcji
ale też od czasu pracy - zmianowości itp W Polsce dotychczasowe wytyczne (z lat 60-tych
XX wieku) przewidywały qp(n) = 03divide12 dm3(s∙ha) oraz qp(w) = 12divide58 dm3(s∙ha) co jest
obecnie wysoce nie racjonalne ()
Rys 54 Wpływ zmianowości pracy w przemyśle na nieroacutewnomierność godzinową odpływu ściekoacutew
KANALIZACJA I
41
UWAGA 2 Przemysł min ze względu na zmianowość pracy może mieć istotny wpływ na
nieroacutewnomierność godzinową odpływu ściekoacutew Przykład na rysunku 54
UWAGA 3 Odpływ ściekoacutew z terenoacutew przemysłowych może być większy od
rejestrowanego poboru wody wodociągowej Zakłady przemysłowe posiadają często własne
ujęcia wody woacutewczas wartość strumienia (Qp) i nieroacutewnomierność odpływu ściekoacutew
przemysłowych należy ustalać na podstawie ankiet ilub pomiaroacutew
52 BILANS WOacuteD PRZYPADKOWYCH
Szczegoacutełowe ustalenie strumieni ściekoacutew - miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew
powinno uwzględniać dodatkowo dopływ woacuted przypadkowych tj głoacutewnie infiltracyjnych i
opadowych Qprzyp = Qinf + Qwd (w dm3s) Głoacutewnie wskutek starzenia się materiałoacutew ndash
kanałoacutew dochodzi do ich uszkodzeń i rozszczelnień co powoduje
infiltrację woacuted podziemnych do wnętrza kanałoacutew bądź też
eksfiltrację ściekoacutew do gruntu i skażenie woacuted podziemnych
Wg nieaktualnych polskich wytycznych technicznych z 1965 roku w przypadku gdy
dno kanału zagłębione jest pod zwierciadłem wody podziemnej o H le 4 m (wg rys 55)
jednostkową wartość infiltracji (qinf ) należało przyjmować
dla sieci osiedlowej qinf = 10 m3(d∙km) lub odpowiednio 05 divide 20 m3(d∙ha)
dla sieci miejskiej
qinf = 10 m3(d∙km) lub 05divide20 m3(d∙ha) - kanały murowane i tworzywowe
qinf = 30 m3(d∙km) lub 15divide60 m3(d∙ha) - kanały kamionkowe
qinf = 40 m3(d∙km) lub 20divide80 m3(d∙ha) - kanały betonowe
Rys 55 Zagłębienie kanału względem zwierciadła wody podziemne
Przy zagłębieniu kanałoacutew H gt 4 m należało zwiększyć qinf o 20 co 1 m - powyżej 4
m Dla przykładu dla H = 6 m i kanału miejskiego z kamionki qinf = 14 middot 30 = 42 m3(d∙km)
UWAGA Obecnie wykonuje się proacuteby szczelności nowych kanałoacutew - przy odbiorze
technicznym - mniejsza będzie infiltracja w przyszłości
Obok woacuted infiltracyjnych wody przypadkowe stanowią wody deszczowe dopływające
do kanałoacutew ściekowych (podczas pogody deszczowej) przez
otwory wentylacyjne we włazach studzienek kanalizacyjnych
błędne podłączenia np rynien dachowych wpustoacutew podwoacuterzowych itp
Tabela 53 Możliwe składowe woacuted przypadkowych w zależności od rodzaju kanałoacutew [ATV A-118]
Kanał ogoacutelnospławny Kanał deszczowy Kanał ściekowy - infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- dopływające wody drenażowe i
źroacutedlane
- dopływające wody drenażowe
źroacutedlane oraz powierzchniowe (ze
strumieni potokoacutew itp)
- dopływające wody drenażowe i
źroacutedlane
- dopływające ścieki (bdquosanitarnerdquo)
poprzez błędne podłączenia
- dopływające wody deszczowe
poprzez włazy studzienek i błędne
podłączenia
KANALIZACJA I
42
Strumień dopływu woacuted przypadkowych zależy od charakterystyki miastaosiedla tj
rodzaju materiału kanałoacutew jakości wykonania i wieku kanałoacutew oraz zagłębienia pod
zwierciadłem wody podziemnej spadkoacutew powierzchni terenu rodzaju nawierzchni droacuteg itp
Można go oszacować przez pomiar strumienia przepływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i
przemysłowych w godzinach nocnych - przy odciętym dopływie wody wodociągowej
podczas pogody deszczowej i bezdeszczowej
Na podstawie wytycznych niemieckich DWA-A 1182006 zaleca się przyjmowanie
następujących wartości wskaźnikoacutew jednostkowych woacuted przypadkowych [1 2 3]
qinf [005 015] dm3(s∙ha) - dla infiltracji (wg polskich wytycznych np dla H le 40
m wskaźnik ten wynosiłby qinf = 0006divide010 dm3(s∙ha))
qwd [02 07] dm3(s∙ha) - dla dopływu woacuted deszczowych (nie uwzględniany w
bilansach ściekoacutew wg dotychczasowych polskich wytycznych )
czyli łącznie
qprzyp [025 085] dm3(s∙ha) - do bilansu ściekoacutew wg wzoru (513a)
Strumień woacuted przypadkowych Qprzyp = Qinf + Qwd (w dm3s) można określać oddzielnie ndash
dla powierzchni cząstkowych zlewni ściekoacutew bytowo-gospodarczych (Fbg w ha) oraz zlewni
ściekoacutew przemysłowych (Fp w ha) korzystając z wzoroacutew [1 2]
Qprzyp b-g = Qinf + Qwd = (qinf + qwd) middot Fbg
Qprzypp = Qinf + Qwd = (qinf + qwd) middot Fp
Przykład metodyczny Podział zlewni ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych na
powierzchnie cząstkowe przynależne do danego odcinka kanału ściekowego (A-B-C) i
obliczenia strumieni ściekoacutew do doboru średnic ndash schemat na rys 57
Rys 57 Schemat podziału zlewni ściekoacutew na powierzchnie cząstkowe
Wymiar kanału na odcinku AB dobieramy na strumień miarodajny - maksymalny
godzinowy QB (w dm3s) - bezpośrednio przed węzłem B
QB = qbg middot Z middot sumFbg AB + [(qinf + qwd) middot sumFbg AB]
a wymiar kanału na odcinku BC na łączny strumień QC (na odcinkach AB i BC) -
bezpośrednio przed węzłem C
QC = QB + qbg middot Z middot Fbg BC + [(qinf + qwd) middot Fbg BC] + qpmiddot Fp BC + [(qinf + qwd) middot Fp BC]
KANALIZACJA I
43
53 ZALECANE WYPEŁNIENIA KANAŁOacuteW ŚCIEKOWYCH
Dotychczas w Polsce (wg WTP z 1965 r) błędnie przyjmowano ryczałtowo strumień
woacuted przypadkowych w tym infiltracyjnych z rezerwą na przyszłościowy rozwoacutej w
wysokości 100 Qh max śc tj ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych a wymiar
kanału dobierano na 2Qh max śc - do całkowitego wypełnienia kanału Zmienione zasady
projektowe w 1983 roku [wg IKŚ] zalecały przyjmowanie wypełnień względnych kanałoacutew
ściekowych hD le 06 (tj do 60 średnicy) dla kanałoacutew o średnicach D lt 10 m ale dla
miarodajnego (maksymalnego godzinowego) strumienia samych ściekoacutew Q = Qbg + Qp
czyli do 67 obliczeniowej przepustowości całkowitej (Qo = 100) kanału kołowego Tym
samym ograniczono rezerwę przepustowości takich kanałoacutew ndash łącznie na wody przypadkowe
i infiltracyjne oraz na przyszłościowy rozwoacutej - z ok 50 do ok 33 (rys 56)
przepustowości całkowitej (Qo) Prowadziło to do niedowymiarowania średnic kanałoacutew
Rys 56 Przykładowe krzywe sprawności hydraulicznej kanału kołowego (QQo od hD)
Wypracowane w Niemczech zasady wymiarowania kanałoacutew ściekowych są
poprawniejsze bowiem rezerwa bezpieczeństwa przepustowości kanałoacutew (na przyszłościowy
rozwoacutej) jest uwzględniana dopiero po wyznaczeniu miarodajnego odpływu ściekoacutew Qm śc tj
łącznie ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych oraz woacuted przypadkowych
(infiltracyjnych i woacuted deszczowych) Tak więc miarodajny strumień objętości ściekoacutew
wyznacza się dla 4 składowych dopływu
Qm śc = Qbg + Qp + Qinf + Qwd (513)
- a kanały ściekowe dobiera się na wypełnienie hD od 50 do 70 co odpowiada
przepustowości całkowitej (Qo = 100) przekroju kołowego od 50 do 83 (rys 56) czyli
pozostaje bdquoczystardquo rezerwa na przyszłościowy rozwoacutej od 50 do 17 Qo ndash w zależności od
ważności kanału ściekowego w systemie Powstająca w ten sposoacuteb bdquonadwyżkardquo
przepustowości kanału nie może być w żadnym wypadku traktowana w kategorii
bdquorozrzutnościrdquo lecz jako zabezpieczenie pewności działania systemu (ochrony przed
wylaniem) a także jako rezerwa rozwojowa do ewentualnego wykorzystania w przyszłości
Zalecenia do doboru średnic kanałoacutew ściekowych
Obecnie wg wytycznych DWA-A 1182006 jako minimalną średnicę kanałoacutew bytowo-
gospodarczych i przemysłowych w miastach należy przyjmować Dmin = 025 m a tylko w
uzasadnionych przypadkach dopuszcza się (jak w dotychczas) Dmin = 020 m ndash na
początkowych odcinkach sieci przy znacznych spadkach terenu i luźnej zabudowie
Minimalne spadki dna kanałoacutew ściekowych można obliczać z formuły imin = 1D (imin
w [permil] dla D w [m]) Jednakże dla małych względnych wypełnień kanałoacutew ściekami hD le
03 spadki dna powinny być znacznie większe niż obliczane z formuły 1D ze względu na
niespełnianie woacutewczas hydromechanicznych warunkoacutew transportu zawiesin (organicznych i
mineralnych) zawartych w ściekach w tym wleczonych przy dnie kanału (podano to w
notatkach - wg rozdz 9 z podręcznika [2]) Spadek maksymalny dna kanałoacutew ściekowych
(imax) powinien wynikać z warunku nieprzekraczania prędkości maksymalnej Vmax = 30 ms
KANALIZACJA I
44
6 PODSTAWY BILANSOWANIA WOacuteD OPADOWYCH 61 OGOacuteLNA CHARAKTERYSTYKA SPŁYWOacuteW OPADOWYCH
611 OPADY ATMOSFERYCZNE
Opady atmosferyczne w naszej szerokości geograficznej występują głoacutewnie w postaci
deszczu (ciekłej) oraz śniegu i gradu (stałej) Ze względu na odmienny charakter spływu
natychmiastowy w przypadku deszczu
przesunięty w czasie w przypadku topnieniu śniegu czy lodu
do wymiarowania kanalizacji rozważane są wyłącznie opady deszczowe jako dające
największe chwilowe odpływy Spływy woacuted pochodzące z topnienia śniegu czy lodu
stwarzają problemy natury jakościowej - są silnie zanieczyszczone min pyłami
atmosferycznymi po długim okresie zalegania na powierzchni terenu Ogoacutelnie zjawisko
opadoacutew deszczowych charakteryzują 3 parametry
intensywność deszczu I = ΔhΔt (zmiany wysokości opadu Δh w czasie Δt)
czas trwania deszczu t
zasięg terytorialny F
Intensywność deszczu nie jest stała w czasie jego trwania jak też w przestrzeni objętej
opadem Deszcze wyjątkowo intensywne (tzw ulewne czy nawalne) zdarzają się rzadko (raz
na kilka czy raz na kilkanaście lat) trwają kroacutetko i mają mały zasięg terytorialny Przykład
lokalne bdquooberwanie chmuryrdquo Deszcze mało czy średnio intensywne występują częściej
trwają dłużej i obejmują większe obszary Przykład opad regionalny typu bdquokapuśniaczekrdquo UWAGA W kanalizacji posługujemy się częściej pojęciem jednostkowego natężenia
deszczu q w dm3s ha zamiast intensywności deszczu I = ΔhΔt w mmmin Między tymi
wielkościami zachodzi związek wynikający z przeliczenia jednostek miar
q = 16667∙I (63)
i odwrotnie I = q 16667
Zasięg deszczu (w km2) opisuje w przybliżeniu formuła Rosłońskiego dla I lt 5
mmmin
F = 5(5 ndash I)3 (64)
Przykładowo
- dla I = 1 mmmin (q = 167 dm3s ha) - F = 320 km2 (- obszar dużego miasta)
- dla I = 2 mmmin (q = 333 dm3s ha) - F = 135 km2 (- mniejsze miasto)
- dla I = 3 mmmin (q = 500 dm3s ha) - F = 40 km2 (- dzielnica miasta)
- dla I = 4 mmmin (q = 667 dm3s ha) - F = 5 km2 (- osiedle mieszkaniowe)
612 POROacuteWNANIE ILOŚCIOWE SPŁYWOacuteW DESZCZOWYCH ZE ŚCIEKAMI
Nie cały opad na obszarze zurbanizowanym - zlewni deszczowej o całkowitej
powierzchni F spływa do kanalizacji Część opadu deszczowego zwilża powierzchnie i
wyparowuje część wypełnia nieroacutewności terenu i wsiąka w grunt bądź też odpływa poza
zlewnię zgodnie ze spadkiem terenu Wysokość opadu ktoacutera nie stała się częścią spływu
określa się jako straty Pozostała część ndash tzw opad efektywny (dający już spływ
powierzchniowy) związany jest z tzw zlewnią zredukowaną Fzr (szczelną)
FFzr (65)
gdzie
ψ - wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego ψ = (H ndash (E + straty))H ψ[0 1]
H - wysokość opadu normalnego (średniego rocznego z wielolecia min 30 lat) mrok
E - wysokość parowania terenowego mrok bdquostratyrdquo - głoacutewnie wsiąkanie mrok
KANALIZACJA I
45
Przykładowe poroacutewnanie spływoacutew ściekoacutew i woacuted opadowych w roacuteżnym czasie
Jednostkową wielkość spływu powierzchniowego z opadoacutew w okresie obliczeniowym
np 1 roku z powierzchni zlewni F = 10 ha oszacować można (w m3rok) z wzoru
FHQ (66)
Przyjmując dla Polski opad normalny H = 060 m spływ woacuted opadowych z 1 ha
powierzchni przykładowo zlewni miejskiej przy średnim wspoacutełczynniku spływu ψ = 03
wyniesie
Odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych z 10 ha zabudowy miejskiej przy przyjęciu
gęstości zaludnienia Z = 200 Mkha i wskaźnika odpływu ściekoacutew qj = 02 m3Mk∙d ndash wraz z
usługami wyniesie w roku
rokmha
haMk
dMkmdFZqQ j
rocz
ść
33
1460001200)(
20365365
odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych jest ok 8 razy większy od odpływu woacuted opadowych
18180014600 rocz
op
rocz
ść QQ
Poroacutewnując jednak odpływy woacuted deszczowych i ściekoacutew w kroacutetkich okresach czasu -
w czasie trwania intensywnych opadoacutew (miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew
ogoacutelnospławnych i deszczowych) powyższe relacje odwroacutecą się Przykładowo przyjmując
średnie natężenie deszczu np q = 100 dm3s ha przy wspoacutełczynniku spływu ψ = 03
otrzymamy z powierzchni 1 ha
sdmhahasdmFqQ sek
op
33
300130)(100
a maksymalny godzinowy odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych przy Nd = 13 Nh = 20
qj = 200 dm3Mkmiddotd i Z = 200 Mkha wyniesie z powierzchni 1 ha
sdmha
haMk
dMkdmFZqNNQ jhd
sek
ść
33
2186400
01200)(
20023186400
Wynika stąd stosunek 252130 sek
ść
sek
op QQ 1 (czasem nawet 1001 - przy bardzo
rzadkich częstościach występowania intensywnych opadoacutew)
62 POMIARY OPADOacuteW DESZCZOWYCH 621 DESZCZOMIERZE KLASYCZNE
Do rejestracji wysokości opadoacutew atmosferycznych powszechnie stosowany jest
deszczomierz Hellmanna (rys 62) Składa się z cylindrycznej osłony i dwoacutech naczyń
montowanych na wysokości 10 m npt Naczynie goacuterne zakończone lejkiem kieruje opady
do naczynia dolnego - zbiornika Średnica wlotu wynosi 1596 cm stąd F = 200 cm2 Zwarta
budowa urządzenia zmniejsza parowanie Deszczomierze umieszcza się w okolicy
pozbawionej wysokich drzew
Rys 62 Deszczomierz Hellmanna
rokmmrokmFHQrocz
op
32 1800100003060
KANALIZACJA I
46
Odczyty odbywają się raz na dobę (najczęściej o godz 7 rano) Woda przelewana jest
woacutewczas ze zbiornika do szklanej menzurki gdzie odczytuje się jej objętość skąd wysokość
opadu h = VF (10 mm wysokości opadu oznacza 10 dm3m2)
Deszczomierz Hellmanna nie pozwala na rejestrację zmian intensywności opadoacutew w
czasie czy też czasu trwania poszczegoacutelnych faz opadoacutew Do tego celu służą (od połowy XX
wieku) tzw pluwiografy pływakowe - z graficznym zapisem zdarzeń na pluwiogramach
papierowych (rys 63) Dokładność pomiaru i zapisu takich urządzeń jest rzędu 01 mm
wysokości opadu tj 01 dm3m2
Rys 63 Schemat pluwiografu pływakowego
622 DESZCZOMIERZE NOWEJ GENERACJI - BEZOBSŁUGOWE
Pluwiometry wagowe Istotną wadą klasycznych deszczomierzy jest ich uciążliwa
obsługa - codzienna w przypadku deszczomierza Hellmanna i co kilka dni w przypadku
pluwiografu pływakowego (w tym także obecnie konieczność digitalizacji zapisoacutew na
pluwiogramach papierowych do formatu cyfrowego - do ich interpretacji czy archiwizacji)
Rozwoacutej automatyki elektroniki i radiotelefonii nowej generacji skutkował opracowaniem
nowych konstrukcji urządzeń do rejestracji opadoacutew deszczowych (ciekłych) i śnieżnych
(stałych) zwanych też pluwiointensometrami
Rys 64 Schemat pluwiointensometru wagowego
Pluwiointensometry wagowe pozwalają na rejestrację opadoacutew atmosferycznych (śniegu
i deszczu - opad łączny) z dokładnością do 001 mm wysokości opadu (h) Termostat z
grzałką umożliwia eksploatację urządzenia w okresach wczesnowiosennych i
poacuteźnojesiennych ndash przymrozki (rys 64) Pluwiogram w zapisie cyfrowym jest analogiczny
do wyżej omoacutewionego (papierowego) przesyłany może być drogą radiową do centrali
KANALIZACJA I
47
Pluwiometry korytkowe Deszczomierze z naczyniami wywrotnymi (korytkami)
stosowane są w automatycznych stacjach meteorologicznych min od 2007 r w sieci
IMGW-PIB - deszczomierze typu RG 50 firmy SEBA Wyposażone są w dwa na przemian
napełniane i oproacuteżniane zbiorniczki o małej pojemności (2 cm3)
Rys 65 Fragment zapisu opadu z dnia 7 VII 2009 r z deszczomierza SEBA na
stacji IMGW w Legnicy (suma wysokości opadu 1820divide2255 ndash h = 387 mm)
Impulsy zadziałania rejestrowane są z dokładnością sekundową i wysyłane drogą
radiową do centrali w zapisie cyfrowym - w formie zestawień tabelarycznych wykresoacutew
słupkowych (hietogramoacutew) czy pluwiogramoacutew - przykład na rysunku 65 Jeden impuls
odpowiada opadowi o wysokości h = 01 mm (tj 01 dm3m2)
623 DOKŁADNOŚĆ POMIAROacuteW OPADOacuteW I REPREZENTATYWNOŚĆ STACJI
Rejestratory elektroniczne mają istotne wady W odniesieniu do tradycyjnych
pluwiografoacutew pływakowych ktoacutere funkcjonują w zasadniczo niezmienionej postaci od
kilkudziesięciu lat urządzenia automatyczne są wrażliwe na zanieczyszczenia i ulegają często
rozregulowaniu a co za tym idzie ich wskazania stają się woacutewczas niemiarodajne
Przestawiając system pomiarowy wyłącznie na rejestrację elektroniczną nie można
więc zapominać o okresowych kontrolach i kalibracji tych urządzeń - na podstawie
tradycyjnych metod i urządzeń pomiarowych (jak np deszczomierz Hellmanna czy
pluwiograf pływakowy) Na rysunku 66 przedstawiono przykład rejestracji opadoacutew na stacji
meteorologicznej IMGW-PIB w Legnicy przez kilka urządzeń celem weryfikacji wynikoacutew
Rys 66 Deszczomierze na stacji meteorologicznej IMGW w Legnicy od lewej
pluwiografy pływakowy i korytkowy (SEBA) oraz deszczomierz Hellmanna
63 CHARAKTERYSTYKA ILOŚCIOWA OPADOacuteW
631 KRZYWE WZORCOWE OPADOacuteW
O zjawisku (tzw reżimie) opadowym określonego obszaru decyduje
położenie geograficzne
odległość od moacuterz i oceanoacutew
ukształtowanie powierzchni i wyniesienie nad poziomem morza
pokrycie i sposoacuteb użytkowania terenu
KANALIZACJA I
48
Ekstremalnie intensywne opady występujące w warunkach polskich nie roacuteżnią się
znacząco pod względem zwłaszcza dobowych sum wysokości od notowanych w krajach
ościennych (położonych na granicy klimatu morskiego i kontynentalnego jak Niemcy czy
Czechy) podobnie jak i opady we Wrocławiu (na Strachowicach) w poroacutewnaniu do
Warszawy (na Bielanach) ndash tabela 62
Tab 62 Maksymalne wysokości opadoacutew (w mm) o czasie trwania od 5 minut do 72 godzin w
wybranych krajach Europy na tle Wrocławia (Strachowice) i Warszawy (Bielany) [1 2]
Kraj
Miejscowość
Czas trwania opadu
minuty godziny doby
5 10 15 30 1 2 3 6 12 1 2 3
Polska 253 80 798 126 1761 1179 220 2218 - 300 428 557
Niemcy - 126 - 40 200 239 246 112 - 312 3799 458
Czechy 298 398 502 799 928 117 1266 1585 2036 3451 380 5367
Wrocław 131 187 247 329 353 577 619 631 642 801 1039 1169
Warszawa 206 219 28 366 408 495 504 57 68 801 1097 1133
Podstawową formą ilościowego opisu opadoacutew deszczowych są modele na zależność
intensywności I (mmmin) lub natężenia jednostkowego q (dm3s ha) bądź wysokości h (mm)
opadu od czasu jego trwania t i prawdopodobieństwa wystąpienia p lub zamiennie częstości
(powtarzalności) C opadu (lata) typu
( ) ( ) ( )I I t p q q t p h h t p (67)
Związek intensywności (czy natężenia jednostkowego) bądź wysokości opadu z czasem
jego trwania prezentowany jest najczęściej w postaci krzywych typu IDF (Intensity-Duration
Frequency) bądź typu DDF (Depth-Duration Frequency) dla roacuteżnych prawdopodobieństw p
(zamiennie częstości C) wystąpienia opadu Krzywe te stanowią rodzinę hiperbol o roacutewnaniu
cbt
aI
n
)( (68)
w ktoacuterym a b c n - wspoacutełczynniki empiryczne zależne od prawdopodobieństwa pojawienia
się danego deszczu oraz od czynnikoacutew klimatycznych i fizjograficznych zlewni
Krzywe deszczy typu IDF czy DDF są tworami syntetycznymi ustalanymi na
podstawie materiału empirycznego Na ich podstawie tworzony jest opad blokowy - o stałej
wartości natężenia w czasie ktoacutery jest podstawą wymiarowania kanalizacji deszczowej
632 ZWIĄZEK NATĘŻENIA OPADU Z CZĘSTOŚCIĄ WYSTĘPOWANIA
Zależność pomiędzy natężeniem jednostkowym a czasem trwania deszczu o określonym
prawdopodobieństwie pojawiania się - czyli częstości występowania (tj powtarzalności w
latach) przedstawiono poglądowo na rysunku 68
Rys 68 Zależność typu IDF - natężenia jednostkowego q od czasu trwania t deszczu o określonym
prawdopodobieństwie p pojawiania się ndash zamiennie częstości występowania C
KANALIZACJA I
49
Prawdopodobieństwo (p) pojawienia się danego deszczu z częstością (C) jego
występowania ujmuje związek
C
p100
(69)
gdzie p ndash prawdopodobieństwo występowania deszczu wyrażane w (bądź w ułamku
woacutewczas p = 1C) określa ile razy w przeciągu 100-lecia zostanie osiągnięte lub
przekroczone dane natężenia deszczu q (w dm3s ha)
C ndash częstość pojawiania się deszczu wyrażana w latach oznacza że w danym C letnim
cyklu zdarzy się przynajmniej raz deszcz o natężeniu roacutewnym lub większym od q
p
C100
(610)
- co interpretujemy jako 1 raz na C lat
W niektoacuterych krajach Europy funkcjonuje pojęcie częstotliwości n występowania opadu
bdquoCzęstotliwośćrdquo df
C
n1
[1rok] (611)
- stąd fizykalnie n = p100 gdy p w oraz n = p gdy p wyrazimy w ułamku (tab 63)
Tab 63 Prawdopodobieństwo (p) częstotliwość (n) a częstość (C) występowania opadoacutew
Z przyczyn ekonomicznych systemy kanalizacyjne nie mogą być tak projektowane aby w
czasie dowolnie intensywnego deszczu zagwarantować pełną ochronę terenu przed wylaniem
Nieopłacalne jest bowiem projektowanie kanalizacji na bardzo niskie prawdopodobieństwo
pojawienia się deszczy np o p = 001 = 1 tj zdarzających się 1 raz na 100 lat gdyż
średnice kanałoacutew byłyby woacutewczas bardzo duże i niewykorzystywane przez dziesięciolecia
Nie można też za pomocą obliczeń w wiarygodny sposoacuteb określić fizycznie największego
(np o C = 100 lat) odpływu ze względu na losowy charakter opadoacutew
Do projektowania odwodnień terenoacutew brane są pod uwagę intensywne opady o
częstości występowania C [1 10] lat oraz o C [10 50] lat - do weryfikacji częstości
wylewoacutew Wymagany standard odwodnienia terenu wg PN-EN 752 definiowany jest jako
przystosowanie systemu kanalizacyjnego do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych)
strumieni woacuted opadowych z częstością roacutewną akceptowanej społecznie częstości wystąpienia
wylania z kanalizacji na powierzchnię terenu [1 2 3]
64 MODELE OPADOacuteW DO PROJEKTOWANIA KANALIZACJI
641 MODELE OPADOacuteW O ZASIĘGU OGOacuteLNOPOLSKIM
Model Reinholda
W 1940 roku Reinhold opublikował zasady projektowania kanalizacji obiektoacutew
komunikacyjnych typu autostrady mosty i wiadukty przejścia i przejazdy pod ulicami czy
lotniska w ktoacuterych sformułował model fizykalny opadoacutew postaci [1 2]
Prawdopodobieństwo
występowania
deszczu p
Częstotliwość
występowania
deszczu n
Częstość
- powtarzalność
deszczu C
[] [-] [rok-1] [1 raz na C lat]
100 1 1 1
50 05 05 2
20 02 02 5
10 01 01 10
5
1
005
001
005
001 20
100
KANALIZACJA I
50
368409
3836840
1
9
38 41154115
C
tq
ntqq (612)
gdzie
q - jednostkowe (maksymalne) natężenie deszczu dm3(s∙ha)
q151 - natężenie deszczu (wzorcowego) o czasie trwania t = 15 min i częstotliwości
występowania n = 1 rok-1 (czyli dla częstości występowania C = 1 rok) dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu min
n - częstotliwość występowania deszczu o natężeniu q lub większym (n = 1C) rok-1
W modelu Reinholda przestrzenna zmienność natężenia opadoacutew (q) uzależniona była
od przyjmowanej wartości lokalnego natężenia deszczu wzorcowego (q151) Po II Wojnie
Światowej model Reinholda był stosowany do projektowania kanalizacji w państwach
zachodnich (Niemcy Szwajcaria Austria) a także w państwach Europy środkowej min w
Polsce Najczęściej do wymiarowania odwodnień terenoacutew przyjmowano q151 = 100
dm3(s∙ha) Obecnie w Niemczech zaleca się odczytywanie jednostkowego natężenia deszczu
wzorcowego z atlasu KOSTRA - indywidualnie dla każdej zlewni miejskiej bowiem q151
zmienia się w granicach od 90 do 170 dm3(s∙ha)
UWAGA model Reinholda (z 1940 roku) zaniża wyniki jednostkowych natężeń
wspoacutełczesnych deszczy o rząd 15 [1 2]
Model Błaszczyka
Dotychczas najczęściej stosowanym do projektowania kanalizacji deszczowej w Polsce
był fizykalny model opadoacutew ndash w postaci wzoru Błaszczyka (z 1954 r)
32
3 26316
t
CHq (614)
gdzie
q - jednostkowe natężenie deszczu dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu min
H - wysokość opadu normalnego (średniego rocznego z wielolecia min 30 lat) mm
C - częstość (powtarzalność) występowania deszczu o natężeniu q z przewyższeniem lata
Wzoacuter Błaszczyka (614) oparty został na analizie statystycznej (79) intensywnych
deszczy zarejestrowanych w Warszawie w latach 1837divide1891 i 1914divide1925 ndash czyli od 180 do
90 lat temu ndash jest obecnie nieaktualny Zmienność opadoacutew na obszarze kraju
scharakteryzowana była za pomocą tzw opadu normalnego (średniego w wieloleciu min 30
lat) Dla wartości średniej dla Polski H = 600 mm wzoacuter Błaszczyka upraszczał się do postaci
32
3470
t
Cq (615)
UWAGA 1 Na podstawie pomiaroacutew na stacji meteorologicznej IMGW-PIB we Wrocławiu z
okresu 1960-2009 wykazano że wzoacuter Błaszczyka zaniża wyniki obecnych jednostkowych
natężeń deszczoacutew o rząd 40 (np q151 = 77 dm3(s∙ha) wobec q151 = 112 dm3(s∙ha)) - wg Kotowski A Kaźmierczak B Dancewicz A Modelowanie opadoacutew do wymiarowania kanalizacji Wyd
Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN Studia z zakresu Inżynierii nr 68 Warszawa 2010
UWAGA 2 Na podstawie ogoacutelnopolskich danych o opadach z lat 1986divide2015 ze 100 stacji
IMGW-PIB wykazano że wzoacuter Błaszczyka zaniża obecne jednostkowe natężenia deszczoacutew
średnio o 33 na terenie całego kraju oraz o 36 w Warszawie - wg Licznar P Siekanowicz-Grochowina K Oktawiec M Kotowski A Burszta-Adamiak E Empiryczna
weryfikacja formuły Błaszczyka do obliczania wartości natężenia deszczu miarodajnego Ochrona Środowiska
2018 vol 40 nr 2 s 17-22
KANALIZACJA I
51
Model Bogdanowicz i Stachy
Bogdanowicz i Stachy na podstawie ogoacutelnopolskich pomiaroacutew deszczy - w latach
1960divide1990 na 20 stacjach meteorologicznych IMGW opublikowali w 1998 roku tzw
bdquocharakterystyki projektowerdquo opadoacutew w postaci modelu probabilistycznego opadoacutew
maksymalnych
5840330
max )ln() (421 ptRth (616)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
t - czas trwania deszczu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p(01]
α - parametr (skali) zależny od regionu Polski i czasu t (rys 610)
R1
R1
R1
Wrocław Wrocław Wrocław
R2
R3
R3
c)b)a)
Rys 610 Regiony opadoacutew maksymalnych a) dla czasoacutew trwania deszczy t [5 60) min b) dla
t [60 720) min c) dla t [720 4320] min (R1 - region centralny R2 - region poacutełnocno-zachodni
R3 - regiony południowy i nadmorski)
Dla p = 1 (czyli dla C = 1 rok) model (616) upraszcza się do funkcji będącej dolnym
ograniczeniem przyjętego rozkładu prawdopodobieństwa postaci
330
max 421 th (617)
Dla prawdopodobieństw przewyższenia p lt 1 (czyli dla C gt 1) w regionie centralnym
Polski (R1) parametr α obliczany jest z wzoroacutew (rys 610)
2491)1ln(6934)( ttR - dla t [5 120) min (618)
63910)1ln(2232)( ttR - dla t [120 1080) min (619)
1735)1ln(013)( ttR - dla t [1080 4320] min (620)
Analogicznie dla regionu poacutełnocno-zachodniego (R2) parametr α obliczany jest z
wzoroacutew (dla czasoacutew trwania opadoacutew ge 60 minut region R2 zanika przechodząc w R1)
6621)1ln(923)( ttR - dla t [5 30] min (621)
619)1ln(1609)( ttR - dla t (30 60) min (622)
Dla regionoacutew południowego i nadmorskiego (R3) parametr α obliczany jest z wzoru
03237)1ln(4729)( ttR - dla t [720 4320] min (623)
UWAGA 1 Model Bogdanowicz i Stachy nie obejmuje obszaroacutew goacuterskich i podgoacuterskich
UWAGA 2 Model Bogdanowicz-Stachy obarczony jest błędem odnośnie wysokości opadoacutew
dla częstości deszczy pojawiających się raz na rok (tj C = 1 rok) Łatwo wykazać że z
przekształcenia wzoru Bogdanowicz-Stachy (617) do postaci wzoru na jednostkowe
natężenie deszczu q (w dm3(s∙ha)) dla p = 1 otrzymamy
q(max) = 2367t 067 (624)
a z wzoru Błaszczyka (615) dla H = 600 mm i C = 1 rok mamy
q = 470t 067 (625)
Tak więc dla C = 1 rok wynik obliczeń q z wzoru (624) jest dwukrotnie mniejszy
UWAGA 3 Dla częstości deszczy C = 2 5 i 10 lat z modelu Bogdanowicz-Stachy
otrzymamy maksymalne natężenia opadoacutew bliskie zmierzonym we Wrocławiu [1 2]
KANALIZACJA I
52
642 MODELE OPADOacuteW O ZASIĘGU LOKALNYM ndash DLA WROCŁAWIA
Model Lambora
Model fizykalny Lambora (z 1953 r) na intensywność opadoacutew we Wrocławiu ma
postać
70)030(
log15743
t
pI (626)
gdzie
I - intensywność opadu deszczu mmh
p - prawdopodobieństwo wystąpienia opadu
t - czas trwania deszczu h
Przykładowo dla t = 15 min i p = 100 (C = 1 rok) z modelu Błaszczyka (615) otrzymujemy
q151 = 77 dm3s ha a z modelu (626) Lambora (dla Wrocławia) q151 = 928 dm3s ha
Model Licznara i Łomotowskiego
Licznar i Łomotowski dla danych pluwiograficznych ze stacji UP Wrocław-Swojczyce
z wielolecia 1975-2002 wyestymowali wspoacutełczynniki empiryczne fizykalnego modelu
opadoacutew o ogoacutelnej postaci
cbt
aq
n
)(max
(627)
gdzie
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadoacutew dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu t [5 180] min
a b c n - wspoacutełczynniki regresji zależne od prawdopodobieństwa empirycznego
Tab 64 Wartości wspoacutełczynnikoacutew a b c i n do wzoru (627)
Prawdopodobieństwo p
10 20 50 100
a = 7138329 a = 8241363 a = 6436455640 a = 1573239
b = -388429 b = 1957292 b = 6488700 b = 4787518
c = -210067 c = 2040978 c = 2062691 c = 6351722
n = 0218073 n = 1752958 n = 3535880 n = 0949642
Modele Kotowskiego i Kaźmierczaka
Dla danych pluwiograficznych z wielolecia 1960-2009 ze stacji IMGW Wrocław-
Strachowice opracowano dwa modele (fizykalny i probabilistyczny) na maksymalną
wysokość opadoacutew we Wrocławiu [1 2]
1 Model fizykalny opadoacutew maksymalnych w zakresie t [5 4320] minut i C [1 50]
lat ma postać
2650
max )4503()5300ln(67716706 tCh (628)
a przekształcony na maksymalne natężenia opadoacutew
12650
max ])4503()5300ln(67716706[7166 ttCq (629)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(s∙ha)
t - czas trwania opadu min
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu (z przewyższeniem) lata
2 Model probabilistyczny (oparty na kwantylu rozkładu prawdopodobieństwa Fishera-
Tippetta typ IIImin) dla zakresu t [5 4320] minut i p [1 001] (tj C [1 100] lat)
KANALIZACJA I
53
8090022202420
max ln 675981059741275834 ptth (630)
a przekształcony na maksymalne jednostkowe natężenia opadoacutew
18090022202420
max ]ln675981059741275834[7166 tpttq (631)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(s∙ha)
t - czas trwania opadu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p (0 1] -
643 POROacuteWNANIE MODELU BŁASZCZYKA Z INNYMI MODELAMI OPADOacuteW
Do celoacutew poroacutewnawczych przyjęto wynik obliczeń natężenia opadu z wzoru
Błaszczyka (qB) za 100 Względne przewyższenia obliczeń q z innych modeli względem
modelu Błaszczyka (qqB) zaznaczono pogrubioną czcionką (tab 65) Przewyższenia qqB
w roacuteżnych zakresach t i C sięgają nawet 60 Przeciętnie są na poziomie o 40 większym
Tab 65 Poroacutewnanie natężeń deszczy obliczonych z modeli roacuteżnych autoroacutew względem modelu
Błaszczyka (qqB) - najczęściej stosowanego w Polsce do wymiarowania kanalizacji
Czę
sto
ść d
eszc
zu
C
lata
Cza
s tr
wa
nia
des
zczu
t m
in
Bła
szcz
yk
qB
= 1
0
(100
)
Rei
nh
old
q151
= 1
00
dm
3s
ha
Bo
gd
an
ow
icz-
Sta
chy
- r
egio
n p
oacutełn
ocn
o-
zach
od
ni
Bo
gd
an
ow
icz-
Sta
chy
- r
egio
n c
entr
aln
y
La
mb
or
- W
rocł
aw
Lic
zna
r- Ł
om
oto
wsk
i
- W
rocł
aw-S
wo
jczy
ce
Ko
tow
ski
-
Ka
źmie
rcza
k
mo
del
fiz
yk
alny
- W
rocł
aw-
Str
ach
ow
ice
Ko
tow
ski-
Ka
źmie
rcza
k
mo
del
pro
bab
ilis
tycz
ny
- W
rocł
aw-
Str
acho
wic
e
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C = 1
10 100 125 050 050 118 127 147 138
15 100 130 050 050 121 128 149 140
30 100 127 050 050 123 125 148 141
60 100 115 050 050 123 119 144 140
120 100 098 050 050 121 117 139 138
180 100 087 050 050 107 120 136 137
C = 2
10 100 129 122 146 124 136 158 144
15 100 134 125 149 127 146 160 149
30 100 131 127 149 129 142 159 153
60 100 118 146 146 130 119 155 153
120 100 101 139 139 128 112 149 150
180 100 090 130 130 127 125 145 148
C = 5
10 100 131 128 157 144 138 146 130
15 100 136 132 161 148 141 150 139
30 100 133 134 161 150 131 149 144
60 100 120 157 157 150 113 145 144
120 100 102 149 149 149 106 139 141
180 100 091 138 138 147 113 136 138
C = 10
10 100 130 120 148 115 125 132 117
15 100 135 124 152 117 128 135 125
30 100 132 126 152 119 135 134 131
60 100 119 148 148 119 132 130 131
120 100 101 140 140 118 105 126 128
180 100 090 130 130 117 067 123 125
UWAGI Z poroacutewnania wynika konieczność zastąpienia wzoru Błaszczyka (z 1954 r)
wspoacutełczesnymi modelami opadoacutew maksymalnych Dla C = 1 rok model Bogdanowicz-Stachy
zaniża wyniki o 50 względem wzoru Błaszczyka Dla częstości C = 2 5 i 10 lat z modelu
Bogdanowicz-Stachy np dla regionu R1 otrzymamy maksymalne natężenia nieznacznie
wyższe względem zmierzonych obecnie we Wrocławiu (czyli w klasie dokładności modeli)
KANALIZACJA I
54
7 DOTYCHCZASOWE METODY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
DESZCZOWEJ
71 METODY CZASU PRZEPŁYWU
711 ZASADY OBLICZENIOWE MCP
Zjawisko opad-odpływ w danej zlewni zurbanizowanej jest zagadnieniem złożonym i
trudnym do uogoacutelnienia Proces spływu woacuted opadowych można podzielić na 3 fazy
tworzenia spływu
koncentracji terenowej
odpływu kanałowego
Tworzenie spływu obejmuje procesy fizyczne takie jak zwilżanie wypełnianie
zagłębień terenu parowanie i wsiąkanie w grunt poprzedzające przekształcenie opadu w
efektywny spływ powierzchniowy Część opadu ktoacutera nie tworzy spływu określa się jako
straty Efektywny spływ powierzchniowy zależy od wielu czynnikoacutew jak
rodzaj i stopień uszczelnienia (utwardzenia) powierzchni
nachylenie terenu (powierzchni przepuszczalnych i nie przepuszczalnych)
natężenie deszczu i czas jego trwania
rodzaj gruntu i pokrycie roślinnością powierzchni przepuszczalnych
wilgotność i temperatura powietrza
Koncentracja terenowa obejmuje przekształcenie powierzchniowo rozdzielonego
opadu efektywnego w powstający w najniższym punkcie rozpatrywanej zlewni hydrogram
odpływu Odgrywają przy tym rolę procesy spływu na powierzchni (przesunięcie w czasie) i
efekty opoacuteźniające (retencja terenowa)
Odpływ w kanałach podlega roacutewnież efektom przesunięcia w czasie i retencji min w
wyniku istnienia oporoacutew przepływu (spowodowanych chropowatością ścian kanałoacutew na
zwilżonym obwodzie) jak i wypełnianiem się kanałoacutew do przepływu obliczeniowego
Wymiarowanie kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej opiera się z konieczności
na założeniach upraszczających Mianowicie zakłada się że
dana zlewnia (F) zasilana jest deszczem o stałym natężeniu - opad blokowy
rozdział powierzchniowy opadu jest roacutewnomierny - zlewnia homogeniczna
- woacutewczas uzyskuje się miarodajny do wymiarowania systemoacutew kanalizacyjnych odpływ
woacuted deszczowych (Qm)
Rys 71 Schemat zlewni deszczowej o powierzchni F
Historycznie wzoacuter wyjściowy na miarodajny odpływ woacuted deszczowych Qm (w dm3s)
ze zlewni ma postać
FqQm (71)
gdzie
q - natężenie jednostkowe deszczu q = q(td C) dm3(s∙ha)
φ - wspoacutełczynnik opoacuteźnienia odpływu (redukcji natężenia deszczu) -
ψ - wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego -
F - powierzchnia zlewni ha
KANALIZACJA I
55
Wspoacutełczynnik opoacuteźnienia (φ) zwany też wspoacutełczynnikiem redukcji natężenia deszczu
związany jest z czasem spływu woacuted deszczowych od najdalszego punktu zlewni do przekroju
obliczeniowego Zależy od wielu czynnikoacutew (opoacuteźnienia i retencji) tj głoacutewnie od czasoacutew
przepływu w kanale (tp) oraz koncentracji terenowej (tk) i retencji kanałowej (tr)
Wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego (ψ) ujmuje stosunek wielkości spływu woacuted
opadowych Qsp ze zlewni (o powierzchni F) do wielkości opadu Qop w tej zlewni
1op
sp
Q
Q (72)
Wartość wspoacutełczynnika spływu zależy głoacutewnie od rodzaju zagospodarowania
(uszczelnienia) terenu zlewni ale także od spadkoacutew powierzchni oraz natężenia deszczu (C)
Dotychczas w wymiarowaniu kanalizacji obliczano zastępczy ndash tj średni ważony
wspoacutełczynnik spływu dla zlewni cząstkowej (podzlewni) przyporządkowanej do danego
odcinka kanału z wzoru
F
F
F
F
FFF
FFF zr
n
i
i
n
i
ii
n
nn
1
1
21
2211
)(
(73)
gdzie
ψi - wspoacutełczynnik spływu (i-tej) powierzchni składowej podzlewni kanału -
Fi - (i-ta) powierzchnia składowa podzlewni F ha
Spływ powierzchniowy utożsamiano ze zlewnią zredukowaną - o roacutewnoważnej
szczelnej powierzchni - Fzr obliczanej ze wzoru
FFzr (74)
UWAGA W projektowaniu odwodnień terenoacutew w Polsce wspoacutełczynnik spływu był błędnie
utożsamiany ndash tylko ze stopniem uszczelnienia powierzchni zlewni - niezależnie od spadkoacutew
terenu oraz natężenia deszczu obliczeniowego (q(t C)) Wartość wspoacutełczynnika spływu (ψi)
danej powierzchni cząstkowej (Fi) zlewni deszczowej określano więc wyłącznie w zależności
od rodzaju pokrycia - stopnia uszczelnienia terenu
Gdy znane były szczegoacutełowe plany zagospodarowania przestrzennego terenoacutew
dachy szczelnehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]95090[
drogi asfaltowe helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]900850[
bruki kamienne klinkierowe helliphelliphelliphelliphelliphellip ]850750[
drogi tłuczniowehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]600250[
drogi żwirowe helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]300150[
parki ogrody łąki zieleńce helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]10000[
Gdy brak było szczegoacutełowych planoacutew zagospodarowania przestrzennego miast
zabudowa zwarta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]7050[
zabudowa luźna helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]5030[
zabudowa willowahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]3020[
powierzchnie niezabudowanehelliphelliphelliphelliphelliphellip ]2010[
parki i duże obszary zieleni helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]1000[
Edel (w 2002 roku) zaproponował uzależnianie wartości wspoacutełczynnika spływu
dodatkowo od spadkoacutew powierzchni co przedstawiono w tabeli 71 Był to już pewien postęp
metodyczny Nadal jednak nie uwzględniano wpływu natężenia opadoacutew deszczu (o danej
częstości występowania) na wartość wspoacutełczynnika spływu co proponuje się obecnie w
metodzie MMN (rozdz 83 [2]) - na wzoacuter niemieckiej metody MWO (wg rozdz 73 [2])
KANALIZACJA I
56
Tab 71 Wartości wspoacutełczynnika spływu w zależności od rodzaju i spadku powierzchni wg Edela
Rodzaj powierzchni
zagospodarowanie
terenu
Spadek powierzchni []
05 10 25 50 75 100
Wartość wspoacutełczynnika spływu ψ
Dachy 085 090 096 098 099 100
Bruki szczelne 070 072 075 080 085 090
Bruki zwykłe 050 052 055 060 065 070
Aleje spacerowe 020 022 025 030 035 040
Parki i ogrody 010 012 015 020 025 030
Grunty rolne 005 008 010 015 020 025
Lasy 001 002 004 006 010 015
Zabudowa zwarta 080 082 085 090 095 100
Zabudowa luźna 060 062 065 070 075 080
Zabudowa willowa 040 042 045 050 055 060
Norma PN-EN 752 podaje tutaj ogoacutelne graniczne wartości
ψ = 10 dla dachoacutew o powierzchni F lt 100 m2 i ψ = 05 dla dachoacutew żwirowych i z
zielenią ekstensywną o F gt 1 ha
ψ = 09divide10 dla powierzchni nieprzepuszczalnych i stromych dachoacutew
ψ = 0divide03 dla powierzchni przepuszczalnych
W przypadku występowania wysokich budynkoacutew powierzchnię dachoacutew zaleca
zwiększać do 30
UWAGA Należy zdawać sobie sprawę z faktu że w wraz z rozwojem miast w efekcie
postępującego doinwestowania terenoacutew rośnie wartość wspoacutełczynnika spływu w skutek
wzrostu stopnia uszczelnienia powierzchni terenoacutew zurbanizowanych
712 WYBOacuteR CZASU TRWANIA DESZCZU MIARODAJNEGO
Po przyjęciu określonej częstości C występowania deszczu obliczeniowego (wg PN-EN
752) pojawia się pytanie jakie jest miarodajne natężenie deszczu (qm) - zależne od
miarodajnego do zwymiarowania kanału czasu jego trwania (tdm) w konkretnym węźle
obliczeniowym
Rys 72 Zależność (typu IDF) natężenia deszczu q od jego czasu trwania td
- dla danej częstości C występowania
UWAGA Każdemu przekrojowi (x) kanału na jego trasie (patrz schemat na rys 73)
odpowiada inny czas spływu deszczu a zatem inna wartość qm(tdm) jest miarodajna do
zwymiarowania kanału w kolejnym przekroju (x+1) Im dalszy przekroacutej obliczeniowy tym
dłuższy czas spływu i tym mniejsze są miarodajne wartości qm - dla danej częstości C
KANALIZACJA I
57
Rys 73 Idea wymiarowania kanałoacutew w poszczegoacutelnych węzłach obliczeniowych zlewni deszczowej
W przekroju x kanału obliczeniowy strumień objętości Qm zapisać można jako
zrdmmzrxm FtqFqQ )(
(76)
gdzie
qφ = qm(tdm) - zredukowane natężenie deszczu (w dm3(s∙ha)) względem miarodajnego do
wymiarowania kanalizacji czasu trwania tdm =
Dla ideowej - modelowej zlewni deszczowej o F = Fzr (rys 75) zostaną rozpatrzone 3
przypadki związane z czasem trwania deszczu (td) w relacji do czasu przepływu (tp) w kanale
deszczowym (A-B) tj od początku zlewni (punktu A) do przekroju obliczeniowego (p B)
I przypadek td gt tp Q max 1
II przypadek td lt tp Q max 2
III przypadek td = tp Q max 3
Okaże się że dla td = tp qm(B) Qm(B) ndash strumień ten będzie największy
Rys 74 Przykładowa krzywa natężenia deszczu o częstości występowania C
Dla przyjętej częstości występowania (C) - z krzywej deszczu typu IDF (rys 74)
ustalono następujące natężenia jednostkowe opadoacutew
dla tdm 1 gt tp q1
dla tdm 2 lt tp q2
dla tdm 3 = tp q3
Rys 75 Schemat ideowy modelowej zlewni deszczowej (F = Fzr) kanału A ndash B
KANALIZACJA I
58
I przypadek td gt tp
Dla modelowej zlewni deszczowej kanału A-B (rys 75) gdy td gt tp = t3
- po czasie t1 do punktu B spłynie deszcz z powierzchni F1 o strumieniu 111 qFQ
- po czasie t2 1212 )( qFFQ
- a po czasie t3 = tp 1max13213 )( QqFFFQ - cała zlewnia objęta już będzie spływem
Rys 76 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td gt tp = t3
II przypadek td lt tp
Na przykład gdy td = t2 lt tp = t3 woacutewczas 211
qFQ oraz 2max2212
)( QqFFQ
Ponieważ q2 gt q1 pomimo że deszcz nie objął całej zlewni to najczęściej Qmax 2 gt Qmax 1
Rys 77 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td lt tp = t3
III przypadek td = tp
Dla td = tp = t3 woacutewczas311
qFQ 3212
)( qFFQ i 3max33213
)( QqFFFQ
Ponieważ q1 lt q3 lt q2 a deszcz obejmuje całą zlewnię to przepływ Qmax 3 w punkcie B
będzie największy (rys 78)
Rys 78 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td = tp = t3
KANALIZACJA I
59
Tak więc gdy maxmpd Qtt - co jest podstawą dotychczasowych metod (czasu
przepływu) wymiarowania kanalizacji w wielu krajach świata tj
metody wspoacutełczynnika opoacuteźnienia (MWO) - w krajach niemieckojęzycznych
rational method - w krajach anglojęzycznych (RM)
metody granicznych natężeń (MGN) ndash dotychczas stosowanej w Polsce
metody maksymalnych natężeń (MMN) ndash zalecanej do stosowania w Polsce [1 2 3]
72 METODA GRANICZNYCH NATĘŻEŃ (MGN)
721 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MGN
W MGN przyjmowano że miarodajny strumień objętości ściekoacutew deszczowych (Qm) w
rozpatrywanym przekroju kanału występuje z pewnym opoacuteźnieniem w stosunku do momentu
rozpoczęcia opadu (co jest prawdą ale tylko po okresie suchej pogody ) o czas niezbędny
na
tk - koncentrację terenową - zwilżenie powierzchni wypełnienie nieroacutewności teren i
dopływ po powierzchni do kanału (poprzez wpust deszczowy)
tr - retencję kanałową - wypełnianie się kanału od wysokości bdquo0rdquo do wysokości
wypełnienia obliczeniowego h(Qm)
tp - przepływ w kanale - od początku kanału do przekroju obliczeniowego
Tak więc w MGN oproacutecz opoacuteźnienia (redukcji) odpływu związanego z czasem
przepływu (tp) uwzględniano dodatkowo czasy opoacuteźnienia-retencji tk i tr ndash czyli dodatkowo
redukujące wartość natężenia jednostkowego opadoacutew stąd dla
)()()( pmdmmdmprkdmd tQtQtqttttt (77)
gdzie FtqtQ dmdmm )()( (78)
lub FtqtQ pdmm )()( (79)
UWAGA Założenia wyjściowe metody MGN są poprawne jedynie w przypadku opadu
deszczu występującego po długim okresie suchej pogody Ponieważ opady kryterialne do
wymiarowania kanałoacutew deszczowych (o częstości C = 1divide10 lat) występują z reguły w
okresach długotrwałej mokrej pogody założenie to prowadzi do niedowymiarowania średnic
kanałoacutew bowiem miarodajny strumień objętości ściekoacutew deszczowych Qm(tdm) jest woacutewczas
zawsze mniejszy od Qm(tp) ndash wg relacji (77) Zostało to wykazane w podręcznikach [1 2] na
przykładach wymiarowania i modelowania działania kanalizacji
Czas koncentracji terenowej - tk
Czas koncentracji terenowej zależy głoacutewnie od rodzaju i stopnia uszczelnienia terenu
spadkoacutew powierzchni oraz natężenia deszczu ale także pośrednio od gęstości zabudowy czy
rozmieszczenia wpustoacutew deszczowych na trasie kanału itp Jest to czas niezbędny na
zwilżenie powierzchni wypełnienie nieroacutewności terenu (- jedynie po okresie suchej pogody)
jak i sam dopływ po powierzchni do wpustu deszczowego i dalej przykanalikiem do kanału
UWAGA 1 Z punktu widzenia niezawodności działania kanalizacji bezpieczniejsze jest
pomijanie wartości tk Czas tk powiększa bowiem czas trwania deszczu a więc redukuje
natężenie q(tdm) miarodajne do wymiarowania kanałoacutew Qm(tdm) lt Qm(td = tp)
UWAGA 2 W przypadku serii występujących po sobie intensywnych opadoacutew wartość tk jest
znikomo mała
UWAGA 3 Koncentracja terenowa jest pomijana w niemieckich metodach czasu przepływu
wymiarowania kanalizacji deszczowej
KANALIZACJA I
60
Prawdopodobieństwo p (zamiennie częstość C) pojawiania się deszczu miarodajnego
było przyjmowane w dostosowaniu do zalecanych woacutewczas standardoacutew ochrony terenoacutew
przed wylaniami ndash odrębnych dla kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej Według WTP z
1965 r uśredniony czas tk - w warunkach miejskich przyjmowano od 2 do 10 minut Wg
Zasad planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych w aglomeracjach miejsko -
przemysłowych i dużych miastach z 1984 r zmniejszono zalecane czasy koncentracji
terenowej tk z 2divide10 minut do 2divide5 minut (tab 71 [2])
Tab 71 Zalecane prawdopodobieństwa (częstości) występowania deszczu miarodajnego do
projektowania kanalizacji w Polsce wg WTP z 1965 r
Lp
Warunki terenowe w zlewni deszczowej
Prawdopodobieństwo p (częstość C)
występowanie opadoacutew dla
kanalizacji
Czas
koncentracji
terenowej
tk min - deszczowej - ogoacutelnospławnej
1 Kanały boczne w płaskim terenie 100 (C = 1 rok) 50 (C = 2 lata) 10 (5)
2 Kolektory kanały boczne przy spadku
terenu powyżej 2
50 (C = 2 lata) 20 (C = 5 lat) 5 (2)
3 Kolektory w głoacutewnych ulicach o trwałych
nawierzchniach kanały boczne przy spadku
terenu powyżej 4
20 (C = 5 lat) 10 (C = 10 lat) 2
4 Szczegoacutelnie niekorzystne warunki terenowe
(niecki o utrudnionym odpływie zbocza
głębokie piwnice przy gęstej zabudowie)
10 (C = 10 lat) 5 (C = 20 lat) 2
5 Rowy otwarte w obrębie miast 10 (C = 10 lat) 2 (C = 50 lat) 2
wartości zalecane wg bdquoZasad planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych helliprdquo z 1984 r
wartości zalecane do projektowania przepustoacutew pod torami kolejowymi w wojewoacutedztwie dolnośląskim
Czas retencji kanałowej - tr
W okresie braku opadoacutew kanały deszczowe są prawie puste Płyną jedynie wody
przypadkowe najczęściej infiltracyjne Czas wypełniania się kanałoacutew do wysokości
obliczeniowej h(Qm) tj wypełnienia normalnego hn(Qm) w ruchu roacutewnomiernym w MGN
wyrażano w procentach czasu przepływu (tp) ściekoacutew - od początku sieci do przekroju
obliczeniowego Czas ten szacowany był na
tr = (14 divide 20) tp (711)
Wg zaleceń WTP z 1965 r w MGN należało przyjmować wartość tr w wysokości 20
czasu tp czyli tr = 02tp
UWAGA 1 Z punktu widzenia niezawodności działania kanalizacji bezpieczniejsze jest
pomijanie czasu retencji kanałowej bowiem wartość tr znacznie redukuje natężenie deszczu
q(tdm) miarodajne do wymiarowania kanałoacutew w MGN
UWAGA 2 W przypadku wystąpienia serii intensywnych opadoacutew czas tr ma małą wartość ndash
kanały są częściowo wypełnione po poprzednim opadzie
UWAGA 3 Czas tr jest pomijany w obliczeniach kanalizacji metodami czasu przepływu
stosowanymi w Niemczech (MWO MZWS) gdzie przyjmuje się td = tp
722 TOK OBLICZEŃ W WYMIAROWANIU KANAŁOacuteW w MCP
Czas przepływu ściekoacutew tp (w minutach) w kanale A-B (wg rys 79) - od jego początku
(A) do przekroju obliczeniowego (B) określa się z wzoru
60
Lt p (712)
- znając długość kanału L (w m) i prędkość przepływu υ (w ms)
KANALIZACJA I
61
Przykład Dla danych Qm(B) i projektowanego spadku dna kanału ik należy dobrać przekroacutej
(średnicę) kanału i ustalić wypełnienie h( ) oraz prędkość υ( ) przepływu (dla Qm(B) ik
h( ) υ( ))
Rys 79 Schemat przykładowej zlewni deszczowej do doboru średnicy kanału A-B
UWAGA Ponieważ do obliczenia strumienia objętości Qm(B) potrzebny jest nieznany a priori
- rzeczywisty czas przepływu tp toteż wymiarowanie kanału prowadzi się iteracyjnie W
pierwszym przybliżeniu w MCP zakłada się bdquodowolnąrdquo prędkość przepływu np υz(1) = 10
ms i oblicza czas przepływu tp(1) = L60υz(1)
Przykładowo w MGN wyznaczano bdquomiarodajnyrdquo czas trwania deszczu tdm(1) z wzoru
krpdm tttt (713)
w ktoacuterym podstawiano za tr = 02tp stąd
kpkppdm tttttt 2120 (714)
Dalej - w 1 przybliżeniu w MPC należy obliczyć natężenie jednostkowe deszczu
miarodajnego q(tdm)(1) a następnie strumień objętości Qm(tdm)(1) oraz dobierać wymiar kanału
z ustaleniem jego wypełnienia h(1) oraz bdquorzeczywistejrdquo prędkość przepływu υrz(1)
W 2 przybliżeniu dla nowo założonej prędkości υz(2) = υrz(1) należy obliczyć nowe
czasy tp(2) i tdm(2) oraz strumienie q(tdm)(2) i Qm(tdm)(2) Dla dobranej już średnicy kanału należy
ustalić nowe wartości h(2) oraz υrz(2) Obliczenia należy prowadzić do momentu aż prędkość
rzeczywista w n-tym przybliżeniu υrz(n) dla Qm(n) w dobranym kanale o wypełnieniu h(n)( )
nie roacuteżni się więcej niż plusmn 01 ms od υrz(n-1)
Przykładowo w MGN dla kanału złożonego z wielu odcinkoacutew obliczeniowych czas tp
był sumowany - od początku kanału do ostatniego przekroju obliczeniowego z wzoru
kpdm ttt 21 (716)
a minimalny czas trwania deszczu miarodajnego przyjmowano jako
tdm min = 10 min
- co oznaczało w praktyce że bdquokroacutetkierdquo kanały - na początkowych odcinkach sieci gdzie tdm le
10 minut były wymiarowane na stały opad q10(C) tj dla tdm = 10 minut
724 METODA UPROSZCZONA ndash STAŁYCH NATĘŻEŃ (MSN)
Do wymiarowania kanalizacji deszczowej stosowana była też uproszczona metoda
zwana metodą stałych natężeń (MSN) mająca jednak ograniczone zastosowanie - do
projektoacutew wstępnych i do zlewni o F le 50 ha Nie wyznaczano tutaj czasu trwania deszczu
miarodajnego a natężenie deszczu redukowano najczęściej funkcją uwzględniającą przyrost
powierzchni zlewni (F) Wzoacuter do obliczania miarodajnego strumienia Qm (w dm3s) w MSN
ma postać
zrIICm FqQ )(10 (723)
gdzie
q10C - natężenie jednostkowe deszczu o czasie trwania tdm = 10 minut dla danej częstości
występowania C lat (w dm3(s∙ha)) obliczane z wzoru (717) Błaszczyka postaci
KANALIZACJA I
62
constAA
t
CHq
dm
C 64410
6316667032
3 2
10 (724)
φ(II) - wspoacutełczynnik redukcji natężenia deszczu (oznaczony w MSN indeksem II - dla
odroacuteżnienia od MGN) obliczany najczęściej z formuły Buumlrkli-Ziglera w
zależności od wielkości powierzchni zlewni dla F ge 10 ha
nII
F
1)( (725)
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha
n - parametr zależny od spadkoacutew powierzchni terenu i kształtu zlewni -
Dla przeciętnych warunkoacutew terenowych gdy spadek terenu warunkuje prędkość
przepływu w kanałach rzędu 12 ms a długość zlewni była około dwa razy większa niż jej
szerokość zalecano przyjmowanie (intuicyjnie) n = 6 Dla spadkoacutew mniejszych i zlewni
wydłużonych n = 4 a dla spadkoacutew większych i zlewni zwartych n = 8
UWAGA MSN jako nie należąca do tzw metod czasu przepływu w świetle zaleceń PN-
EN 752 nie powinna być stosowna do wymiarowania kanalizacji deszczowej
725 OSOBLIWOŚCI OBLICZENIOWE W MCP
Wszystkie metody czasu przepływu wymagają obliczeń sprawdzających tj poroacutewnań
aktualnie obliczanej wartości Qm(x) - w węźle (przekroju) niżej położonym względem
obliczonej już wartości Qm(x-1) - w węźle (przekroju) wyżej położonym W tzw zlewni
regularnej zawsze
Qm(x) ge Qm(x-1) (726)
W przypadku gdy Qm(x) lt Qm(x-1) - do wymiarowania dolnego odcinka kanału należy
przyjmować większą wartość strumienia tj Qm(x-1) - z goacuternego odcinka Dotyczy to
przypadkoacutew występowania tzw zlewni nieregularnych tj
zlewni o roacuteżniących się znacznie parametrach podzlewni (Fi ψi li iihellip)
występowania kanałoacutew tranzytowych
połączeń w węźle kilku kanałoacutew
Przykład zlewni regularnej kanału A-B-C przedstawiono poglądowo na rys 712
Rys 712 Schemat zlewni regularnej kanału deszczowego A-B-C (Fc ψsr = Fzr c Fc = F1 + F2)
Cechy szczegoacutelne przykładowej zlewni regularnej
kanał A-B-C złożony jest z dwoacutech odcinkoacutew o podobnych długościach l1 + l2 = l
podzlewnie deszczowe F1 i F2 są podobnej wielkości
wspoacutełczynniki spływu ψ1 i ψ2 są podobnej wartości
spadki terenu czy dna kanałoacutew i1 i i2 są podobnej wartości
Dla zlewni regularnej
QmC gt QmB
)(1)(2 BC DD
zrmm FqQ - strumień zwiększa się
pomimo że maleje qm ale szybciej rośnie Fzr
średnice kanałoacutew nie mogą maleć
wraz ze wzrostem długości kanału
KANALIZACJA I
63
Przykłady obliczeń zlewni nieregularnych ndash konieczne sprawdzenia Qm w węzłach
Nieregularność zlewni powodowana jest najczęściej znacznymi roacuteżnicami wielkości
powierzchni zlewni cząstkowych (Fi) bądź wspoacutełczynnikoacutew spływu (ψi) na wymiarowanych
odcinkach (i) kanału lecz nie tylko Nieregularność może być też wywołana znacznymi
roacuteżnicami wartości takich parametroacutew kanału jak długość czy spadek dna a więc
związanych z czasem przepływu (tp) Dla przykładu w podręcznikach [1 2] przedstawiono 4
klasyczne przykłady występowania zlewni nieregularnych - zwanych także wspoacutełzależnymi
lub wzajemnie oddziaływującymi na siebie Poniżej omoacutewiono 2 - najczęstsze przypadki
Przykład 1 21
Rys 713 Schemat zlewni nieregularnej gdy ψ1 gtgt ψ2
Wymiarowanie w przekroju B (odcinka A-B o długości l1 ndash rys 713)
1
1
1 )()(60
zrdmBmBdmBdmBpAB FtqQtqtl
t
Wymiarowanie w przekroju C (odcinka B-C o długości l2)
2
2
60
lt pBC )()()( 21 zrzrdmCmCdmCdmCpACpBCpABp FFtqQtqttttt
Sprawdzenie relacji wynikoacutew obliczeń strumieni QmB i QmC
- jeżeli QmB gt QmC to odcinek B-C wymiarujemy na strumień QmB Ma to miejsce zawsze
woacutewczas gdy pACpAB tt i jednocześnie 21 zrzr FF
Uzasadnienie prawdziwości hipotezy podano na rys 714
Rys 714 Wpływ relacji tpAB ltlt tpAC i Fzr1gtgt Fzr2 na wynik obliczeń strumieni QmB i QmC
KANALIZACJA I
64
Przykład 2 Połączenie dwoacutech kanałoacutew w węźle początkowym sieci
Założenie wyjściowe tp1 ltlt tp2 - wg rys 718
Rys 718 Schemat zlewni nieregularnej wywołanej połączeniem kanałoacutew węźle C gdy tp1 ltlt tp2
Kanał A-C wymiarujemy na strumień miarodajny w węźle C QmAC - dla czasu przepływu tp2
Kanał B-C wymiarujemy na strumień miarodajny w węźle C QmBC - dla czasu przepływu tp1
Kanał C-D wymiarujemy na strumień miarodajny dla węzła D - największy z 4 możliwych
1) dla sumy czasoacutew tp2 + tp3 i zlewni Fzr = Fzr1 + Fzr2 + Fzr3 (najczęściej w praktyce)
2) dla sumy czasoacutew tp1 + tp3 i zlewni Fzr = Fzr1 + Frsquozr2 + Fzr3 (sprawdzenie)
3) dla czasu tp2 i zlewni Fzr = Fzr1 + Fzr2 (sprawdzenie)
4) dla czasu tp1 i zlewni Fzr = Fzr1 + Frsquozr2 (sprawdzenie)
Aby obliczyć Frsquozr2 (do sprawdzeń 2 i 4) należy określić położenie punktu Arsquo tak aby
czas przepływu od Arsquo do C był roacutewny tp1 tzn długość odcinka ArsquoC = tp1 2 Zakładając
proporcjonalny do długości kanału przyrost powierzchni zlewni
2
2
zr
zr
F
F
AC
CA (727)
Otrzymamy
AC
FCAF zr
zr2
2
(728)
73 METODA WSPOacuteŁCZYNNIKA OPOacuteŹNIENIA
731 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MWO
W metodzie wspoacutełczynnika opoacuteźnienia (MWO) należącej do MCP pomija się czasy
retencji terenowej i kanałowej - czyli przyjmuje się z założenia td = tp Wyznaczone w ten
sposoacuteb spływy woacuted deszczowych (Qm) są miarodajne do bezpiecznego wymiarowania
kanałoacutew deszczowych (są one znacznie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN)
W MWO miarodajny strumień woacuted deszczowych Qm (dla td = tp) określa się z wzoroacutew
KANALIZACJA I
65
- dawniej (do 1999 r)
FCtqQ sdm )(115 (729)
- obecnie (od 1999 r)
FCtqQ sdm )( (730)
gdzie
q151 - wzorcowe jednostkowe natężenie deszczu - o czasie trwania td = 15 minut i
częstości występowania C = 1 rok przyjmowane dawniej jako średnie dla
Niemiec q151 = 100 dm3s ha Obecnie ustalane z atlasu KOSTRA q151 [90
170] dm3(s∙ha)
(tdC) - wspoacutełczynnik opoacuteźnienia odpływu (redukcji natężenia deszczu) dla czasu trwania
deszczu td (w minutach) i częstości wystąpienia C (w latach)
368409
38)( 4
C
tCt
d
d (731)
q(tdC) - miarodajne (maksymalne) natężenie jednostkowe deszczu (w dm3(s∙ha)) dla
czasu trwania td = tp i częstości występowania C obecnie ustalane na podstawie
krzywych IDF z atlasu KOSTRA - indywidualnie dla każdej miejscowości
ψs - szczytowy wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych przyjmowany w zależności
od stopnia uszczelnienia powierzchni nachylenia terenu i natężenia deszczu
wzorcowego - q15C -
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha
Miarodajne do wymiarowania kanalizacji - zredukowane jednostkowe natężenie deszczu
wg bdquostaregordquo wzoru (729)) wynosi więc
)36840(9
38)( 4
115115
Ct
qCtqd
d (732)
Np dla q151 = 100 dm3(s∙ha) z (732) otrzymamy natężenia deszczy zależne od C
q152 = 130 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 2 lata ((tdC) = 1300)
q155 = 180 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 5 lat ((tdC) = 1784)
q1510 = 225 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 10 lat ((tdC) = 2232)
Najkroacutetsze miarodajne czasy trwania deszczu (td min) przyjmowane są w MWO w
zależności od spadku terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni ndash wg tab 75
Tab 75 Najkroacutetsze czasy trwania deszczu (td min) w MWO w zależności
od spadku terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni wg ATV A-118
W MWO maksymalny spływ powierzchniowy (Qm dawniej wg (729) lub obecnie wg
(730)) pochodzi z miarodajnej - zredukowanej zlewni deszczowej o zastępczej
powierzchni
Fm zr = ψs middot F
Wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu (ψs) zależy od stopnia uszczelnienia
zlewni (ψ) i spadkoacutew powierzchni terenu (it) oraz od natężenia ndash częstości deszczu (C) (wg
tab 76)
Średni spadek
terenu
Stopień
uszczelnienia
Minimalny czas
trwania deszczu
Deszcz
obliczeniowy
lt 1 le 50 15 minut q15C
gt 50 10 minut
q10C 1 do 4 gt 0 10 minut
gt 4 le 50 10 minut
gt 50 5 minut q5C
KANALIZACJA I
66
Tab 76 Szczytowe wspoacutełczynniki spływu (s) dla roacuteżnych natężeń (częstości) deszczy
obliczeniowych (q15C) o czasie trwania 15 minut w zależności od grupy spadkoacutew terenu (it)
oraz stopnia uszczelnienia (ψ) wg ATV A-1181999 DWA A-1182006 cytow w [1 2]
() Stopnie uszczelnienia le 10 wymagają uwzględnienia lokalnych uwarunkowań wspoacutełczynnika s
() natężenia q15C = 100 130 180 i 225 dm3(s∙ha) odpowiadają C = 1 2 5 i 10 lat
732 OSOBLIWOSCI OBLICZENIOWE W MWO
Procedura wymiarowania hydraulicznego kanalizacji deszczowej wg MWO jest
podobna jak w MGN W szczegoacutelności dla każdego przekroju obliczeniowego kanału (węzła
x sieci) wyznacza się miarodajny czas trwania deszczu (td) odpowiadający sumarycznemu
czasowi przepływu (tp) w kanałach (sieci) wyżej położonych (td = tp)
Dla bardzo zroacuteżnicowanych powierzchni cząstkowych zlewni - pod względem kształtu
spadkoacutew terenu czy wartości wspoacutełczynnikoacutew spływu szczytowego występowanie zlewni
wspoacutełzależnych (oddziałujących na siebie) ndash czyli nieregularnych jest często spotykane [1
2] Przykładowo w przypadku połączenia większej liczby (n) kanałoacutew o zroacuteżnicowanych
czasach przepływu (tpi) wyznacza się skorygowany - średni ważony czas przepływu tps z
wzoru
n
mi
n
mipips QQtt11
(737)
8 WSPOacuteŁCZESNE STANDARDY ODWODNIENIA TERENOacuteW
ZURBANIZOWANYCH
81 WYMAGANIA DO WYMIAROWANIA KANALIZACJI DESZCZOWEJ
Z przyczyn ekonomicznych systemy kanalizacyjne na terenach zurbanizowanych nie
mogą być tak projektowane aby dla każdego intensywnego opadu deszczu w wieloleciu
mogły zagwarantować pełną ochronę terenoacutew przed wylaniem tj zapobiec w pełni szkodom
w wyniku podmoknięcia terenu czy podtopienia budowli czy też utrudnieniom
komunikacyjnym Zapewnienie odpowiedniego standardu odwodnienia terenu definiuje się
jako przystosowanie sieci kanalizacyjnej do przyjęcia maksymalnych - prognozowanych
strumieni woacuted opadowych z częstością roacutewną dopuszczalnej - akceptowalnej społecznie
częstości wystąpienia wylania na powierzchnię terenu
Określenie dopuszczalnych częstości z jaką średnio w okresie wieloletnim użytkownik
systemu kanalizacyjnego ma tolerować występowanie zaburzeń w funkcjonowaniu
kanalizacji powinno uwzględniać każdorazowo we właściwy sposoacuteb miejscowe
uwarunkowania terenu (tab 81)
Stopień
uszczel-
nienia
terenu
ψ
Szczytowe wspoacutełczynniki spływu s
Grupy spadkoacutew terenu
1) it le 1 2) 1 lt it le 4 3) 4 lt it le 10 4) it gt 10
Wzorcowe natężenie deszczu q15C - w dm3s ha ()
100 130 180 225 100 130 180 225 100 130 180 225 100 130 180 225
0 () 0 0 010 031 010 015 030 (046) 015 020 (045) (060) 020 030 (055) (075)
10 () 009 009 019 038 018 023 037 (051) 023 028 050 (064) 028 037 (059) (077)
20 018 018 027 044 027 031 043 056 031 035 055 067 035 043 063 080
30 028 028 036 051 035 039 050 061 039 042 060 071 042 050 068 082
40 037 037 044 057 044 047 056 066 047 05 065 075 050 056 072 084
50 046 046 053 064 052 055 063 072 055 058 071 079 058 063 076 087
60 055 055 061 070 060 063 070 077 062 065 076 082 065 070 080 089
70 064 064 070 077 068 071 076 082 070 072 081 086 072 076 084 091
80 074 074 078 083 077 079 083 087 078 08 086 090 080 083 087 093
90 083 083 087 090 086 087 089 092 086 088 091 093 088 089 093 096
100 092 092 095 096 094 095 096 097 094 095 096 097 095 096 097 098
KANALIZACJA I
67
Tab 81 Zalecane wg PN-EN 7522008 dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanalizacji [1 2]
Częstość deszczu
obliczeniowego C ) [1 raz na C lat]
Kategoria standardu odwodnienia terenu
(Rodzaj zagospodarowania)
Częstość
wystąpienia wylania
Cw
[1 raz na C lat] 1 na 1 I Tereny pozamiejskie (wiejskie) 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne przejścia i przejazdy
pod ulicami itp
1 na 50
) Dla deszczu obliczeniowego nie mogą wystąpić żadne przeciążenia systemoacutew
Wdrożona w Polsce norma europejska PN-EN 752 z 2008 r przyjmowała dopuszczalną
częstość wylania (Cw) jako miarę stopnia ochrony terenoacutew przed wylaniem - w zależności od
rodzaju jego zagospodarowania Jak wynika z tabeli 81 o wymaganym standardzie
odwodnienia terenu decydował rodzaj zagospodarowania w tym obecność obiektoacutew
specjalnych infrastruktury podziemnej Tym samym wyroacuteżniono cztery kategorie standardu
odwodnienia terenu roacuteżniące się istotnie dopuszczalną częstością wystąpienia wylania (Cw)
Podobną kategoryzację (I - IV) przyjęto w Polsce w latach osiemdziesiątych ubiegłego
wieku - w zależności od zagospodarowania i spadkoacutew terenu rozroacuteżniając przy tym jeszcze
rodzaj systemu kanalizacyjnego (tab 82) Były to jednak znacznie niższe dopuszczalne
wartości częstości (1 2 5 i 10 lat ndash dla kanalizacji deszczowej) wystąpienia wylania w
poroacutewnaniu do podanych w tabeli 81
Tab 82 Dopuszczalne prawdopodobieństwa (częstości) wystąpienia zalewoacutew terenu dla kanałoacutew
deszczowych i ogoacutelnospławnych wg IKŚ [1 2]
Kategoria
standardu
odwodnie-nia
terenu
Rodzaju ukształtowania i zagospodarowania terenu -
w standardach odwodnienia I II III i IV kategorii
Prawdopodobieństwo p w
(częstość Cw w latach)
- kanalizacja
deszczowa
- kanalizacja
ogoacutelnospławna
I Wszystkie rodzaje zagospodarowania z wyjątkiem dzielnic
śroacutedmiejskich centroacutew miast oraz ulic E i P - teren płaski 100 (1) 50 (2)
II
Wszystkie rodzaje zagospodarowania jw teren o spadkach
2divide4 Dzielnice śroacutedmiejskie i centra miast oraz ulice klasy E i
P na terenach płaskich
50 (2) 20 (5)
III
Wszystkie rodzaje zagospodarowania jak w 1 lecz w szczegoacutelnie
niekorzystnych warunkach ze względu na odwodnienie (niecki
terenowe) Dzielnice śroacutedmiejskie i centra miast oraz ulice klasy
E i P na terenach o spadkach 2divide4
20 (5) 10 (10)
IV
Dzielnice śroacutedmiejskie centra miast oraz ulice klasy E i P na
terenach szczegoacutelnie niekorzystnych ze względu na odwodnienie
lub form zagospodarowania wymagających wyjątkowej
pewności odwodnienia
10 (10) 5 (20)
) Instytut Kształtowania Środowiska Zasady planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych w
aglomeracjach miejsko-przemysłowych i dużych miastach Warszawa 1983
Zalecenia PN-EN 7522008 są więc na tym tle bardzo rygorystyczne a przy tym nie
roacuteżnicują częstości wylewoacutew dla kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej
Zgodnie z niemiecką praktyką kanalizacyjną
wylanie należy wiązać ze szkodami względnie zakłoacuteceniami funkcjonowania jezdni
czy podziemnych obiektoacutew komunikacyjnych spowodowanymi wystąpieniem woacuted
opadowych z systemu kanalizacyjnego na powierzchnię terenu lub niemożnością ich
odprowadzenia do systemu wskutek jego przeciążenia
samo wystąpienie wody opadowej na ulicę nie spełnia warunku faktycznego stanu
wylania dopoacuteki spływ w przekroju poprzecznym ulicy uniemożliwia dalszy wzrost
poziomu lustra wody - powyżej krawężnikoacutew i przekroczenie granic posesji
KANALIZACJA I
68
Przy niewystarczającym spadku podłużnym jezdni czy braku wpustu zwierciadło wody
może jednak podnieść się powyżej wysokości krawężnika i doprowadzić do wylania wody na
teren posesji a stamtąd do potencjalnego wnikania do budynkoacutew
Zwymiarowane metodami czasu przepływu - większe systemy kanalizacyjne (o
powierzchni zlewni F gt 2 km2 lub o tp gt 30 minut) zaleca się obecnie sprawdzać pod kątem
ich maksymalnej przepustowości hydraulicznej (sieci i obiektoacutew) w oparciu o skalibrowane
modele symulacyjne (hydrodynamiczne) dla spełnienia wymagań PN-EN 752 odnośnie
akceptowalnych społecznie częstości wylewoacutew (wg tab 81)
Zalecenia PN-EN 7522008 co do dopuszczalnych częstości wylewoacutew z kanalizacji są
trudne do weryfikacji na etapie projektowania nowych systemoacutew ponieważ nie da się
uogoacutelnić związku pomiędzy częstością opadoacutew projektowych a częstością wylewoacutew
Pomocne okazują się tutaj wytyczne ATV-A 1181999 i DWA-A 1182006 ktoacutere
wprowadzają pojęcie częstości nadpiętrzenia (Cn) jako pomocniczą wielkość wymiarującą
do obliczeń sprawdzających (w modelowaniu) działania sieci kanalizacyjnych (tab 83)
Tab 83 Zalecane wg ATV A-118 częstości nadpiętrzenia do obliczeń sprawdzających
nowoprojektowanych bądź modernizowanych systemoacutew kanalizacyjnych
(poziom odniesienia powierzchnia terenu)
Rodzaj zagospodarowania terenu Częstość nadpiętrzenia Cn
[1 raz na C lat]
I Tereny pozamiejskie 2
II Tereny mieszkaniowe 3
III Centra miast tereny usług i przemysłu rzadziej niż 5
IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp rzadziej niż 10)
) Przy przejazdach należy wziąć pod uwagę że nadpiętrzeniu powyżej powierzchni terenu z reguły towarzyszy
bezpośrednio wylanie o ile nie są stosowane lokalne środki zabezpieczające Tutaj częstości nadpiętrzenia i
wylania odpowiadają wymienionej w tabeli 81 wartości bdquo1 na 50rdquo
Przez nadpiętrzenie w sieci (studzience) kanalizacyjnej należy rozumieć przekroczenie
przyjętego poziomu odniesienia - najczęściej powierzchni terenu Obliczenia sprawdzające
przepustowości kanałoacutew ograniczono więc zatem do takich stanoacutew systemu przy ktoacuterych
lustro ściekoacutew pozostaje wewnątrz systemu względnie osiąga poziom powierzchni terenu
Takie stany dają się w poprawny sposoacuteb odwzorować przy wykorzystaniu istniejących modeli
hydrodynamicznych (np SWMM) na podstawie danych o geometrii sieci wymiaroacutew
kanałoacutew i obiektoacutew Przez to zostaje wyznaczony obliczeniowo stan przeciążenia ktoacutery jest
najbliższy potencjalnie występującemu w dalszej kolejności wylaniu (tab 83)
Trendy zmian standardoacutew wymiarowania kanalizacji deszczowej
Odnośnie europejskich standardoacutew wymiarowania systemoacutew kanalizacji deszczowej
pierwowzorem polskiej normy PN-EN 752 z 2008 roku była norma PN-EN 752 z lat
20002001 (tab 83a)
Tab 83a Historycznie zalecane częstości deszczu obliczeniowego do wymiarowania kanalizacji
deszczowej i dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew wg PN-EN 75220002001
Częstość deszczu
obliczeniowego )
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
Częstość
wylewoacutew
[1 raz na C lat]
1 na 1 Tereny wiejskie 1 na 10
1 na 2 Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 2
1 na 5
Centra miast tereny usług i przemysłu
- ze sprawdzaniem wystąpienia wylania
- bez sprawdzania wystąpienia wylania
1 na 30
----
1 na 10
Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
) Dla deszczu obliczeniowego nie mogą wystąpić żadne przeciążenia systemoacutew
KANALIZACJA I
69
Najnowsza wersja normy PN-EN 752 z 2017 roku utrzymuje zalecane wg PN-EN 752 z
2008 roku (tab 81) częstości projektowe deszczu obliczeniowego tj C = 1 rok - dla terenoacutew
pozamiejskich (wiejskich) oraz C = 2 5 lub 10 lat - dla terenoacutew miejskich (w zależności od
rodzaju zagospodarowania terenu) ale przewiduje już możliwość przyjmowania większych
niż podane w tabelach 81 i 83b - częstości projektowych deszczu obliczeniowego (C)
Biorąc pod uwagę przewidywany wzrost częstości występowania intensywnych opadoacutew
w przyszłości do wymiarowania zwłaszcza głoacutewnych kanałoacutew i przy braku możliwości
modelowania przeciążeń (nadpiętrzeń i wylewoacutew) celowe jest już obecnie przyjmowanie
większych częstości deszczu obliczeniowego niż zalecane w standardach projektowych PN-
EN 75220002001 PN-EN 7522008 PN-EN 7522017 oraz MTiGM1999 wg propozycji
podanej w tabeli 83c - na podstawie podręcznikoacutew [1 2 3]
Tab 83b Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do wymiarowania
kanalizacji deszczowej wg najnowszej normy PN-EN 7522017 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
1 na 1 Tereny pozamiejskie (wiejskie)
1 na 2 Tereny mieszkaniowe
1 na 5 Centra miast tereny usług i przemysłu
1 na 10 Podziemne obiekty komunikacyjne
Przejścia i przejazdy pod ulicami itp
Tab 83c Proponowane zmiany częstości deszczy obliczeniowych dla zachowania
w przyszłości obecnie dopuszczalnych częstości wylewoacutew wg [2 3] Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
2 zamiast 1 Tereny wiejskie
5 zamiast 2 Tereny mieszkaniowe
10 zamiast 5 Centra miast tereny usług i przemysłu
50 zamiast 10 Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp Podobne zalecenia do wymiarowania systemoacutew odwodnieniowych w tym do
sprawdzania niezawodności ich działania (z uwzględnieniem kryterium nadpiętrzeń w
kanałach) są już stosowane w Belgii (Flandria) czy w Niemczech (Nadrenia Poacutełnocna -
Westfalia - wg Merkblatt Nr 433) Pozwoli to prawdopodobnie na zachowanie także w
przyszłości obecnie dopuszczalnych częstości występowania zagrożeń wylewami z kanałoacutew
Odnośnie dopuszczalnej częstość wylewoacutew z kanalizacji normy PN-EN 752 - z
20002001 r (tab 83a) i z 2008 r (tab 81) ograniczały to zagrożenie do rzadkich częstości
(C) występowania w dostosowaniu do 4 rodzajoacutew zagospodarowania przestrzennego terenoacutew
zurbanizowanych Najnowsza wersja normy PN-EN 7522017 roacuteżnicuje już dopuszczalną
częstość wylewoacutew z kanałoacutew w siedmiostopniowej skali wpływu zagrożenia na środowisko -
dla przykładowo zdefiniowanych lokalizacji terenoacutew Jednocześnie zastrzega że podane w
tabeli 83d wartości dopuszczalnych częstości wylewoacutew mogą być zaroacutewno podwyższane bdquow
przypadku szybko przemieszczających się woacuted powodziowychrdquo ale także obniżane bdquow
przypadku przebudowy istniejących systemoacutew gdy osiągnięcie tych samych kryterioacutew
projektowych dla nowych systemoacutew pociąga za sobą zbyt wysokie kosztyrdquo Ta druga
możliwość jest dyskusyjna wobec prognozowanego wzrostu częstości występowania
intensywnych opadoacutew w przyszłości Ponieważ norma nie jest aktem prawnym (wg Ustawy o
normalizacji z 2002 r) zalecenia normatywne należy traktować jako wskazoacutewki do
autorskich projektoacutew [1 2 3]
KANALIZACJA I
70
Tab 83d Kryteria oceny zagrożeń oraz dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew i podtopień
terenoacutew wg PN-EN 7522017
Stopień zagrożenia Przykładowe lokalizacje Częstość wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Bardzo mały Drogi lub otwarte przestrzenie z dala od budynkoacutew 1
Mały Tereny rolnicze w zależności od wykorzystania (np
pastwiska grunty orne) 2
Mały do średniego Otwarte przestrzenie wykorzystane do celoacutew publicznych 3
Średni Drogi lub otwarte przestrzenie w pobliżu budynkoacutew 5
Średni do wysokiego Zalania zamieszkanych budynkoacutew z wyłączeniem piwnic 10
Wysoki Głębokie zalania zamieszkanych piwnic lub przejazdoacutew
pod ulicami 30
Bardzo wysoki Infrastruktura krytyczna 50
82 POROacuteWNANIE DOTYCHCZASOWYCH METOD WYMIAROWANIA
KANALIZACJI DESZCZOWEJ W POLSCE i W NIEMCZECH
821 Analiza jakościowa dotychczasowych metod czasu przepływu
W podręcznikach [1 2] poroacutewnano dwie metody (czasu przepływu) wymiarowania
kanalizacji deszczowej stosowanej dotychczas w Polsce - MGN z wzorem Błaszczyka oraz
podobnie w Niemczech - MWO z wzorem Reinholda
UWAGA Poroacutewnywane metody roacuteżnią się ilościowo - pod względem wartości obliczanych
strumieni Qm(C) lecz wykazują wysoką zgodność jakościową pod względem podobnych
przyrostoacutew strumieni przy zwiększaniu częstości opadoacutew projektowych (C)
Wykazane to będzie na przykładzie całkowicie wypełnionych kanałoacutew o przekroju
kołowym gdzie łatwo udowodnić że wzrost ich przepustowości całkowitej (Q) zależy od
średnicy kanału (d) w funkcji
3 8
1
3 8
11 d
d
dQ
dQ iii (81)
Dowoacuted Korzystając z wzoru Manninga na prędkość średnią [1 2 3]
21321iR
nh (82)
dla promienia hydraulicznego Rh = d4 i wspoacutełczynnika szorstkości kanału n = 0013 sm13
otrzymamy
21322132 5330)4
(1
idid
n (83)
stosując roacutewnanie ciągłości ruchu
ididd
AQ 3 821322
982353304
(84)
przy spadku linii energii roacutewnemu spadkowi dna kanału ii = i1 = idem otrzymamy
3 8
1
3 8
13 8
1
3 8
11 9823
9823
)(
)(
d
d
id
id
dQ
dQ iiiii (85)
Na wykresie na rys 81 przedstawiono bezwymiarowe zależności did1 od QiQ1 equiv
qmiqm1 ndash wyliczone z MGN i MWO Z wykresu wynika że dwukrotne zwiększenie wartości
częstości deszczu np z C = 1 rok na C = 2 lata powoduje wzrost wartości strumienia deszczu
o wartość mnożnika 127 - wg wzoru Błaszczyka (MGN) lub o 13 - wg wzoru Reinholda
(MWO) a więc wymaga wzrostu przepustowości kanału o rząd 30 co wymaga z kolei
wzrostu średnicy kanału tylko rzędu 10 Przykładowo dziesięciokrotne zwiększenie
wartości częstości deszczu np z C = 1 rok na C = 10 lat powoduje względny wzrost wartości
KANALIZACJA I
71
strumienia deszczu o wartość mnożnika ok 22 (w MGN i MWO) i wymaga wzrostu średnicy
kanału jedynie rzędu 35
Rys 81 Jakościowa zależność względnej średnicy kanału od względnego strumienia objętości
Jak z tego wynika bdquobezpiecznerdquo projektowanie średnic kanałoacutew na większą wartość C
np na C = 2 w poroacutewnaniu z C = 1 lub na C = 5 w poroacutewnaniu z C = 2 czy też na C = 10 w
poroacutewnaniu z C = 5 wymaga tylko nieznacznego wzrostu średnicy o około 10 a więc
praktycznie nie podnosi kosztoacutew budowy kanalizacji zapewniając jednocześnie większą
pewność poprawnego jej działania
Racjonalne jest więc zapewnianie bdquowyższego standardurdquo ochrony terenoacutew
zurbanizowanych przed wylaniami z kanalizacji poprzez podnoszenie (w pewnym zakresie)
wartości częstości obliczeniowych deszczy (C) - miarodajnych do projektowania kanalizacji
czyli obniżanie przyjmowanych wartości prawdopodobieństwa (p) ich pojawiania się
822 Analiza ilościowa dotychczasowych metod czasu przepływu
Obliczane wg MWO miarodajne do wymiarowania kanalizacji strumienie ściekoacutew
deszczowych (Qm) są znacznie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN Wynika to
głoacutewnie z roacuteżnic stosowanych modeli opadoacutew ale także z odmiennych założeń wyjściowych
samych metod obliczeniowych co do miarodajnego czasu trwania deszczu (w MWO td = tp)
czy też wartości wspoacutełczynnikoacutew spływu (s - w MWO) Wyniki obliczeń strumieni Qm wg
MWO mogą być nawet dwukrotnie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN - dla
tych samych parametroacutew zlewni deszczowych tj czasu przepływu i częstości występowania
deszczu obliczeniowego [1 2]
W tabeli 84 poroacutewnano natężenia deszczy 10-minutowych odczytane z atlasu
KOSTRA dla granicznych polskich miast na tle zmierzonych we Wrocławiu i w Bochum
oraz obliczonych z modeli Reinholda (612) Błaszczyka (614) i Bogdanowicz-Stachy (616)
Wzajemne roacuteżnice wynikoacutew obliczeń natężeń deszczy q10C - obliczonych z modelu
Reinholda względem obliczonych z modelu Błaszczyka są rzędu 30 (tab 84 wiersz 12) -
na niekorzyść modelu Błaszczyka Średnie wartości natężeń deszczy q10C dla polskich miast
mieszczących się w zasięgu atlasu KOSTRA (z 1997 roku) są niemal identyczne ze
zmierzonymi we Wrocławiu [1 2] i zbliżone wartościami do obliczonych z modelu
Reinholda (tab 84 - wiersze 8 9 i 10) Średnie te są znacznie wyższe od obliczonych z
modelu Błaszczyka od 44 do 19 w praktycznym do projektowania kanalizacji
deszczowej zakresie C [1 10] lat (wiersz 13)
UWAGA Wg modelu Bogdanowicz-Stachy w regionie centralnym Polski (R1) natężenia
q10C są wyższe niż w regionie poacutełnocno-zachodnim (R2) Obliczane z tego modelu natężenia
deszczy poza C = 1 rok korespondują zaroacutewno ze zmierzonymi we Wrocławiu i w Bochum
jak i podanymi w atlasie KOSTRA dla polskich miast przygranicznych
KANALIZACJA I
72
Tab 84 Poroacutewnanie natężenia deszczy 10-minutowych dla wybranych polskich miast (z atlasu
KOSTRA) na tle zmierzonych we Wrocławiu i w Bochum oraz obliczonych z modeli
Reinholda (612) Błaszczyka (614) i Bogdanowicz-Stachy (616) Lp Miejscowość Natężenie deszczu q10C (w dm3(smiddotha)
dla częstości C (w latach)
Uwagi
C = 1 C = 2 C = 5 C = 10
1 Świnoujście 1352 1640 2020 2308
[Atlas KOSTRA]
2 Szczecin 1447 1776 2211 2540
3 Kostrzyń 1441 1747 2151 2457
4 Słubice 1486 1648 1863 2025
5 Gubin 1571 2019 2611 3059
6 Zgorzelec 1477 1869 2386 2778
7 Bogatynia 1410 1866 2469 2926
8 Średnio (1divide7) 1455 1795 2244 2585
9 Wrocław [106] 1483 1833 2300 2617 1960divide2009
10 Wg modelu Reinholda 1263 1642 2254 2820 q151= 100 dm3(smiddotha)
11 Wg modelu Błaszczyka 1009 1276 1725 2173 H = 600 mm
12 Roacuteżnica (10-11) (11) 252 287 307 298 -
13 Roacuteżnica (8-11) (11) 442 407 301 190 -
14 Wg Bogdanowicz-
Stachy dla regionu
R1 506 1852 2708 3220 1960divide1990
R2 506 1547 2209 2604
15 Bochum - Niemcy [10] 1600 1984 2500 2884 1951divide1980
83 METODA MAKSYMALNYCH NATĘŻEŃ DO BEZPIECZNEGO
WYMIAROWANIA KANALIZACJI DESZCZOWEJ W POLSCE
831 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MMN
W celu zapewnienia niezawodności działania systemoacutew odwadniania terenoacutew (w tym
kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej) budowanych czy modernizowanych w Polsce
zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 752 pilna staje się potrzeba zmiany dotychczasowych
metod ich wymiarowania w tym zastąpienie modelu Błaszczyka nowymi modelami opadoacutew
maksymalnych W książkach [1 2 3] zaproponowano daleko idącą modyfikację MGN
poprzez min wyeliminowanie czasoacutew opoacuteźnienia-retencji tk i tr a więc uzależnienie
opoacuteźnienia odpływu jedynie od rzeczywistego czasu trwania opadu td - roacutewnego czasowi
przepływu tp (na wzoacuter MWO) i korzystanie z wiarygodnych polskich modeli opadoacutew
maksymalnych Wykazano bowiem że warunki hydrologiczne Polski i Niemiec są
zbliżone a ponadto miarodajne do projektowania bezpiecznych systemoacutew odwodnień
terenoacutew zurbanizowanych są maksymalne wysokości opadoacutew deszczu (o czasach trwania do
kilku godzin) ktoacutere występują z reguły w okresach długotrwałych zjawisk opadowych
(trwających nawet kilka dni) Woacutewczas znaczenie koncentracji terenowej (tk) i retencji
kanałowej (tr) jest pomijalnie małe Tak więc
MMN = zasady MWO + polskie modele opadoacutew maksymalnych
Miarodajny strumień deszczu Qm (w dm3s) wg umownie nazwanej bdquometody
maksymalnych natężeńrdquo (MMN) obliczyć należy z wyjściowej postaci wzoru [1 2 3]
FCtqQ sdm )(max (86)
gdzie
qmax(td C) - maksymalne natężenie jednostkowe deszczu (w dm3s ha) dla czasu trwania
td = tp i częstości występowania C ndash z wiarygodnych modeli opadoacutew
maksymalnych - krzywych IDF (przy td min - wg tab 75)
KANALIZACJA I
73
ψs - maksymalny (szczytowy) wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych przyjmowany
w zależności od stopnia uszczelnienia powierzchni (ψ) nachylenia terenu (it) oraz
częstości deszczy C (ψs - wg tabeli 76a)
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha W wymiarowaniu kanalizacji deszczowej oblicza się najpierw zastępczy (średni
ważony) stopień uszczelnienia powierzchni (ψ) danej zlewni obliczany z wzoru
n
i
i
n
i
ii
n
nn
F
F
FFF
FFF
1
1
21
2211
)(
(86a)
gdzie
ψi - wspoacutełczynnik spływu (i-tej) powierzchni składowej zlewnipodzlewni kanału -
Fi - (i-ta) powierzchnia składowa zlewnipodzlewni F ha
Stopień uszczelnienia powierzchni zlewni należy przyjmować z zakresu
ψ = 10 - dla szczelnych powierzchni np dachoacutew
ψ = 09divide10 - dla uszczelnionych powierzchni np jezdni placoacutew chodnikoacutew
ψ = 0divide03 - dla nieuszczelnionych powierzchni np tzw terenoacutew zielonych
Następnie ustala się wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu s wg tabeli 76 (jak
w MWO)
Tab 76a Szczytowe wspoacutełczynniki spływu (s) w zależności od stopnia uszczelnienia (ψ) i
spadkoacutew terenu (it) oraz częstości projektowych deszczy (C)
Przykład metodyczny nr 1 Dla obliczonego stopnia uszczelnienia powierzchni zlewni
ψ = 025 przy uwzględnieniu spadkoacutew terenu w granicach 1 lt it le 4 i deszczu
obliczeniowego o częstości występowania C = 5 lat na podstawie tabeli 76 interpolowana
liniowo wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu wynosi ψs = 0465
Przykład metodyczny nr 2 Dla ψ = 030 przy 4 lt it le 10 i C = 2 lata na podstawie
tabeli 76 ustalono ψs = 042
Miarodajny spływ powierzchniowy (o strumieniu Qm - z wzoru (86)) pochodzi z
miarodajnej - zredukowanej zlewni deszczowej o zastępczej powierzchni
Stopień
uszczel-
nienia
terenu
ψ
Szczytowe wspoacutełczynniki spływu s
Spadki terenu
it le 1 1 lt it le 4 4 lt it le 10 it gt 10
Częstości obliczeniowe deszczu C lata
C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 0 () 0 0 010 031 010 015 030 (046) 015 020 (045) (060) 020 030 (055) (075)
10 () 009 009 019 038 018 023 037 (051) 023 028 050 (064) 028 037 (059) (077)
20 018 018 027 044 027 031 043 056 031 035 055 067 035 043 063 080
30 028 028 036 051 035 039 050 061 039 042 060 071 042 050 068 082
40 037 037 044 057 044 047 056 066 047 05 065 075 050 056 072 084
50 046 046 053 064 052 055 063 072 055 058 071 079 058 063 076 087
60 055 055 061 070 060 063 070 077 062 065 076 082 065 070 080 089
70 064 064 070 077 068 071 076 082 070 072 081 086 072 076 084 091
80 074 074 078 083 077 079 083 087 078 08 086 090 080 083 087 093
90 083 083 087 090 086 087 089 092 086 088 091 093 088 089 093 096
100 092 092 095 096 094 095 096 097 094 095 096 097 095 096 097 098
() Stopnie uszczelnienia le 10 wymagają uwzględnienia lokalnych uwarunkowań s
KANALIZACJA I
74
Fm zr = ψs middot F (86b)
gdzie
ψs - szczytowy wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych w zlewni danego kanału -
F - powierzchnia zlewni deszczowej danego kanału ha
Najkroacutetsze czasy trwania deszczu td min (w MMN) należy dobierać w zależności od
nachylenia terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni (td min 5 10 15 minut) wg tab 75
(jak w MWO)
Tab 75 Najkroacutetsze czasy trwania deszczu (td min) w zależności
od spadku terenu (it) i stopnia uszczelnienia (ψ) do MMN
Do czasu opracowania atlasu opadoacutew maksymalnych w Polsce - na wzoacuter atlasu
KOSTRA w Niemczech (co było postulowane już w 2011 roku w I wydaniu podręcznika [1])
można sformułować następujące zalecenia co do przydatności dotychczasowych modeli
opadoacutew do wymiarowania odwodnień terenoacutew w Polsce wg MMN
odnośnie do wymiarowania sieci kanalizacyjnych
o dla częstości projektowej deszczu C = 1 rok (na terenach wiejskich) należy
stosować wiarygodne modele lokalne opadoacutew maksymalnych bądź do czasu ich
opracowania z konieczności stosować można wzoacuter Błaszczyka (dla td = tp)
jednak z niezbędną korektą częstości deszczy z C = 1 rok na C = 2 lata
o dla częstości projektowych deszczy C = 2 5 i 10 lat zaleca się stosowanie
wiarygodnych modeli lokalnych (jak np w przypadku Wrocławia) bądź modelu
Bogdanowicz-Stachy Jednak na terenach podgoacuterskich i goacuterskich (ktoacuterych nie
obejmuje model Bogdanowicz-Stachy - rys 610) z konieczności stosować można
wzoacuter Błaszczyka - z niezbędną korektą częstości deszczy (dla td = tp)
o z C = 2 lata na C = 5 lat - w II kategorii (wg tab 81)
o z C = 5 lat na C = 10 lat - w III kategorii
o z C = 10 lat na C = 20 lat - w IV kategorii odwodnienia terenu
odnośnie do wymiarowania zbiornikoacutew retencyjnych ściekoacutew deszczowych ze
względu na ich wagę w zapewnieniu niezawodności działania systemoacutew
odwodnieniowych terenoacutew należy odpowiednio zwiększyć wartości przyjmowanych
częstości projektowych opadoacutew dla zbiornikoacutew (Cz gt C) w stosunku do zalecanych
częstości projektowych do wymiarowania sieci kanalizacyjnych (na wzoacuter wytycznych
niemieckich) i korzystać tutaj z zalecanych wyżej modeli opadoacutew (tab 85)
W przypadku Wrocławia do projektowania sieci i obiektoacutew kanalizacji deszczowej
można stosować lokalny np model fizykalny opadoacutew maksymalnych zwłaszcza dla
praktycznego zakresu td [5 180] minut i C [1 10] lat postaci [1 2]
2650
max )453()530ln(681676)( dd tCCth (89)
ktoacutery po przekształceniu na maksymalne natężenia jednostkowe opadoacutew przyjmuje postać
Średni
spadek
terenu
Stopień
uszczelnienia
powierzchni
Minimalny
czas trwania
deszczu
lt 1 le 50 15 minut
gt 50 10 minut
1 do 4 gt 0 10 minut
gt 4 le 50 10 minut
gt 50 5 minut
KANALIZACJA I
75
12650
max ])453()530ln(681676[7166)(
ddd ttCCtq (89a)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu (deszczu) mm
qmax - maksymalne jednostkowe natężenie opadu dm3(smiddotha)
td - czas trwania deszczu min
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu (z przewyższeniem) lata
Tab 85 Zalecane modele opadoacutew do wymiarowania systemoacutew odwodnieniowych wg MMN [1 2]
Standard
odwodnienia
terenu
Wymagane
częstości
projektowe
Zalecane modele opadoacutew i częstości deszczy
C - do wymiarowania
sieci odwodnieniowych
Cz - do wymiarowania
zbiornikoacutew retencyjnych
- lata lata lata Tereny wiejskie C = 1 rok Modele lokalne dla C = 1 lub
model Błaszczyka dla C = 2
Modele lokalne dla Cz = 2 lub
model Błaszczyka dla Cz = 5
Tereny mieszkaniowe C = 2 lata
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 2
(Model Błaszczyka dla C = 5)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz = 5
(Model Błaszczyka dla Cz = 10)
Centra miast
tereny usług i
przemysłu
C = 5 lat
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 5
(Model Błaszczyka dla C = 10)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz ge 10
(Model Błaszczyka dla Cz ge 20)
Podziemne obiekty
komunikacyjne
przejścia przejazdy
C = 10 lat
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 10
(Model Błaszczyka dla C = 20)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz ge 20
(Model Błaszczyka dla Cz ge 30)
Metoda maksymalnych natężeń (MMN) pozwoli osiągnąć w Polsce roacutewnie bezpieczne
rezultaty wymiarowania systemoacutew kanalizacyjnych jak w wypadku metod czasu przepływu
stosowanych w Niemczech (MWO i MZWS) zaroacutewno pod względem wartości miarodajnych
strumieni deszczy (Qm) jak i osiąganych częstości nadpiętrzeń (Cn) czy wylewoacutew (Cw)
Ponadto zaleca się przyjąć w Polsce jako zasadę doboacuter średnic grawitacyjnych kanałoacutew
deszczowych i ogoacutelnospławnych na niecałkowite wypełnienie ndash do 90 przepustowości
przekroju przy strumieniu Qm (według zaleceń ATV A-118)
Tak zwymiarowane (MMN) systemy kanalizacyjne obejmujące zlewnie deszczowe o
powierzchni F gt 2 km2 zaleca się dodatkowo sprawdzać pod kątem ich przepustowości
hydraulicznej (sieci i obiektoacutew) w oparciu o skalibrowane modele symulacyjne -
hydrodynamiczne dla spełnienia wymagań PN-EN 752 co do akceptowalnych społecznie
częstości nadpiętrzeń czy wylewoacutew (wg tab 81 83 i 85) Zastosowanie mają tutaj
zwłaszcza probabilistyczne modele opadoacutew maksymalnych
W przypadku Wrocławia korzystać można np z modelu opartego na rozkładzie
prawdopodobieństwa Fishera-Tippetta (typu IIImin) dla zakresu td [5 4320] minut i p [1
001] czyli C [1 100] lat o postaciach (DDF i IDF) [1 2]
8090022202420
max ln 68981197417584)( pttpth ddd (810)
lub
1
8090
022202420
max ]1
ln68981197417584[7166)(
dddd t
CttCtq (810a)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu (deszczu) mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(smiddotha)
td - czas trwania deszczu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p C -
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu z przewyższeniem lata
KANALIZACJA I
76
852 WYMIAROWANIE PRZYKŁADOWYCH SIECI KANALIZACYJNYCH
Na potrzeby ilustracji metod wymiarowania a następnie modelowania działania
hydrodynamicznego - przykładowo zwymiarowanych sieci kanalizacji deszczowej przyjęto
modelową zlewnię deszczową o powierzchni F = 2025 ha (tj ok 2 km2) położoną w terenie
płaskim we Wrocławiu przedstawioną schematycznie na rysunku 85 Przykład zaczerpnięto
z pracy doktorskiej B Kaźmierczaka z 2011 r pt Badania symulacyjne działania przelewoacutew
burzowych i separatoroacutew ściekoacutew deszczowych w warunkach ruchu nieustalonego do
wspomagania projektowania sieci odwodnieniowych cytowanej w [1 2]
1
2
5
4
3
6
7
10
9
8
11
12
15
14
13
16
17
20
19
18
21
22
25
24
23
26
27
30
29
28
31
32
35
34
33
86
87
90
89
88
81
82
85
84
83
76
77
80
79
78
71
72
75
74
73
66
67
70
69
68
61
62
65
64
63
56
57
60
59
58
51
52
55
54
53
46
47
50
49
48
41
42
45
44
43
36
37
40
39
38 out
Rys 85 Plan zintegrowanych powierzchni cząstkowych modelowej zlewni deszczowej
Kanalizowana zlewnia deszczowa w zabudowie mieszkaniowej składa się z 90 zlewni
cząstkowych - modułoacutew o powierzchniach 225 ha i wymiarach 150 na 150 m Średni ważony
wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego wynosi ψ = 025 stąd powierzchnia zredukowana
zlewni Fzr = 50625 ha Projektowane kanały boczne (w liczbie 36) mają długość po 300 m
(2 odcinki po 150 m) Kolektor ma całkowitą długość 2700 m (18 odcinkoacutew po 150 m)
Obliczenia hydrologiczne i hydrauliczne kanalizacji deszczowej przeprowadzono dla 3
wariantoacutew wymiarowania sieci metodami czasu przepływu a mianowicie
(I) MGN - z modelem opadoacutew Błaszczyka (717) dla H = 590 mm (Wrocław)
(II) MGN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia (810a)
(III) MMN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia (810a)
Zestawienie założeń wyjściowych do obliczeń hydrologicznych i hydraulicznych dla 3
wariantoacutew obliczeniowych sieci kanalizacji deszczowej przedstawiono w tabeli 814
Tabela 814 Zestawienie założeń wyjściowych do obliczeń hydrologicznych i hydraulicznych
przykładowych sieci kanalizacji deszczowej (dla trzech wariantoacutew wymiarowania)
Wariant
metoda
Częstość deszczu
obliczeniowego
C lata
Czas koncentracji
terenowej
tk min
Czas
retencji
kanałowej
tr min
Minimalny czas
trwania deszczu
miarodajnego
tdm min min
Maksymalne
wypełnienie
kanału
D kanały
boczne kolektor
kanały
boczne kolektor
I MGN z
wzorem (717) 1 2 10 5 02 tp 10 do 100
II MGN z
wzorem (810a) 1 2 10 5 02 tp 10 do 100
III MMN z
wzorem (810a) 2 2 0 0 0 15 do 75
KANALIZACJA I
77
Wyniki wymiarowania
I MGN z modelem opadoacutew Błaszczyka
W I wariancie obliczeniowym - wymiarowania kanalizacji deszczowej opracowano
krzywe natężenia deszczu z wzoru Błaszczyka (717) Zredukowane (dla czasu przepływu tp)
krzywe IDF dla częstości występowania opadoacutew C = 1 i 2 lata przedstawiono na rys 86
W I wariancie dobrano średnice kanałoacutew bocznych pierwszy odcinek (150 m) ma
K030 m oraz drugi odcinek (150 m) ma K040 m Kolektor składa się z 18 odcinkoacutew o
średnicach od K080 do K160 m Obliczeniowy czas przepływu wynosi 456 min
Miarodajny strumień odpływu ściekoacutew deszczowych wynioacutesł Qm(I) = 1948 m3s
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
C=2
C=1
p Rys 86 Zredukowane krzywe natężenia deszczu (IDF) z wzoru Błaszczyka do MGN
II MGN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W II wariancie obliczeniowym opracowano krzywe natężenia deszczu do MGN z
modelu opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia Zredukowane (od czasu przepływu tp) krzywe
IDF z wzoru (810a) dla częstości występowania opadoacutew C = 1 i 2 lata przedstawiono na
rys 87
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
p
C=2
C=1
Rys 87 Zredukowane krzywe natężenia deszczu (IDF) z modelu opadoacutew
maksymalnych dla Wrocławia do MGN
W II wariancie kanały boczne mają średnice K040 m i K050 m Kolektor składa się z
18 odcinkoacutew o średnicach K080 m do K20 m Czas przepływu w sieci wynosi 4385 min
Przyjmując miarodajny strumień odpływu ściekoacutew deszczowych z I wariantu Qm(I) = 1948
m3s za 100 to strumień odpływu w II wariancie Qm(II) = 3049 m3s jest wyższy o 56
III MMN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W III wariancie obliczeniowym na podstawie założeń wyjściowych (tab 814)
opracowano krzywą natężenia deszczu do MMN - z modelu (810a) opadoacutew maksymalnych
dla Wrocławia Krzywą IDF dla C = 2 lata i td min = 15 minut przedstawiono na rysunku 88
KANALIZACJA I
78
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
p
C=2
Rys 88 Krzywa natężenia deszczu (IDF) z modelu opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia do MMN
W III wariancie kanały boczne mają średnice K040 m i K060 m a kolektor - od
K080 m do K220 m Czas przepływu wynosi 433 min Strumień ściekoacutew deszczowych w
III wariancie Qm(III) = 3700 m3s jest wyższy aż o 90 wzgl I wariantu (Qm(I) = 1948 m3s)
853 MODELOWANIE DZIAŁANIA PRZYKŁADOWO ZWYMIAROWANYCH SIECI
KANALIZACYJNYCH
W celu weryfikacji występowania nadpiętrzeń w kanałach w przykładowo
zaprojektowanych sieciach należy zgodnie z zaleceniami DWA-A 1182006 obciążyć
zlewnię modelową deszczem o częstości występowania C = 3 lata (wg tab 83) i czasie
trwania dwukrotnie przewyższającym czas przepływu w sieci Ponieważ w zaprojektowanych
zlewniach modelowych (średni) czas przepływu jest rzędu 45 min opracowano na podstawie
wzoru (810) na maksymalną wysokość deszczu we Wrocławiu opad modelowy o czasie
trwania t = 90 min Do symulacji działania sieci wykorzystano oprogramowanie SWMM 50
Ideą opadoacutew modelowych jest oddanie w sposoacuteb zbliżony do rzeczywistości przebiegu
typowych opadoacutew - o zmiennej w czasie intensywności Przykładem jest model Eulera typu
II zalecany min do symulacji działania kanalizacji w Niemczech a obecnie w Polsce [1 2]
Jego przydatność potwierdziła Wartalska w pracy doktorskiej z 2019 r oraz w monografii ndash wg Wartalska KE Kotowski A Metodyka tworzenia wzorcoacutew opadoacutew do modelowania odwodnień
terenoacutew Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2020
Rys 3 Opad modelowy Eulera typu II o C = 3 lata i t = 90 min dla Wrocławia [1 2]
Wyniki modelowania
Ad I Sieć deszczowa zwymiarowana MGN z modelem opadoacutew Błaszczyka
W celu weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zwymiarowanej w 3 wariantach obciążono zlewnię opracowanym opadem modelowym
Eulera typu II dla warunkoacutew wrocławskich Z sumarycznej wysokości opadu (2675 mm)
czwarta jego część (ψ = 025) przekształcana była w spływ powierzchniowy i trafiała do
kanalizacji Profil kolektora wraz z maksymalnymi wypełnieniami w czasie trwania opadu
(31-sza min) dla zwymiarowanej w I wariancie sieci kanalizacyjnej podano na rys 810
KANALIZACJA I
79
Rys 810 Profil kolektora w 31 minucie trwania opadu modelowego
w I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Zaprojektowana w I wariancie sieć kanalizacji deszczowej nie ma odpowiedniej
przepustowości hydraulicznej aby bez nadpiętrzeń do poziomu terenu odprowadzać
modelowane spływy ściekoacutew deszczowych Jak pokazano na rysunku 810 praktycznie cały
kolektor poza ostatnim odcinkiem pracuje pod ciśnieniem w czasie trwania zadanego
opadu modelowego Nadpiętrzenia rzędu kilku metroacutew w tym do powierzchni terenu (i
wylania) występują w większości węzłoacutew obliczeniowych kolektora W przypadku kanałoacutew
bocznych roacutewnież mamy do czynienia z licznymi nadpiętrzeniami
Sumaryczna objętość ściekoacutew ktoacutere podczas trwania opadu modelowego nie zmieściły
się lub wylały się z sieci wynosi 1291 m3 Większa część z tej objętości to ścieki deszczowe
ktoacutere wylały się w początkowych odcinkach sieci - w węzłach obliczeniowych gdzie
zagłębienie kolektora jest najmniejsze Łącznie wylania zanotowano aż w 71 węzłach
obliczeniowych czyli w 71 zintegrowanych zlewniach cząstkowych
Węzły obliczeniowe w ktoacuterych nastąpiły wylania przedstawiono schematycznie na
rysunku 814 Tylko w przypadku 19 z 90 węzłoacutew napiętrzenia nie osiągnęły w żadnej chwili
czasowej trwania opadu modelowego poziomu terenu
Rys 814 Miejsca spiętrzeń powyżej poziomu terenu w modelowej zlewni
w I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
W I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej maksymalny modelowy
strumień objętości na ostatnim odcinku kolektora wynioacutesł Qmax(I) = 516 m3s
Ad II Sieć deszczowa zwymiarowana MGN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W celu weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zaprojektowanej w II wariancie obciążono ją roacutewnież opadem modelowym Eulera typ II o
częstości występowania C = 3 lata i o czasie trwania t = 90 min (analogicznie jak w
przypadku I wariantu) Profil kolektora wraz z wypełnieniami w wybranym czasie trwania
opadu (31 minuta) przedstawiono na rysunku 816
KANALIZACJA I
80
Rys 816 Profil kolektora w 31 minucie trwania opadu modelowego
w II wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Jak widać z rysunku 816 napiętrzenia na początkowych odcinkach kolektora w
przedstawionej chwili czasowej symulacji osiągają poziom terenu Środkowe i po części
końcowe odcinki kolektora pracują już pod niewielkim ciśnieniem W przypadku
początkowych kanałoacutew bocznych także mamy do czynienia z nadpiętrzeniami do poziomu
terenu Sumaryczna objętość ściekoacutew ktoacutere podczas trwania deszczu modelowego nie
zmieściły się lub wylały się z sieci wynosi 20 m3 Łącznie wylania zanotowano w 12
węzłach (rys 819)
Rys 819 Miejsce nadpiętrzeń do poziomu terenu w modelowej zlewni
w II wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Maksymalny modelowy strumień objętości (w II wariancie) na ostatnim odcinku
kolektora wynosił Qmax(II) = 611 m3s
Ad III Sieć deszczowa zwymiarowana MMN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
Do weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zaprojektowanej w III wariancie obciążono ją roacutewnież opadem modelowym Eulera typ II o
częstości C = 3 lata i o czasie trwania t = 90 min Profil kolektora (34 minuta) przedstawiono
na rysunku 821
Rys 821 Profil kolektora w 34 minucie trwania opadu modelowego
w III wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
KANALIZACJA I
81
Jak wynika z rysunku 821 praktycznie cały kolektor pracuje ze swobodnych lustrem
ściekoacutew W przypadku wszystkich kanałoacutew bocznych nadpiętrzenia do poziomu terenu
roacutewnież nie występują - brak wylewoacutew z kanałoacutew Maksymalny strumień objętości
przepływu (w III wariancie) na ostatnim odcinku kolektora wynosił Qmax(III) = 695 m3s
854 WNIOSKI Z ANALIZ DZIAŁANIA PRZYKŁADOWO ZWYMIAROWANYCH SIECI
KANALIZACYJNYCH
Przeprowadzone badania miały na celu weryfikację przydatności do bezpiecznego
projektowania sieci (i obiektoacutew) kanalizacyjnych tzw metod czasu przepływu Zestawienie
wynikoacutew wymiarowania i analiz działania modelowych sieci kanalizacyjnych (dla trzech
wariantoacutew) przedstawiono w tabeli 818
Tab 818 Zestawienie wynikoacutew wymiarowania i modelowania działania przykładowych sieci
kanalizacyjnych w terenie płaskim w warunkach wrocławskich
Wariant
obliczeń
Parametry projektowe kanalizacji deszczowej Parametry modelowe
Strumień
odpływu
Qm
Objętość
sieci
VK
Wskaźnik
objętości
VKj
Rezerwa
systemu
VR
Maksymalny
wymiar
kolektora
Maksymalne
zagłębienie
kolektora
Strumień
modelowy
Qmax
Liczba
wylewoacutew
Lw
Objętość
wylewoacutew
Vw
m3s m3 m3ha m m ppt m3s - m3
I 1948 4849 239 22 K16 599 516 71 1291
II 3049 7234 357 22 K20 591 611 12 20
III 3700 9825 485 28 K22 533 695 0 0
Przeprowadzone analizy wskazały jednoznacznie że bezpieczną metodą czasu
przepływu jest MMN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia ze względu na
brak nadpiętrzeń do powierzchni terenu i wylewoacutew z kanalizacji Wzoacuter Błaszczyka i ogoacutelnie
MGN znacznie niedoszacowuje miarodajny do wymiarowania sieci strumień objętości
ściekoacutew deszczowych ze względu na licznie występujące nadpiętrzenia do powierzchni
terenu i wylania Proacuteba zastosowania w MGN wzoru opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
też nie przyniosła zadawalających wynikoacutew - zmalała jedynie liczba nadpiętrzeń i objętość
wylewoacutew z kanalizacji
UWAGA Praktyczne wskazoacutewki do symulacji działania kanalizacji podano w monografiach
1 Kaźmierczak B Kotowski A Weryfikacja przepustowości kanalizacji deszczowej w
modelowaniu hydrodynamicznym Oficyna Wyd Politechniki Wrocławskiej 2012
2 Nowakowska M Kotowski A Metodyka i zasady modelowania odwodnień terenoacutew
zurbanizowanych Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2017
Zalecenia do doboru wymiaroacutewśrednic kanałoacutew deszczowych
Biorąc pod uwagę prognozowany wzrost intensywności opadoacutew w przyszłości jako
minimalną średnicę kanałoacutew deszczowych w miastach zaleca się już obecnie przyjmować
Dmin = 040 m a tylko w uzasadnionych przypadkach można stosować Dmin = 030 m (jak wg
dotychczasowych WTP) - na początkowych odcinkach sieci przy znacznych spadkach terenu
- na podstawie wynikoacutew modelowania hydrodynamicznego w wyżej omoacutewionym
przykładzie a także dla obciążeń zlewni w przyszłości tj symulacji komputerowych
obecnymi opadami o C = 5 lat i 100 lat ndash wg rozdz 855 w podręczniku [2])
Analogicznie uwzględniając zmiany klimatu celowe jest także zwiększenie minimalnej
średnicy przykanalikoacutew deszczowych z wpustoacutew ulicznych - z obecnej D = 015 m na
D = 020 m a także zwiększenie ich liczby (z typowym rusztem 04x06 m) tj zmniejszenie
rozstawoacutew z obecnie zalecanych le 30 m do rozstawoacutew le 25 m - w zależności od klasy drogi
i spadkoacutew niwelety jezdni - wg tabeli 10
KANALIZACJA I
82
Tab 10 Zalecane odstępy między wpustami ulicznymi podane w [1 2]
Maksymalny odstęp
między wpustami [m]
Spadek podłużny
niwelety drogi []
le 25 gt 10
le 15 05 do 10
le 10 lt 05
Minimalne spadki dna kanałoacutew deszczowych można określać ze znanej formuły
imin = 1D (imin w [permil] dla D w [m]) Przykładowo dla Dmin = 040 m imin = 1040 = 25permil
przy czym dla D ge 10 m imin = 10permil Spadek maksymalny kanałoacutew deszczowych (imax)
powinien wynikać z warunku nieprzekraczania prędkości maksymalnej Vmax = 50 ms ndash w
warunkach całkowitego wypełnienia danego przekroju (średnicy) kanału Przykładowo dla
Dmin = 040 m imax = 90permil [1 2 3]
Kanały deszczowe należy dobierać na niecałkowite wypełnienie - odpowiednio do 90
przepustowości całkowitej (Qo) danego przekroju (np średnicy D) kanału - wg zaleceń DWA-
A118 z 2006 r czyli do względnego wypełnienia [1 2 3]
hD lt 075 - dla kanałoacutew o przekroju kołowym (o średnicy D)
hH lt 079 - dla kanałoacutew jajowych (o wysokości przekroju H = 15B) oraz
hH lt 072 - dla kanałoacutew dzwonowych (o wysokości przekroju H = 085B gdzie B
oznacza szerokość przekroju w tzw pachach)
Przykład metodyczny Przyporządkowanie pośrednich średnic kanałoacutew na odcinkach
kolektora A-B-C-D Kolektor ściekowy AD podzielono na 3 odcinki i obliczono miarodajne
strumienie ściekoacutew QB QC i QD
ndash dla odcinka AB ndash dla QB i spadku dna kanału ik1 dobrano D1 = 06 m
ndash dla odcinka BC ndash dla QC i spadku dna kanału ik2 dobrano D2 = 08 m
ndash dla odcinka CD ndash dla QD i spadku dna kanału ik3 dobrano D3 = 12 m
Do wyznaczenia położenia pośrednich średnic kolektora pomocny jest wykres (rys 58)
Q = f(LAD) na podstawie ktoacuterego zakładając proporcjonalny przyrost strumienia na długości
można określić położenie innych średnic np D = 03 m D = 04 m D = 05 m i D = 10 m
Rys 58 Wykres metodyczny do określania położenia pośrednich średnic kanałoacutew
UWAGA Spadek dna kanału o średnicy Di musi być odpowiedni dla tej średnicy (ik min ge
1Di)
KANALIZACJA I
83
9 PODSTAWY WYMIAROWANIA HYDRAULICZNEGO PRZEWODOacuteW
ŚCIEKOWYCH I KANAŁOacuteW
91 RODZAJE I KLASYFIKACJE PRZEPŁYWOacuteW CIECZY
W kanałach przewodach ściekowych i obiektach kanalizacyjnych wyroacuteżnić można pod
względem hydraulicznym trzy zasadniczo roacuteżniące się przepływy cieczy [2 39 64 69 72
84 189 232]
pod ciśnieniem - pełnym przekrojem przewodu ściekowego (kanału)
o swobodnej powierzchni - przy częściowym wypełnieniu kanału
o swobodnej strudze - np przez koronę przelewu
Odrębną grupę stanowią przepływy ciśnieniowe o ruchu wirowym spotykane min w
urządzeniach do dławienia energii czy regulatorach hydrodynamicznych
Gdy parametry ruchu cieczy takie jak ciśnienie prędkość przepływu i przyspieszenie
nie zmieniają się w czasie i w przestrzeni to taki ruch jest ustalony W przeciwnym
wypadku tj gdy parametry ruchu są funkcjami zaroacutewno położenia jak i czasu ruch taki jest
nieustalony Powiązanie parametroacutew ruchu cieczy z geometrią przewodoacutew ściekowych czy
kanałoacutew ujmują układy roacutewnań roacuteżniczkowych de Saint-Venanta o roacuteżnym stopniu
uproszczeń stosowanych do ich wymiarowania (tab 91)
Tab 91 Założenia wyjściowe do obliczeń hydraulicznych kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych
odnośnie rodzaju ruch cieczy wg ATV-A110 [1 2]
Oznaczenia do tabeli 91
x ndash wspoacutełrzędna drogi t ndash wspoacutełrzędna czasu Q ndash strumień objętości q ndash jednostkowy
dopływodpływ boczny (przyjmowany jako ustalony) A ndash powierzchnia przekroju poprzecznego
strumienia cieczy i ndash spadek dna J ndash spadek linii energii wywołany tarciem h ndash wysokość
napełnienia kanału względnie wysokość ciśnienia w przewodach całkowicie wypełnionych v ndash
średnia prędkość przepływu g ndash przyspieszenie ziemskie
Przy rozwiązaniu pełnego układu roacutewnań roacuteżniczkowych ruchu cieczy tj roacutewnania
zachowania pędu i roacutewnania zachowania masy (ciągłości przepływu) - oznaczonego w tab
91 jako bdquo0rdquo - metoda obliczeniowa jest dokładna dla roacuteżnych stanoacutew i uwarunkowań
systemowych w wyniku powiązania strumieni przepływu i poziomoacutew cieczy z parametrami
geometrycznymi przewodoacutew a także średnią prędkością przepływu Znajduje zastosowanie
do modelowania działania systemoacutew kanalizacyjnych w czasie rzeczywistym Układ roacutewnań
oznaczony jako bdquo1rdquo ma ścisłe zastosowanie do kanałoacutewprzewodoacutew tranzytowych - bez
KANALIZACJA I
84
bocznych dopływoacutewodpływoacutew Dalsze uproszczenia tj pominięcie pierwszego czy drugiego
członu roacutewnania ruchu (postaci bdquo1rdquo) może już prowadzić do błędoacutew obliczeniowych (postać
bdquo4rdquo) Jednak błędy te mogą mieć tendencje przeciwstawne - w części znoszące się
Układy roacutewnań roacuteżniczkowych ruchu cieczy (de Saint-Venanta) nie są rozwiązywalne
analitycznie - poza postacią oznaczoną w tab 91 jako bdquo7rdquo - bdquoprzepływ normalnyrdquo
Konieczne jest więc stosowanie metod numerycznych przybliżonego ich rozwiązywania
Odcinki kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych cechuje na ogoacuteł stały przekroacutej poprzeczny
niezmienny spadek podłużny dna i stała na ogoacuteł chropowatośćszorstkość ścian Przy ich
wymiarowaniu przepływy ściekoacutew są traktowane najczęściej jako ustalone i roacutewnomierne
(chwilowo niezmienne) co dla strumienia miarodajnego (maksymalnego) Qm jest jak
dotychczas podstawą doboru wymiaroacutew liniowych kanału czy przewodu Dla kanałoacutew
częściowo wypełnionych zakłada się że rozwiązanie roacutewnania ruchu cieczy (postaci bdquo7rdquo ndash
tab 91) i = J mieści się w klasie dokładności danych wyjściowych dotyczących głoacutewnie
strumienia przepływu
92 PRZEPŁYWY PEŁNYM PRZEKROJEM PRZEWODU
921 METODY I WZORY WYJŚCIOWE
Podczas przepływu cieczy newtonowskiej (ścieki - woda) w przewodach zamkniętych
powstają naprężenia styczne (opory ruchu) wywołane lepkością określane jako straty
hydrauliczne Wysokość liniowych strat hydraulicznych (Δh) w całkowicie wypełnionym
rurociągu o długości l i średnicy wewnętrznej d wyraża wzoacuter Darcy-Weisbacha
gR
l
gd
lh
h 242Δ
22
(93)
gdzie
λ - wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych (tarcia) -
- średnia prędkość strumienia cieczy w przekroju poprzecznym rurociągu ms
g - przyśpieszenie ziemskie ms2
Rh - promień hydrauliczny stosunek powierzchni przekroju poprzecznego (A) strumienia
cieczy do obwodu zwilżonego (U) Rh = d4 - dla przewodoacutew o przekroju kołowym
całkowicie wypełnionych m
Dla izotermicznych (bez wymiany ciepła) przepływoacutew turbulentnych cieczy mających
znaczenie praktyczne w sieciach kanalizacyjnych (i wodociągowych) tzn przy wartościach
liczby Reynoldsa Re gt 4000 (gdzie Re = d1306middot10-6) w literaturze naukowo-technicznej
dostępnych jest wiele wzoroacutew określających wartość wspoacutełczynnika λ - najczęściej w
odniesieniu do konkretnych materiałoacutew przewodoacutew Ich ogoacutelna postać zależy od strefy w
jakiej odbywają się przepływy wodyściekoacutew
W ruchu turbulentnym wyodrębnia się trzy takie strefy a mianowicie
strefę I - przepływoacutew w przewodach hydraulicznie gładkich gdzie λ = f1 (Re)
strefę II - przepływoacutew przejściowych λ = f2 (Re kd)
strefę III - przepływoacutew o kwadratowej zależności oporoacutew λ = f3 (kd)
Wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych (λ) zaleca się obliczać z uwikłanej postaci wzoru
Colebrooka-Whitersquoa
hR
k
d
k
4713Re
512log2
713Re
512log2
1
(94)
gdzie
k - zastępcza chropowatość wewnętrznych ścian przewodu m
KANALIZACJA I
85
Re - liczba Reynoldsa Re = dν equiv 4Rhν -
ν - wspoacutełczynnik lepkości kinematycznej cieczy m2s
Wzoacuter (94) ma uniwersalny charakter obejmujący swoim zakresem wszystkie 3 strefy
przepływoacutew turbulentnych
Dla przepływoacutew w III strefie jako alternatywną do metody bazującej na wzorach
Darcy-Weisbacha (93) i Colebrooka-Whitersquoa (94) do wymiarowania przewodoacutew wodnych
w tym kanałoacutew ściekowych całkowicie wypełnionych stosowana jest metoda oparta na
wzorze Chezy-Manninga na prędkość średnią (w ms) o dogodnej postaci analitycznej
21321JR
nJRC hhM (99)
gdzie
n - wspoacutełczynnik szorstkości przewodu sm13
Rh - promień hydrauliczny m
J - jednostkowy spadek energii wywołany tarciem (J = Δhl) -
CM - wspoacutełczynnik Cheacutezy do wzoru Manninga m12s
61
61
4
11
d
nR
nC hM (910)
Wspoacutełczynnik szorstkości (n) zależy od stanu hydraulicznego przewodoacutew - analogicznie
jak zastępcza chropowatość (k) [1 2] W normie PN-EN 752 definiowany jest jako
wspoacutełczynnik Manninga K = 1n ktoacuterego wartość w III strefie określa wzoacuter
k
d
dgK
73log
324
61
(911)
923 DOBOacuteR PRZEKROJOacuteW PRZEWODOacuteW I KANAŁOacuteW CIŚNIENIOWYCH
W praktyce na wartość wspoacutełczynnika oporoacutew liniowych (λ) wpływ mają roacutewnież
straty miejscowe - na połączeniach odcinkoacutew rur na niedokładnościach osiowego ułożenia
przewodu na zmianach spadkoacutew dna czy kierunkoacutew tras przewodu czy też niecałkowicie
kołowego kształtu przekroju poprzecznego rur (zwłaszcza tworzywowych - wynikających z
wad zabudowy) a także wynikające z efektoacutew starzenia się przewodoacutew wodnych w czasie
eksploatacji (prowadzących do spadku przepływności) możemy zapisać
ggR
lhhh
h
ml224
Δ22
(929)
Nieliniowe straty miejscowe (Δhm w m) można rozłożyć roacutewnomiernie na długości
przewodu uzyskując tym samym zastępczą chropowatość eksploatacyjną (ke) i woacutewczas
l
Rhe
4 (930)
gdzie
λe - wspoacutełczynnik oporoacutew dla zastępczej chropowatości eksploatacyjnej ke -
λ - wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych wywołany chropowatością k wg (94) -
ξ - wspoacutełczynnik oporoacutew miejscowych wywołany zaburzeniem rozkładu prędkości -
Po uwzględnieniu (929) i (930) i przekształceniu (928) na spadek linii energii
otrzymamy
gRl
hJ
h
e24
1 2
(931)
gdzie
KANALIZACJA I
86
J - jednostkowy sumaryczny spadek energii (spadek hydrauliczny) wywołany tarciem i
oporami miejscowymi na odcinku kanału o długości l
Przekształcając (931) ze względu na
gdJJgRe
h
e
21
81
(932)
i wykorzystując ogoacutelną postać wzoru (94) Colebrooka-Whitersquoa dla liczby Reynoldsa
Re = 4Rh ν equiv d ν zapisanego jako
h
e
eheR
k
R 47134
512log2
1
(933)
po podstawieniu (933) do (932) i dalszych przekształceniach otrzymamy wzoacuter na średnią
prędkość przepływu (w ms)
JgRR
k
JgRRh
h
e
hh
8471384
512log2
(934)
Stosując roacutewnanie ciągłości ruchu Q = A (gdzie A - pole powierzchni przekroju
poprzecznego przewodu m2) otrzymamy ostatecznie ogoacutelny wzoacuter analityczny na strumień
objętości przepływu (Q w m3s)
AJgRR
k
JgRRQ h
h
e
hh
8
471384
512log2
(935)
skąd dla przewodoacutewkanałoacutew o kołowym kształcie przekroju poprzecznego - o średnicy d (w
m) całkowicie wypełnionych Rh = d4
dJdd
k
dJdQ e 2
713
5670log 9576
(936)
Wg ATV-A110 do wymiarowania przewodoacutew ściekowych i kanałoacutew tranzytowych
działających pod ciśnieniem (w tym tworzywowych) zaleca się przyjmować uśrednioną
wartość zastępczej chropowatość eksploatacyjnej w wysokości ke = 025 mm Wartość ta nie
uwzględnia jednak strat miejscowych na armaturze kolanach i łukach kształtkach
połączeniowych wlotach i wylotach ściekoacutew w obiektach kanalizacyjnych takich jak syfony
rury dławiące czy reduktory ciśnienia Straty te należy ustalać indywidualnie Wskazoacutewki
znaleźć można min w pracy [2] Wspoacutełczynnik lepkości kinematycznej wody w temperaturze 10ordmC (28315 K) wynosi
ν10 = 1306 10-6 m2s a dla ściekoacutew przyjmuje się odpowiednio [1 2 3]
ν10 = 133 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 100 mgdm3
ν10 = 137 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 300 mgdm3
ν10 = 143 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 600 mgdm3
W celu ułatwienia doboru przekroi - średnic przewodoacutew czy kanałoacutew ciśnieniowych (np
przewodoacutew tłocznych pompowni ściekoacutew) można posługiwać się nomogramami
opracowanymi do wzoru Colebrooka-Whitersquoa dla przyjętej wartości zastępczej chropowatości
eksploatacyjnej k = ke Przykładowo wykorzystując nomogramem logarytmiczny
przedstawiony na rysunku 95 dotyczący ciśnieniowych przewodoacutewkanałoacutew żelbetowych o
przekroju kołowym dla k = ke = 10 mm i lepkości wody ν10 = 1306 10-6 m2s można dla
ustalonej wartości strumienia Q (w dm3s) i założonej prędkości przepływu ( w ms)
dobierać średnicę (d w mm) przewodu a następnie odczytać wartość spadku linii ciśnienia (J
w promilach)
KANALIZACJA I
87
Rys 95 Przykładowy nomogram logarytmiczny do doboru przewodoacutew żelbetowych (ciśnieniowych)
o przekroju kołowym wg wzoru Colebrooka-Whitersquoa dla k = 10 mm (ν10 = 1306 10-6 m2s)
93 PRZEPŁYWY W KANAŁACH CZĘŚCIOWO WYPEŁNIONYCH
931 METODY I WZORY WYJŚCIOWE
U podstaw obliczeń hydraulicznych służących do doboru wymiaroacutew liniowych kanałoacutew
czy przewodoacutew grawitacyjnych działających ze swobodnym zwierciadłem cieczy (tj
częściowo wypełnionych) leży założenie upraszczające iż mamy do czynienia z ruchem
ustalonym i roacutewnomiernym Odcinki kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych cechuje na ogoacuteł stały
przekroacutej poprzeczny niezmienny spadek podłużny dna oraz stała chropowatośćszorstkość
ścian W ruchu roacutewnomiernym (ustalonym) występuje wzajemna roacutewnoległość dna kanału
(i) wysokości zwierciadła cieczy (hn(Q)) i linii wysokości energii (J = i) a rozkłady
prędkości są jednakowe we wszystkich przekrojach poprzecznych na danym odcinku kanału
( = idem)
Wychodząc z ogoacutelnej postaci wzoru Darcy-Weisbacha (93) na wysokość liniowych
strat hydraulicznych po uwzględnieniu dodatkowo oporoacutew miejscowych wg (929)divide(931)
otrzymamy dla przewodoacutew i kanałoacutew ściekowych częściowo wypełnionych wzoacuter na spadek
hydrauliczny
gR
il
h
h
e24
1 2
(940)
gdzie
Δh - roacuteżnica wysokości den kanału na odcinku o długości l roacutewna roacuteżnicy wysokości
wypełnień normalnych h = hn (w ruchu roacutewnomiernym) Δh = imiddotl m
i - spadek dna kanału roacutewny sumarycznemu spadkowi linii energii - wywołanej tarciem i
oporami miejscowymi (na odcinku l) -
λe - wspoacutełczynnik oporoacutew dla zastępczej chropowatości eksploatacyjnej ke -
KANALIZACJA I
88
Rh - promień hydrauliczny Rh = AU m
A - powierzchnia przekroju poprzecznego strumienia cieczy m2
U - obwoacuted zwilżony m
- średnia prędkość strumienia cieczy ms
g - przyśpieszenie ziemskie ms2
Promień hydrauliczny w przypadku przewodoacutew i kanałoacutew całkowicie wypełnionych
jest miarą hydrauliczną roacuteżnych kształtoacutew przekroi poprzecznych (kołowych jajowych
dzwonowych itp) W przypadku przewodoacutew i kanałoacutew częściowo wypełnionych pełni
dodatkowo rolę miary hydraulicznej stopnia wypełnienia przekrojoacutew - np hD ndash wg rysunku
96
Rys 96 Schemat hydrauliczny kanału zamkniętego częściowo wypełnionego (AU = Rh)
Pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy w kanale o przekroju
kołowym przy częściowym - względnym wypełnieniu ηh = hD oblicza się z zależności
geometrycznych
22
2112121arccos4 D
h
D
h
D
hDAn
(941)
gdzie
An ndash pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy przy wypełnieniu
(normalnym) h = hn m2
D - wewnętrzna średnica kanału m
Zależność pomiędzy polem powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy przy
częściowym wypełnieniu (An) a polem powierzchni całego przekroju poprzecznego kanału
(A) - o średnicy D ujmuje wskaźnik względnej powierzchni (ηA) postaci
D
h
D
h
A
An
A 21arccos2sin21arccos22
1
(942)
Promień hydrauliczny Rh w tym dla względnego wypełnienia przekroju hD oblicza się
z ogoacutelnej postaci wzoru
Dh
DhDhDRh
21arccos
211211
4
2
(943)
Związek pomiędzy promieniem hydraulicznym przy częściowym wypełnieniu a
promieniem hydraulicznym całego przekroju poprzecznego rur określa się z zależności
geometrycznych dla przekroju kołowego
Dh
Dh
R
R
h
hn
Rh21arccos2
21arccos2sin1
(944)
gdzie
ηRh - wskaźnik względnego promienia hydraulicznego -
Rh - promień hydrauliczny przewodu o (wewnętrznej) średnicy D przy całkowitym
wypełnieniu Rh = AU = D4 m
Rhn - promień hydrauliczny strumienia cieczy przy częściowym wypełnieniu
(normalnym) h = hn m
Obliczanie przepływoacutew cieczy w kanałach czy przewodach ściekowych częściowo
wypełnionych zaleca się obecnie opierać na wzorze Colebrooka-Whitersquoa przy przyjęciu
KANALIZACJA I
89
zastępczej chropowatości eksploatacyjnej (ke) Tym samym odstępuje się od stosowania
wzoru Manninga ze wspoacutełczynnikiem szorstkości (n) jako mniej uniwersalnego właściwego
jedynie dla przepływoacutew turbulentnych w III strefie (tzw kwadratowego prawa oporoacutew)
Norma PN-EN 7522008 dopuszcza jednak stosowanie wzoru Manninga w zmienionej
postaci [1 2] (ze wspoacutełczynnikiem Manninga K = 1n - wg wzoru (911))
2132
6173
log32
4 iRk
D
Dg h
(945)
gdzie ogoacutelnie D = 4Rh
Przekształcając wzoacuter Darcy-Weisbacha (93) - ściślej roacutewnanie (940) ze względu na
igRh
e
81
(946)
i wykorzystując wzoacuter (94) Colebrooka-Whitersquoa dla Re = 4Rhν po odpowiednich
przekształceniach otrzymamy wzoacuter na średnią prędkość przepływu (w ms)
igRR
k
igRRh
h
e
hh
8471384
512log2
(947)
Stosując roacutewnanie ciągłości ruchu Q = An gdzie An - pole powierzchni przekroju
poprzecznego strumienia cieczy przy częściowym wypełnieniu (hn = h) otrzymamy postać
ogoacutelną wzoru analitycznego na strumień objętości przepływu w ruchu roacutewnomiernym
ustalonym (i = J)
nhn
hn
e
hnhn
n AigRR
k
igRRQ
8
471384
512log2
(948)
ktoacutery dla przekroju kołowego uwzględniając zapis An wg (941) przyjmie szczegoacutełową
postać (949) dla h = hn
22 211
21
21arccos8
84148
62750log2
4 D
h
D
h
D
higR
R
k
igRR
DQ hn
hn
e
hnhn
n
(949)
Wg ATV-A110 do wymiarowania grawitacyjnych przewodoacutew ściekowych i kanałoacutew
działających przy częściowym wypełnieniu zaleca się przyjmować uśrednione wartości
zastępczej chropowatość eksploatacyjnej w wysokości
ke = 050 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew tranzytowych ze studzienkami o kinetach do
wysokości przekroju kanału
ke = 075 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew zbierających ścieki ze studzienkami o
kinetach do wysokości przekroju kanału
ke = 15 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew zbierających ścieki ze studzienkami o
kinetach do wysokości połowy przekroju kanału
Podane wartości nie uwzględniają strat miejscowych na armaturze zmianach
kierunkoacutew tras wlotach i wylotach ściekoacutew w obiektach kanalizacyjnych Straty te należy
ustalać dodatkowo
932 DOBOacuteR PRZEKROJOacuteW PRZEWODOacuteW I KANAŁOacuteW CZĘŚCIOWO
WYPEŁNIONYCH
Posługiwanie się wzorami analitycznymi na strumień Q a zwłaszcza na Qn stwarza dużą
trudność ze względu na ich uwikłaną postać W celu ułatwienia obliczeń hydraulicznych
kanałoacutew niecałkowicie wypełnionych opracowano charakterystyki sprawności hydraulicznej
roacuteżnych przekroi kanałoacutew tj zależności na wskaźniki względnych prędkości przepływu η =
n oraz względnych strumieni objętości ηQ = QnQ Przykładowo dla przekroju kołowego
KANALIZACJA I
90
stosując metodologię opartą na wzorze Colebrooka-Whitersquoa przy przyjęciu pewnych
uproszczeń (bowiem przy częściowym wypełnieniu zaroacutewno jak i Q zależą roacutewnież od i
oraz k) otrzymamy wg Franke [2 54]
85
h
hnn
R
R
(952)
oraz
85
h
hnnn
QR
R
A
A
Q
Q (953)
gdzie
η - wskaźnik względnych prędkości przepływu stosunek prędkości n przy częściowym
wypełnieniu (h = hn) do prędkości przy całkowitym wypełnieniu przekroju (h = D)
Rh - promień hydrauliczny przy całkowicie wypełnionym kanale (Rh = D4) m
Rhn - promień hydrauliczny przy częściowym wypełnieniu - normalnym hn m
ηQ - wskaźnik względnych strumieni objętości stosunek strumienia Qn przy częściowym
wypełnieniu (h = hn) do strumienia Q przy całkowitym wypełnieniu przekroju (h = D)
A - pole powierzchni przekroju kanału przy całkowitym wypełnieniu (A = πD24) m2
An - pole powierzchni przekroju poprzecznego kanału przy częściowym wypełnieniu - hn
(wg wzoru (941)) m2
Na rysunku 97 przedstawiono krzywe sprawności hydraulicznej η i ηQ od hD (w )
dla kanału o przekroju kołowym o średnicy D
Rys 97 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju kołowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Według metodologii opartej na wzorze Colebrooka-Whitersquoa całkowita przepustowość
kanału (100) tj przy całkowitym wypełnieniu przekroju (100) osiągana jest już przy
względnym wypełnieniu hD = 0827 - w kanałach o przekroju kołowym bądź hH = 0867 -
w kanałach jajowych czy też hH = 0807 - w kanałach dzwonowych (gdzie H oznacza
wysokość przekroju kanału proporcjonalną do jego szerokości B) wg rys 97divide99
Promień hydrauliczny osiąga woacutewczas (prawie) maksymalne wartości a warunki
przepływu odpowiadają panującym w kanałach otwartych Krzywe sprawności hydraulicznej
kanałoacutew interpretuje się więc tylko do wymienionych wyżej względnych wypełnień
UWAGA Kanały grawitacyjne należy dobierać na przepływ ze swobodnym zwierciadłem
roacutewnież ze względu na niestabilne warunki przepływu przy całkowitych wypełnieniach ndash
gdzie powstawać mogą woacutewczas poduszki powietrzne na załamaniach spadkoacutew odcinkoacutew
kanałoacutew
KANALIZACJA I
91
Rys 98 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju jajowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Rys 99 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju dzwonowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Wymiarowany przekroacutej kanału powinno dobierać się tak aby teoretyczna jego
przepustowość całkowita Q (przy danym spadku dna) była zawsze większa od strumienia
obliczeniowego Wg zasad wypracowanych w Niemczech (ATV A-118) w przypadku
kanałoacutew deszczowych bądź ogoacutelnospławnych zaleca się dobierać następny większy przekroacutej
jeżeli strumień obliczeniowy przekracza 90 przepustowości całkowitej (Q) danego
przekroju kanału - przy danym spadku dna (i) Odpowiada to zasadzie wymiarowania takich
kanałoacutew na względne wypełnienia
hD le 075 - w wypadku kanałoacutew o przekroju kołowym bądź
hH le 079 - w przypadku kanałoacutew jajowych czy też
hH le 072 - w przypadku kanałoacutew dzwonowych
W praktyce inżynierskiej występują najczęściej dwa typy zadań hydraulicznych
doboacuter wymiaru - przekroju poprzecznego kanału (kołowego o średnicy D lub innego
o wysokości przekroju H) dla danego strumienia (Qn) i spadku dna (i) z określeniem
wypełnienia normalnego hn(Qn) oraz średniej prędkości przepływu n(Qn)
obliczenie przepustowości (Q lub Qn) kanału o danym spadku dna (i)
Do wymiarowania kanałoacutew ściekowych deszczowych i ogoacutelnospławnych stosowany
jest powszechnie wzoacuter Manninga (99) w ktoacuterym wspoacutełczynnik szorstkości kanału
przyjmowany jest najczęściej w stałej wartości n = 0013 m13s (ogoacutelnie n [0010 0016]
sm13 czemu odpowiada w przybliżeniu k [025 50] mm)
W celu ułatwienia doboru przekrojoacutew kanałoacutew wykorzystuje się wykresy i nomogramy
do wzoru Manninga przedstawiające graficznie zależności pomiędzy parametrami
konstrukcyjnymi takimi jak średnica (przekroacutej) kanału spadek dna szorstkość a
hydraulicznymi takimi jak wypełnienie prędkość i strumień objętości przepływu
Najczęściej stosowane są 2 rodzaje pomocy graficznych mianowicie
KANALIZACJA I
92
nomogramy drabinkowe - przedstawiające zależności D Q i dla kanałoacutew
całkowicie wypełnionych ktoacutere wymagały dodatkowo posługiwania się wykresami
sprawności hydraulicznej przekrojoacutew kanałoacutew przy niecałkowitym wypełnieniu
nomogramy logarytmiczne (scalone) - opracowane dla roacuteżnych przekrojoacutew kanałoacutew
niecałkowicie wypełnionych (dla n = constans)
Przykład obliczeniowy z zastosowaniem nomogramu drabinkowego i krzywych sprawności
przekroju kołowego (wg rys 910 i 911) Należy dobrać średnicę kanału (ściekowego) dla
obliczeniowego strumienia Q = 15 dm3s i spadku dna i = 5 permil
Rys 910 Przykład nomogramu drabinkowego do doboru kanałoacutew kołowych
(oznaczono Qc equiv Q oraz Vc equiv )
Tok postępowania
1 Prowadzimy prostą (1) przechodząca przez punkty i = 5permil oraz Q = 15 dm3s (rys 910)
Dobieramy pierwszą większą (katalogową) średnicę tj D = 020 m Przez punkty D = 02 m
oraz i = 5 permil prowadzimy prostą (2) i odczytujemy strumień objętości przy całkowitym
wypełnieniu Q = 22 dm3s oraz prędkość przy całkowitym wypełnieniu = 080 ms
2 Następnie korzystamy z krzywej sprawności hydraulicznej przekroju kołowego
przedstawiającej zależność pomiędzy względnym wypełnieniem kanału (hD) a względnym
strumieniem przepływu (ηQ) - wyrażonych w (rys 911) Krzywa ta umożliwia ustalenie
wartości względnego wypełnienia przekroju kanału i względnej prędkości przepływu - dla
odczytanych z nomogramu drabinkowego parametroacutew hydraulicznych całkowicie
wypełnionego kanału (tj strumienia Q i prędkości )
Dla ustalonej z nomogramu drabinkowego (rys 910) wartości strumienia przy
całkowitym wypełnieniu Q = 22 dm3s obliczamy wartość funkcji sprawności przepływu
ηQ = 1522 = 0682 asymp 68 Następnie z krzywej sprawności (rys 911) dla ηQ = 68
odczytujemy
po lewej stronie hD = 61 = 061
po prawej stronie ηυ = 108 = 108
Stąd wypełnienie (normalne) w dobranym kanale wyniesie hn = 061∙D = 061∙02 = 012 m
a prędkość przepływu n = η middot = 108∙080 = 086 ms
Rys 911 Idea korzystania z wykresu sprawności hydraulicznej przekroju kołowego
(oznaczono QQC equiv QnQ oraz vvC equiv n)
ηQ = QQc
η = c
KANALIZACJA I
93
Dla innych niż kołowy przekrojoacutew poprzecznych kanałoacutew np jajowych jajowych
podwyższonych gruszkowych czy dzwonowych korzystamy z właściwych nomogramoacutew
drabinkowych i krzywych sprawności danego przekroju kanału
Tok postępowania przy korzystaniu z nomogramoacutew scalonych - opracowanych dla roacuteżnych (typowych) przekrojoacutew kanałoacutew wg idei na rysunku 912
Rys 912 Idea korzystania z nomogramu logarytmicznego do doboru kanałoacutew kołowych
(wg wzoru Manninga)
Przykłady obliczeniowe - z zastosowaniem nomogramoacutew scalonych
1) Dla danych Q = 20 dm3s oraz i = 40permil należy dobrać kanał (ściekowy) o przekroju
kołowym dla n = 0013 sm13 Wychodząc od strumienia Q = 20 dm3s (wg idei na rys 912)
po prawej stronie nomogramu - dobrano średnicę D = 025 m i odczytano
wypełnienie h = hn = 013 m a następnie
po lewej stronie nomogramu - dla D = 025 m i h = 013 m odczytano prędkość
przepływu = n = 080 ms
2) Dla danych Q = 400 dm3s oraz i = 20permil należy dobrać kanał (deszczowy) o przekroju
jajowym dla n = 0013 sm13 Z nomogramu scalonego podanego na rysunku 913 dobrano
kanał jajowy J06 x 09 m i odczytano wypełnienie h = hn = 070 m (hH = 078 lt 079 ndash dla
90 przepustowości Q wg rys 98) oraz ustalono = 12 ms (Dokładny wynik obliczeń hn i
n uzyskamy tylko po zastosowaniu wzoroacutew analitycznych)
Rys 913 Przykładowy nomogram logarytmiczny do wzoru Manninga do doboru kanałoacutew
grawitacyjnych o przekroju jajowym (dla n = 0013 m13s)
KANALIZACJA I
94
94 ZALECANE SPADKI DNA KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
W systemach kanalizacyjnych spadek dna (i) kanałoacutew grawitacyjnych powinien
zawierać się w granicach
imin i imax (955)
- zależnie od wymiaru (średnicy D) kanału i spadku terenu
Spadek mniejszy od minimalnego (imin - dla danej średnicy) w efekcie zbyt małych
prędkości przepływu ściekoacutew prowadziłyby do odkładania się osadoacutew i w efekcie do
zamulenia kanału Spadek większy od maksymalnego (imax - dla danej średnicy)
prowadziłyby do niszczenia kanałoacutew - wskutek erozji powodowanej głoacutewnie zawiesiną
mineralną przy znacznych prędkościach przepływu
Powszechnie w literaturze zalecana jest formuła Imhoffa na spadek minimalny (imin)
D
i1
min (956)
gdzie
imin w promilach gdy wymiar średnicy D wyrażony jest w metrach lub w ułamku gdy D w mm
W przypadku kanałoacutew o innym przekroju niż kołowy (np jajowy gruszkowy) za bdquoDrdquo do
wzoru (956) bezpieczniej jest przyjmować szerokość przekroju w tzw pachach (np dla
ogoacutelnospławnego kanału jajowego J 06x09 m - bdquoDrdquo = 06 m)
Według badań prof Suligowskiego formuła (956) może być stosowana dla
względnych wypełnień kanałoacutew większych od 30 (hD gt 03)
Historycznie w wytycznych technicznych projektowania (WTP) miejskich sieci
kanalizacyjnych z 1965 roku sformułowano zasadę zachowania minimalnej prędkości (min)
przepływu ściekoacutew przy całkowitym wypełnieniu kanałoacutew jako warunku ich
bdquosamooczyszczania sięrdquo tj odpowiednio
w systemie kanalizacji rozdzielczej - w kanałach bytowo-gospodarczych
przemysłowych oraz deszczowych min = 08 ms
w systemie kanalizacji ogoacutelnospławnej min = 10 ms
Wychodząc z powyższych założeń stosując wzoacuter Manninga (99) dla n = 0013 sm13
możliwie było ustalenie wartości minimalnych spadkoacutew dna kanałoacutew ze względu na
bdquosamooczyszczanierdquo podanych w tabeli 94 - dla przykładowych średnic Wyższe wartości
spadkoacutew minimalnych względem obliczonych z formuły 1D (956) wyboldowano
Tab 94 Obliczone z formuły 1D wg wzoru Manninga (dla n = 0013 sm13
i min) minimalne spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych ( - stosowane w praktyce)
Lp
Średnica
kanału
D
Minimalne spadki dna kanałoacutew imin
Obliczone z
formuły
1D
Obliczone z wzoru
Manninga dla prędkości
min = 08 ms min = 10 ms
- m permil permil permil 1 020 50 587 918
2 025 40 436 681
3 030 333 (30) 342 534
4 040 25 233 364
5 050 20 173 270
6 060 167 136 212
7 080 125 092 145
8 100 100 069 107
9 150 067 (05) 040 062
10 200 05 027 043
Maksymalne spadki (imax) dna kanałoacutew określano (wg WTP) w podobny sposoacuteb tj przy
całkowitym wypełnieniu prędkość przepływu ściekoacutew nie powinna przekraczać wartości
KANALIZACJA I
95
max = 30 ms - w kanałach bytowo-gospodarczych i przemysłowych dla rur
betonowych i ceramicznych
max = 50 ms - w kanałach bytowo-gospodarczych i przemysłowych dla rur
żelbetowych i żeliwnych
max = 70 ms - w kanałach deszczowych i ogoacutelnospławnych niezależnie od
materiału kanałoacutew jako że kanały takie przy znacznym wypełnieniu działają
okresowo w poroacutewnaniu z kanałami bytowo-gospodarczymi i przemysłowymi
W tabeli 95 podano obliczone z wzoru Manninga (99) dla n = 0013 sm13 wartości
maksymalnych spadkoacutew dna kanałoacutew dla prędkości max ndash przy całkowitym wypełnieniu
Tabela 95 Obliczone z wzoru Manninga (99) dla n = 0013 sm13
maksymalne spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych
Lp
Średnica
kanału
D
Maksymalne spadki dna kanałoacutew imax z wzoru
Manninga dla prędkości
max = 3 ms max = 5 ms max = 7 ms - m permil permil permil
1 020 828 2300 4508
2 025 603 1675 3283
3 030 477 1325 2597
4 040 324 900 1764
5 050 243 675 1323
6 060 189 525 1029
7 080 135 375 735
8 100 99 275 539
9 150 56 156 306
10 200 38 106 209
W pracy IKŚ z 1983 roku zalecono ograniczenie maksymalnych prędkości przepływu
ściekoacutew niezależnie od materiałoacutew rur do
max = 30 ms - w kanałach ściekowych i ogoacutelnospławnych
max = 50 ms - w kanałach deszczowych i burzowych
co jest racjonalne ze względu na trwałość bezawaryjnego działania kanalizacji
Grawitacyjne przewody i kanały transportujące ścieki tj mieszaniny ciał stałych i
cieczy powinny być układane z takim spadkiem aby możliwy był zaroacutewno transport
zanieczyszczeń zawartych w ściekach w tym wleczonych przy dnie jak i rozmywanie już
odłożonych (przy mniejszych strumieniach przepływu) złogoacutew i osadoacutew
Z punktu widzenia hydromechaniki transport zanieczyszczeń można zapewnić jeżeli
opoacuter tarcia wyrażony stycznymi naprężeniami ścinającymi ( ) pomiędzy ścianką rury a
ściekami będzie większyroacutewny min
min ge 20 Pa - dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
min ge 15 Pa - dla kanałoacutew deszczowych
przy czym iR Rhh - dla małych kątoacutew α pochylenia kanałoacutew (woacutewczas i asymp sinα) W
przypadku przekroju kołowego otrzymamy
iR
RD
h
hn 4
(957)
gdzie
- naprężenia ścinające Pa
- ciężar właściwy ściekoacutew Nm3
D - średnica wewnętrzna przewodu (kanału) m
Rhn - promień hydrauliczny przy częściowym wypełnieniu kanału (normalnym hn) m
Rh - promień hydrauliczny przy całkowitym wypełnieniu kanału (Rh = D4) m
i - spadek dna ułamek
KANALIZACJA I
96
Stąd ogoacutelnie
DR
R
gi
hn
h 14 min
min
(958)
a dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych (dla 02min Pa)
DR
Ri
hn
h 1108160 3
min
(959)
i dla kanałoacutew deszczowych (dla 51min Pa)
DR
Ri
hn
h 1106120 3
min
(960)
Przykłady obliczeniowe
Dla kanału o średnicy D = 030 m z formuły (956) spadek minimalny wynosi imin = 1030 =
333permil (w praktyce przyjmowany jako 3permil) Z obliczeń wg wzoru (959) otrzymamy dla
kanału bytowo-gospodarczego o D = 03 m dla wypełnień względnych
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 00107 = 107permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000564 = 564permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000398 = 398permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000317 = 317permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000272 = 272permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000225 = 225 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000272 = 272permil
Podobnie z obliczeń wg wzoru (960) dla kanału deszczowego o średnicy D = 03 m
otrzymamy
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 000803 = 803permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000423 = 423permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000298 = 298permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000238 = 238permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000204 = 204permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000170 = 170 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000204 = 204permil
UWAGA 1 Obliczone wyżej spadki imin spełniają kryterium hydromechaniczne
samooczyszczania się kanałoacutew co jest ważne dla małych wypełnień Są one znacznie większe
niż z formuły bdquo1Drdquo (przewyższenia dla D = 030 m wyboldowano) a także od obliczonych z
warunku min = 08 ms [1 2]
UWAGA 2 Formuła imin = 1D ma praktyczne zastosowanie dla względnych wypełnień
kanałoacutew większych od 30
UWAGA 3 Dla względnych wypełnień hD gt 03 spadki imin z kryterium
hydromechanicznego są nieco mniejsze od imin = 1D
Według badań prof Dąbrowskiego uwzględniając nieroacutewnomierność godzinową
strumienia ściekoacutew w wymiarowaniu kanałoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
należy przyjmować 52min Pa - dla średnic 020 i 025 m oraz 22min Pa - dla średnic
030 035 040 i 050 m Przyjmowane dotychczas naprężenia minimalne 02min Pa są
właściwe dla średnic ge 060 m
Dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych przyjmując 22min Pa otrzymamy
DR
Ri
hn
h 1108970 3
min
(961)
KANALIZACJA I
97
woacutewczas dla przykładowej średnicy D = 03 m minimalne wartości spadkoacutew wyniosą już
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 00118 = 118permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000620 = 620permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000437 = 437permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000349 = 349permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000299 = 299permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000248 = 248 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000299 = 299permil
Na tym tle zalecone w pracy IKŚ z 1984 r minimalne spadki dna kanałoacutew ściekowych
dla jednostek osadniczych o liczbie mieszkańcoacutew le 1000 imin = 10permil są uzasadnione [1 2]
UWAGA Przytoczone dane podkreślają wagę i znaczenie obliczeń hydraulicznych kanałoacutew
do prawidłowego funkcjonowania sieci i zarazem uzasadniają konieczność ich wykonywania
już na etapie koncepcji programowo-przestrzennej (KPP) a także w projektach budowlanych
(PB i PBW) Jest to często pomijane a projektanci dobierają bdquoświadomierdquo większe średnice
kanałoacutew dążąc za wszelką cenę do wypłycenia kanalizacji ściekowej co jest błędnym i
drogim w eksploatacji rozwiązaniem
95 STOSOWANE PRZEKROJE KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Wyboacuter kształtu przekroju poprzecznego kanałoacutew zależy od
warunkoacutew hydraulicznych tj strumienia i nieroacutewnomierności przepływu ściekoacutew
(w dobie) oraz wymaganych prędkości samooczyszczania
warunkoacutew statycznych zabudowy kanału tj zagłębienia dna i przykrycia wierzchu
rury (sklepienia)
rodzaju materiału i sposobu wykorzystania kanału w tym dostosowania do
pokonania przeszkoacuted terenowych uniknięcia kolizji itp
Najczęściej stosowane są przekroje kołowe praktycznie we wszystkich systemach
kanalizacyjnych Pod względem statycznym przekroacutej ten jest właściwy zaroacutewno dla małych
jak i znacznych zagłębień kanału Łatwy w prefabrykacji w montażu i budowie ze względu
na pełną symetrię przekroju (w przypadku braku tzw stopki)
Polska norma PN-71B-02710 dopuszcza do stosowania 5 podstawowych kształtoacutew
przekroi poprzecznych kanałoacutew Przykładowo w Niemczech obowiązują 3 znormalizowane
kształty i wymiary przekroi kanałoacutew (kołowy jajowy i dzwonowy)
1 Kanały kołowe o średnicach wewnętrznych d equiv D = h = b (w m) - oznaczone jako K
K 015 020 025 030 040 050 060 080 10 12 14 16 18 20 m i większe o
wielokrotności 05 m tj np K 25 30 35 40 m
Rys 914 Geometria kanałoacutew kołowych (K)
KANALIZACJA I
98
Przekroje kołowe są powszechnie stosowane w kanalizacji bytowo-gospodarczej i
przemysłowej deszczowej oraz ogoacutelnospławnej przy czym w kanalizacji ogoacutelnospławnej
najczęściej do wymiaru K le 05 m
2 Kanały jajowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość przekroju (h
=15b) oznaczone jako J (J 06 x 09 m 07 x 105 m 08 x 12 m 10 x 15 m 12 x 18 m)
Rys 915 Geometria kanałoacutew jajowych (J)
Przekroje jajowe były powszechnie stosowane w kanalizacji ogoacutelnospławnej (powyżej
K05 m) do wymiaru J12 x 18 m Powyżej tego wymiaru należało stosować przekroje
złożone - z kinetami na ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe (Z poroacutewnania sprawności
hydraulicznej kanału kołowego o średnicy D z jajowym o przekroju D x 15D wynika że przy
całkowitym wypełnieniu Q(J) = 161Q(K) oraz (J) = 110(K))
3 Kanały jajowe podwyższone o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość
przekroju (h =175b) oznaczone jako JP (JP 06 x 105 m 07 x 1225 m 08 x 140 m 10 x
175 m 12 x 210 m
Rys 916 Geometria kanałoacutew jajowych podwyższonych (JP)
4 Kanały gruszkowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość przekroju
(h =125b) oznaczone jako GR (GR 14 x 175 m 16 x 20 m 18 x 225 m 20 x 25 m i
większe o wielokrotności 05 m)
Rys 917 Geometria kanałoacutew gruszkowych (GR)
KANALIZACJA I
99
5 Kanały dzwonowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość
przekroju (h =085b) oznaczone jako DZ (DZ 14 x 119 m 16 x 136 m 18 x 153 m 20
x 170 m i większe o wielokrotności 05 m)
Rys 918 Geometria kanałoacutew dzwonowych (DZ)
Kanały dzwonowe ze względu na małą wysokość przekroju h lt b znajdują
zastosowanie wszędzie tam gdzie nie ma wystarczającej wysokości bądź przykrycia terenem
czy też przy występujących kolizjach z istniejącym uzbrojeniem Geometria sklepienia
kanałoacutew DZ - jak kanałoacutew GR
UWAGA Zgodnie z Ustawą z 12 września 2002 r o normalizacji (Dz U Nr 169 poz 1386)
stosowanie Polskich Norm jest bdquodobrowolnerdquo Jednak unifikacja geometrii kanałoacutew jest
niezbędna ze względoacutew praktycznych (budowy napraw konserwacji czy przyszłościowej
wymiany) Odniesienie do problemoacutew prawnych jest omoacutewione w rozdz 1 i 10 w [1 2]
W uzasadnionych przypadkach (np napraw istniejących kanałoacutew) dopuszczalne jest
stosowanie innych nietypowych kształtoacutew i wymiaroacutew kanałoacutew jako poza normowych
podanych dla przykładu na rysunkach 919divide923
Przekroacutej eliptyczny
Rys 919 Geometria kanałoacutew eliptycznych (h = 067b)
Przekroacutej kołowo-troacutejkątny
Rys 920 Geometria kanałoacutew kołowo-troacutejkątnych
Przekroacutej prostokątny
Rys 921 Geometria kanałoacutew prostokątnych
KANALIZACJA I
100
Przekroacutej pięciokątny (tzw bdquofuumlnfeckrdquo)
Rys 922 Geometria kanałoacutew pięciokątnych
Przekroacutej kołowy z kinetą ściekową (tzw bdquoLindleyrsquoardquo)
Rys 923 Geometria kanałoacutew kołowych z kinetą ściekową
Złożone przekroje kanałoacutew nie mają na ogoacuteł opracowanych charakterystyk przepływu -
h = f(Q) woacutewczas należy je wyznaczyć doświadczalnie lub analitycznie opierając się na
podanych już roacutewnaniach ruchu np
AQ oraz 21321 iR
nh przy UARh
Rys 924 Przykładowa charakterystyka przepływu h = f(Q) złożonego przekroju kanału
96 PRZEPEŁNIANIE SIĘ KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Przepełnianie się kanałoacutew grawitacyjnych i praca pod ciśnieniem jest problemem
eksploatacyjnym zwłaszcza w systemach kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej
podczas występowania deszczu o rzadszej powtarzalności niż częstość (C) przyjęta do
zwymiarowania kanałoacutew Woacutewczas kanały zaczynają działać z większym niż projektowane
wypełnienie (- dla strumienia Q(C)) następnie z całkowitym wypełnieniem i w końcu pod
ciśnieniem (przy Qmax) W efekcie prowadzić to może do wylewania się ściekoacutew z kanałoacutew w
tzw punktach krytycznych sieci tj np w piwnicach czy w najniżej położonych ulicznych
wpustach deszczowych podwoacuterzowych itp
Na profilu kanału wg rysunku 925 maksymalny spadek linii ciśnienia (Jmax) jest
ograniczony przez punkt krytyczny - przecięcie się linii ciśnienia z powierzchnią terenu
Wartości spadku Jmax odpowiada maksymalny strumień przepływu Qmax - zgodnie z wzorem
Manninga (99) w połączeniu z roacutewnaniem ciągłości ruchu
21
max
32
max 1
JRn
AQ h (962)
gdzie
A - powierzchnia przekroju poprzecznego kanału przy całkowitym wypełnieniu m2
KANALIZACJA I
101
Rh - promień hydrauliczny przy całkowitym wypełnieniu m
J = Jmax ndash maksymalny spadek linii ciśnienia (energii) -
Rys 925 Przebieg linii ciśnienia (ilcmax equiv Jmax) wzdłuż trasy kanału grawitacyjnego podczas działania
pod ciśnieniem dla Qmax (skreślenia oznaczają nieaktywność parametroacutew Qn i hn dla spadku dna ik)
Woacutewczas spadek linii ciśnienia Jmax jest większy od spadku dna kanału ik Większy
strumień deszczu niż Qmax nie zmieści się już w kanale pozostanie więc na powierzchni
terenu jako nieodebrany - rozlewając się po powierzchni i niewiele podnosząc spiętrzone w
kanale (studzience) zwierciadło ściekoacutew Stąd na podstawie (962) możemy napisać
maxmax JaQ (963)
przy czym constRn
Aa h 321 oraz idem
l
HHJ
min
max - wg rys 925
Strumień objętości Q przy całkowitym wypełnieniu kanału o spadku dna ik wynosi
kiaQ (964)
Oznaczając ik =l
H (wg rys 925) stąd stosunek strumieni
1minminmaxmax
H
H
H
HH
ia
Ja
Q
Q
k
(965)
Oznaczając sH
Hmin otrzymamy 1max s
Q
Q a stąd 1max sQQ więc
Qmax gt Q ponieważ 1s gt 1
Wynika stąd że strumień Qmax ograniczony jest zagłębieniem kanału Hmin - w punkcie
krytycznym (rys 925) Im większa będzie wartość Hmin tym większa jest wartość 1s i
tym większy będzie strumień Qmax
Z powyższej analizy wynika że kanały mają w sobie pewną rezerwę przepustowości
ktoacutera może być wykorzystywana w przypadku pojawienia się większego strumienia
przepływu niż obliczeniowy - przyjęty do wymiarowania kanału Q(C) Jednak po
przeanalizowaniu oddziaływania spiętrzonych ściekoacutew w danym kanale (np kolektorze) na
warunki odbioru ściekoacutew w kanałach bocznych (zbieraczach) powyższy wniosek nie musi
odnosić się do całej sieci
Praca kolektoroacutew kanalizacyjnych pod ciśnieniem powoduje wzrost ich przepustowości
ale jednocześnie wywołuje podtapianie kanałoacutew bocznych (zbierających roacutewnież ścieki
opadowe) mogąc przyczynić się z kolei do obniżenia ich przepustowości hydraulicznej Wg
rysunku 926 rozpatrzono 3 przypadki relacji spadkoacutew linii ciśnienia w kanałach bocznych
względem spadku dna tych kanałoacutew wymuszone przez roacuteżne poziomy ściekoacutew w kolektorze
(analogia do hydraulicznych naczyń połączonych)
KANALIZACJA I
102
Rys 926 Trzy przypadki wpływu wysokości ciśnienia w kolektorze
na działanie kanałoacutew bocznych o spadku dna ik (b)
Analiza zjawisk
1 Przypadek - przepływ w kolektorze ze swobodnym zwierciadłem dla spadku linii
ciśnienia w kanale bocznym ilc equiv Jb = Jbmax gt ik(b) woacutewczas
Qbmax gt Qb(C)
2 Przypadek - przepływ w kolektorze pod ciśnieniem dla spadku linii ciśnienia w kanale
bocznym Jb = ik(b)
Qb = Qb(C)
3 Przypadek - przepływ w kolektorze pod znacznym ciśnieniem dla spadku linii ciśnienia
w kanale bocznym Jb lt ik(b)
Qb lt Qb(C)
Z rysunku 926 wynika że kolektor podtopiony do poziomu w 3-cim przypadku wywoła
spadek linii ciśnienia Jb w kanale bocznym mniejszy od spadku dna kanału bocznego ik(b) i
woacutewczas strumień przepływu pod ciśnieniem Qb w tym kanale będzie mniejszy niż jego
strumień obliczeniowy Qb(C) Wystąpi więc dławienie przepływu i spadek przepustowości
kanału bocznego - brak odbioru ściekoacutew w studzience na jego początku Przy roacuteżnicach
rzędnych studzienek ścieki mogą nawet wylewać się z kolektora na powierzchnię terenu
poprzez kanał boczny
W Polsce sformułowano jako zasadę ndash już nieaktualną iż
o kolektory powinny być wymiarowane na większy strumień przepływu tj na większą
wartość częstości deszczu C np C = 2 lata - dla kanalizacji deszczowej czy C = 5 lat
ndash w kanalizacji ogoacutelnospławnej (w płaskim terenie - tab 71) a
o kanały boczne (zbieracze) na mniejszy strumień tj na mniejszą wartość częstości
deszczu np C = 1 rok - dla kanalizacji deszczowej czy C = 2 lata - w kanalizacji
ogoacutelnospławnej (w przypadku płaskiego terenu - tab 71)
Powyższą zasadę uzasadniano ekonomicznie tym że jednostkowy koszt budowy
kolektoroacutew jest znacznie większy ale dotyczy mniejszej długości w sieci w poroacutewnaniu z
kosztem budowy kanałoacutew bocznych o zdecydowanie większej sumarycznej długości
UWAGA Zasada ta straciła swą aktualność w świetle normy PN - EN 752 - ujednolicenia
częstości deszczy dla kolektoroacutew i kanałoacutew bocznych
KANALIZACJA I
103
10 ZASADY PROJEKTOWANIA BUDOWY I EKSPLOATACJI SIECI
KANALIZACYJNYCH
101 UKŁADY SIECI KANALIZACYJNYCH
Topologia (układ) sieci kolektoroacutew i kanałoacutew bocznych zależy głoacutewnie od
konfiguracji terenu (spadkoacutew podłużnych i poprzecznych) względem odbiornika
układu geometrycznego ciągoacutew komunikacyjnych (pieszo-jezdnych)
zabudowy terenu
Ogoacutelną zasadą jest lokalizowanie - ze względoacutew hydraulicznych
kanałoacutew głoacutewnych (kolektoroacutew) na kierunkach najmniejszych spadkoacutew
powierzchni terenu
kanałoacutew bocznych (zbieraczy) na kierunkach największych spadkoacutew powierzchni
terenu tj w miarę prostopadle do warstwic terenu
przykanalikoacutew w miarę prostopadle do zbieraczy i kolektoroacutew
W konkretnych warunkach terenowych układ sieci kanalizacji grawitacyjnej zaroacutewno
ogoacutelnospławnej rozdzielczej czy poacutełrozdzielczej może być zrealizowany w oparciu o
poniższe schematy ideowe - ogoacutelnomiejskie (w skali całego miasta) bądź lokalne
1011 UKŁADY OGOacuteLNOMIEJSKIE
I Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacyjnych
II Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacyjnych z kolektorem zbiorczym
III Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacyjnych
IV Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacyjnych z kanałami odciążającymi
Rys 101 Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej
Rys 102 Układ poprzeczny kanalizacji grawitacyjnej - z kolektorem zbiorczym
KANALIZACJA I
104
Rys 103 Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej
Rys 104 Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej - z kanałami odciążającymi
1012 UKŁADY LOKALNE
V Układ promienisty
VI Układ pierścieniowy
VII Układy strefowe
Rys 105 Układ promienisty kanalizacji grawitacyjnej ndash w kotlinie
Rys 106 Układ pierścieniowy kanalizacji grawitacyjnej ndash na wzgoacuterzu
KANALIZACJA I
105
a) b)
Rys 107 Układy strefowe kanalizacji grawitacyjno-pompowej
a) z wododziałem b) w niecce terenowej
Na wyboacuter układu systemu kanalizacyjnego - w danych warunkach terenowych wpływ
mają także inne czynniki [1 2]
102 PROJEKTOWANIE TRAS KANAŁOacuteW
1021 SYTUOWANIE KANAŁOacuteW W PLANIE
Położenie sytuacyjne osi przewodoacutew kanalizacyjnych (podobnie jak wodociągowych
ciepłowniczych gazowych itp) powinno być roacutewnoległe względem
osi ulic (krawężnikoacutew chodnikoacutew)
linii rozgraniczających zabudowy
istniejącego zbrojenia podziemnego
W szerokich ciągach komunikacyjnych (pieszo-jezdnych) ndash o szerokości
przekraczającej 30 m i obustronnej zabudowie należy projektować dwa roacutewnoległe kanały
bytowo-gospodarcze Liczba i układ kanałoacutew deszczowych zależy od warunkoacutew
miejscowych Uzyskamy woacutewczas ciągi kanałoacutew o stosunkowo płytkim posadowieniu o
mniejszych średnicach i mniejszych kosztach budowy (mniej kolizji z istniejącym
uzbrojeniem)
Wymagane odległości projektowanych kanałoacutew od istniejącego uzbrojenia
podziemnego i nadziemnego terenu regulowane są odpowiednimi przepisami miejscowymi
(np powiatowymi czy wojewoacutedzkimi) ustalanymi w Zespołach Uzgadniania Dokumentacji
Projektowych (ZUDP) Przykładowo we Wrocławiu minimalna odległość zewnętrznego
obrysu kanału od
krawężnika - wynosi 20 m (wg [] 12 m)
budynku mieszkalnego 50 m (wg [] 40 m)
toroacutew kolejowych 50 m (wg [] od skrajnej szyny torowiska)
autostrad 50 m
drzew krzewoacutew 10 m (wg [] 20 m)
drenażu podziemnego 20 m
przewodu ciepłowniczego 30 m (wg [] 12divide14 m w zależności od średnicy)
przewodu wodociągowego 20 m (wg [] 12divide17 m w zależności od średnicy)
kabli energetycznych i telekomunikacyjnych 20 m
wg [] Warunki techniczne wykonania i odbioru sieci kanalizacyjnych Wydawnictwo COBRTI
INSTAL Warszawa 2003
KANALIZACJA I
106
Zmiany kierunkoacutew tras kanałoacutew
Kanały nieprzełazowe - o wysokości przekroju H = D lt 10 m należy układać
odcinkami prostymi pomiędzy studzienkami rewizyjnymi (inspekcyjnymi) Każda zmiana
kierunku trasy musi odbywać się więc w studzience
Rys 108 Trasowanie kanałoacutew o wysokościach H = D lt 10 m - w łukach droacuteg
Kanały przełazowe - o wysokości przekroju H = D 10 m można budować w łukach
o łagodnych krzywiznach o promieniu R przy czym Rmin ge 5b gdzie b = D - szerokość
kanału w tzw pachach oraz Rmin ge 50 m Na początku i końcu łuku właściwe jest
lokalizowanie studzienek rewizyjnych aby umożliwić wejście i czyszczenie takiego odcinka
Rys 109 Trasowanie kanałoacutew o wysokościach przekroju H = D 10 m - w łukach droacuteg
Łączenie kanałoacutew
Łączenie tras kanałoacutew powinno odbywać się w studzienkach tzw połączeniowych pod
kątem 90 do kierunku przepływu ściekoacutew (rys 1010)
Rys 1010 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew dla tras pod kątem 90
Gdy z układu tras łączonych kanałoacutew wychodzi kąt ostry 90 należy zastosować
dodatkową studzienkę rewizyjną - wg rys 1011
Rys 1011 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew dla tras pod kątem 90
Kanały nieprzełazowe (H lt 10 m) łączymy w studzienkach połączeniowych (o
przekroju kołowym) a kanały przełazowe (H 10 m) w komorach połączeniowych -
najczęściej o przekroju wieloboku
KANALIZACJA I
107
a) b)
Rys 1012 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew
A) nieprzełazowych - w studzienkach połączeniowych (StP) ndash studzienka kołowa
B) przełazowych - w komorach połączeniowych (KP) - wielobok foremny
1022 WYSOKOŚCIOWE SYTUOWANIE KANAŁOacuteW
Ogoacutelną zasadą jest układanie kanałoacutew możliwie jak najpłycej względem powierzchni
terenu (najmniejsze koszty budowy) Jednakże zagłębienie kanału determinowane jest przez
minimalne zagłębienie kanału Zmin umożliwiające grawitacyjny dopływ ściekoacutew tzw
przykanalikami - z budynkoacutew wpustoacutew ulicznych podwoacuterzowych itp
strefę przemarzania gruntu Hz stąd wynika minimalne przykrycie kanału Hmin gt Hz
spadki i ukształtowanie terenu po trasie kanału
inne czynniki jak np kolizje z istniejącym uzbrojeniem podziemnym (rys 1013)
Rys 1013 Przykładowy profil kanału grawitacyjnego
Rys 1014 Podział Polski na strefy głębokości przemarzania gruntu (HZ) wg PN-81B-03020
O niezbędnym przegłębieniu kanałoacutew ulicznych decydują najczęściej tzw punkty
krytyczne sieci tj najniżej zlokalizowane wpusty uliczne lub podwoacuterzowe czy też piwniczne
UWAGA Należy zwroacutecić uwagę na cechy wytrzymałościowe stosowanych rur
kanalizacyjnych oraz warunki ich zabudowy - wynikające z obciążeń statycznych - naziomem
gruntu i obciążeń dynamicznych - z ruchu pojazdoacutew
Minimalne zagłębienia przykanalikoacutew i kanałoacutew Zmin
Minimalne przykrycie przykanalikakanału deszczowego (Hmin gt HZ) przyjmuje się
najczęściej od 10 do 16 m w zależności od rejonu Polski - strefy przemarzania gruntu (wg
rys 1014) - z zapasem minimum 02 m Zasadniczo przykanaliki i kanały ściekowe powinny
być układane głębiej
Hmin ge Hz + (02divide04) m
KANALIZACJA I
108
Minimalne zagłębienie przykanalikakanału (Zmin) zależy od jego średnicy Dla
przykanalika ściekowego o np D = 020 m woacutewczas Zmin(02) ]02 41[ m - w zależności od
strefy przemarzania - z zapasem minimum 04 m Gdy zagłębienie kanału na jego trasie jest
mniejsze niż Zmin woacutewczas należy go docieplić materiałem o małym wspoacutełczynniku
przewodzenia ciepła np keramzytem lub nasypem ziemnym ndash wg schematoacutew w [1 2]
Maksymalne zagłębienia kanałoacutew Zmax
Najczęściej przyjmuje się obecnie Zmax le 60 m ppt (wg WTP z 1965 r Zmax [6 8]
m ppt) Gdy Z gt Zmax stosuje się pompownie strefowe lub bdquogoacuterniczerdquo metody budowy
kanałoacutew tj tzw wiercenia bdquopoziomerdquo lub przeciski (rys 1016)
Rys 1016 Sposoby pokonywania wzniesień na trasie kanału
Obliczenia niezbędnego zagłębienia kanałoacutew ulicznych
W przeciętnych warunkach terenowych miast jako niezbędne (i zarazem minimalne)
zagłębienie kanałoacutew ulicznych przyjmuje się na ogoacuteł
Z [18 23] m ppt - w kanalizacji deszczowej
Z [23 28] m ppt - w kanalizacji bytowo-gospodarczej i przemysłowej
Z [25 30] m ppt - w kanalizacji ogoacutelnospławnej
Takie zagłębienia kanałoacutew umożliwiają min
prawidłowe podłączenie przykanalikoacutew i kanałoacutew bocznych - zbieraczy
nie powodują na ogoacuteł kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym terenu np z
przewodami wodociągowymi Z [15 18] m ppt
Szczegoacutełowo niezbędne zagłębienie kanałoacutew ustalić można na podstawie obliczeń
według poniższych schematoacutew (w zależności od rodzaju kanalizacji)
Kanalizacja ściekowa - schemat obliczeniowy
Rt Rt
Ru
Z2 Z3 Z1
l2
l3
l1
h
h = i l1 1
d p1
p1
pp = 000
i2i1
g1
Rys 1017 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału ściekowego alternatywnie
wariant z 2 kanałami (o zagłębieniu Z1 i Z2) i wariant z jednym kanałem (o Z3)
Wzoacuter wyjściowy na niezbędne zagłębienie kanałoacutew
Z = g + p + dp + il + h ndash (Rt ndash Ru) (101)
gdzie
g - zagłębienie posadzki piwnicy względem rzędnej terenu przy budynku Rt m
KANALIZACJA I
109
p - położenie przykanalika względem fundamentu (pmin = 05 m dla kamionki i 03 m dla
żeliwa) m
dp - średnica przykanalika (dp min = 015 m) m
i - spadek dna przykanalika (imin = 15permil dla dp = 015 m i imin = 10permil dla dp = 020 m)
h - wypełnienie w kanale ulicznym (najczęściej przyjmuje się h = 05d) m
Ru - rzędna osi ulicy (ewentualnie rzędna terenu nad kanałem) m npm
Rt - rzędna terenu przy budynku (ewentualnie poziom progu - pp = 000 m npm)
Kanalizacja deszczowa - schemat obliczeniowy
Z = H + dp + il + h ndash (Rt ndash Ru) (102)
Rys 1018 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału deszczowego
Kanalizacja ogoacutelnospławna - schemat obliczeniowy
Rys 1019 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału ogoacutelnospławnego h - wypełnienie w
kanale (do tzw pach przekroju jajowego) Zp - zamknięcie przeciwcofkowe
Do obliczeń zagłębienia kanału ogoacutelnospławnego stosujemy wzory (101) lub (102)
1023 WYBOacuteR SPADKOacuteW DNA KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych (ik) powinny być dostosowane do spadku terenu
(it) ale jednocześnie muszą spełniać warunek hydrauliczny ikmin le ik le ikmax [1 2]
I przypadek gdy minkt ii - spadek terenu jest mniejszy od minimalnego spadku dna kanału
woacutewczas na trasie występuje systematyczny wzrost zagłębienia kanału od Zmin do Zmax
Rys 1020 Racjonalny spadek dna kanału w terenie płaskim ik = ik min
KANALIZACJA I
110
II przypadek gdy maxmin ktk iii - kanał roacutewnoległy do terenu tj ik = it woacutewczas
zagłębienie kanału na jego trasie jest niezmienne i wynosi np Zmin
Rys 1021 Racjonalny spadek dna kanału w terenie pochyłym
zgodnym z kierunkiem przepływu ściekoacutew ik = it
III przypadek gdy maxkt ii
Rys 1022 Racjonalny spadek dna kanału w stromym terenie ik = ik
1024 SPOSOBY POŁĄCZEŃ KANAŁOacuteW
Mamy do dyspozycji 4 sposoby połączeń kanałoacutew przy wzroście wymiaroacutew (średnic
bądź wysokości przekroju) kanałoacutew mianowicie poprzez
a) wyroacutewnanie den kanałoacutew - tanie w budowie jednak hydraulicznie nie poprawne
b) wyroacutewnanie sklepień - drogie w budowie (zagłębienie) poprawne hydraulicznie
c) wyroacutewnanie osi ndash trudne w budowie poprawne hydraulicznie
d) wyroacutewnanie zwierciadeł ściekoacutew - trudne w budowie hydraulicznie właściwe
Ad a) 0h
Rys 1023 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu den
Ad b) 12 ddh
Rys 1024 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu sklepień
KANALIZACJA I
111
Ad c) 2
12 ddh
Rys 1025 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu osi kanałoacutew
Ad d) 12 hhh 21 hhh
Rys 1026 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu zwierciadeł ściekoacutew
Przykłady sposoboacutew łączenia kanału bocznego (zbieracza) z kolektorem bądź
przykanalika z kanałem bocznym podano na schematach wg [1 2]
Rys 1027 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem o przekroju kołowym - przy
wyroacutewnaniu sklepień
Rys 1028 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem o przekroju jajowym - przy
wyroacutewnaniu sklepień
Rys 1029 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem (widok z goacutery)
KANALIZACJA I
112
W sieciach kanalizacyjnych nie dopuszcza się do zmniejszenia przekroju kanału na jego
trasie - niezależnie od wypełnień w kanałach Przykład takiej potencjalnej możliwości -
sytuacji podano na rysunku 1030 [2]
Rys 1030 Sytuacja terenowa stwarzająca potencjalną możliwość zmniejszenia przekroju
kanału na dolnym odcinku (przyjmujemy jednak d1 = d2)
Dolny (drugi) odcinek kanału o bardzo dużym spadku dna przy danym strumieniu
objętości wymaga hydraulicznie mniejszej średnicy kanału (d2) w poroacutewnaniu do średnicy
(d1) - na goacuternym (pierwszym) odcinku kanału - o małym spadku dna przyjmujemy jednak d1
= d2 - ze względoacutew praktycznych np nie zatykania się kanałoacutew ściekowych Woacutewczas
wypełnienie kanału dolnego (h2) będzie mniejsze niż goacuternego (h1)
Przypadek odwrotny do sytuacji podanej na rys 1030 - niekorzystne hydraulicznie
połączenie kanałoacutew o roacuteżnych spadkach dna i terenu zobrazowano na rysunku 1031
Woacutewczas h2 gt h1 oraz d2 gt d1
Rys 1031 Niekorzystny przypadek połączenia kanałoacutew (d2 gt d1) - występuje
cofka piętrząca i praca goacuternego odcinka kanału pod ciśnieniem
1025 RODZAJE I DOBOacuteR STUDZIENEK KANALIZACYJNYCH
Rozstaw włazowych studzienek kanalizacyjnych na kanałach nieprzełazowych - o
wysokości przekroju kanału H lt 10 m i przełazowych - do H lt 14 m nie powinien być
większy niż
50divide75 m wg zaleceń [1]
60divide80 m wg zaleceń []
Natomiast dla kanałoacutew przełazowych o H 14 m
75divide120 m wg [1]
80divide120 m wg [] wg [] Warunki techniczne wykonania i odbioru sieci kanalizacyjnych Wydawnictwo COBRTI
INSTAL Warszawa 2003
Każda zmiana spadku na trasie kanału grawitacyjnego musi rozpoczynać się i kończyć
w studzience kanalizacyjnej podobnie jak i zmiana przekroju kanału czy wysokości dna
kanału na odpływie czy zmiana trasy kanału - dla średnic lt 10 m
Polska norma (branżowa - budowlana) PN-B-10729 z 1999 r zalecała minimalne
średnice betonowych (tzw włazowych) studzienek kanalizacyjnych jako
Dmin = 10 m - dla kanałoacutew o średnicach D le 03 m
Dmin = 12 m - dla kanałoacutew o średnicach D = 04divide06 m
Dmin = 14 m - dla kanałoacutew o średnicach do D = 08 m
Dmin = 16 m - dla kanałoacutew o średnicach powyżej D gt 08 m
KANALIZACJA I
113
Podobne zalecenia w tym zakresie wynikają z aktualnej normy PN-EN 19172004
Zgodnie z Ustawą z 2002 roku o normalizacji norma nie jest aktem prawnym Tak więc
unormowane wartości są jedynie wskazoacutewkami - zalecanymi jednak do stosowania
UWAGA Klasyczne betonowe studzienki kanalizacyjne jak wykazała praktyka sprawdzają
się w warunkach występowania naprężeń dynamicznych i są niewrażliwe na wyparcie przez
wodę ze względu na swoacutej ciężar
Przykładowe ndash klasyczne konstrukcje betonowych włazowych studzienek rewizyjnych
(tzw inspekcyjnych) i połączeniowych przedstawiono na rysunkach 1032 1033 i 1034 [2]
Rys 1032 Betonowa studzienka rewizyjna o głębokości lt 30 m ndash zlokalizowana w jezdni (1- właz
żeliwny 2- płyta pokrywowa z pierścieniem podporowym 3 - krąg studzienny komina złazowego 4 -
krąg przejściowy 5 - krąg komory roboczej 6 - betonowa kineta ściekowa 7 - krąg fundamentowy
monolityczny 8 - fundament 9 - stopnie złazowe)
Rys 1033 Betonowa studzienka rewizyjna o głębokości lt 30 m ndash zlokalizowana w trawniku
(1- właz żeliwny 2- płyta pokrywowa 3 i 4 - kręgi studzienne 5 - fundament 6- stopnie złazowe)
KANALIZACJA I
114
Rys 1034 Betonowa studzienka połączeniowa o głębokości gt 30 m (w przypadku lokalizacji w
jezdni niezbędne jest oparcie płyty pokrywowej z włazem na pierścieniu podporowym wg rys 1032)
UWAGA Obecnie dopuszcza się do stosowania tzw nie włazowe studzienki kanalizacyjne
(zaroacutewno rewizyjne ndash przelotowe jak i połączeniowe) tj o małych średnicach szybu studni
rzędu 03divide06 m wykonanych z tworzyw sztucznych Jednak stosowanie takich studzienek
ograniczone jest do małych średnic kanałoacutew (015divide03 m) płytko ułożonych
Studzienki kaskadowe i komory kaskadowe służą do pokonywania roacuteżnic wysokości
przy zmianach zagłębień kanałoacutew Studzienki kaskadowe stosowane są zazwyczaj dla małych
średnic kanałoacutew (mała energia kinetyczna strumienia ściekoacutew) Przykładowo dla kanałoacutew
bytowo-gospodarczych należy stosować studzienki kaskadowe z dodatkowym pionowym
bądź ukośnym przewodem spadowym (o mniejszej średnicy) na zewnątrz studzienki
Roacuteżnica poziomoacutew den kanałoacutew (Hmax) przy takiej konstrukcji studzienek kaskadowych nie
powinna przekraczać 4 m (rys 1035 i 1036)
Rys 1035 Schemat studzienki kaskadowej dla kanałoacutew ściekowych o d 04 m
KANALIZACJA I
115
Rys 1036 Przykład połączeniowej studzienki kaskadowej
W kanalizacji deszczowej dla małych spadoacutew (Hmax le 06 m) i średnic kanałoacutew (d le 06
m) stosowane są pionowe studzienki kaskadowe ewentualnie z obniżeniem dna - tworzącym
tzw poduszkę wodną do tłumienia energii spadającego swobodnie strumienia ściekoacutew
Rys 1037 Schemat studzienki kaskadowej dla kanałoacutew deszczowych
Komory kaskadowe stosowane są zazwyczaj dla dużych średnicprzekroi kanałoacutew (d gt
06 m) w tym do pokonywania dużych roacuteżnic wysokości zagłębień kanałoacutew Kaskady mają
specjalnie formowaną pochylnię - kinetę spadową (rys 1038) Niszczenie (dławienie)
nadmiaru energii kinetycznej strumienia cieczy poruszającej się po pochylni odbywa się w
zagłębieniu dna komory - poniżej dna kanału odpływowego Towarzyszy temu odskok
hydrauliczny zwany odskokiem Bidonersquoa
Rys 1038 Schemat komory kaskadowej dla kanałoacutew o d gt 06 m
Niezbędne zagłębienie progu (p) w dnie komory kaskadowej po wyznaczeniu grubości
tzw poduszki wodnej oblicza się z wzoroacutew na głębokości sprzężone Następnie oblicza się
długość komory (L) z wzoru
)( ee HHHL 33032 (103)
gdzie
He - wysokość energii rozporządzalnej w goacuternym kanale He = hg + υ22g m
H - roacuteżnica rzędnych dna kanałoacutew goacuternego i dolnego (wysokość spadu) m
hg - wypełnienie normalne w goacuternym kanale m
υ - średnia prędkość przepływu w goacuternym kanale ms
Obliczenia wspoacutełrzędnych (x y) kształtu krzywizny pochylni wykonuje się zadając
wartości y i wyliczając x z roacutewnania
HyLx 2 (104)
KANALIZACJA I
116
103 PROJEKTOWANIE SYFONOacuteW KANALIZACYJNYCH
Syfony kanalizacyjne służą do pokonywania przeszkoacuted terenowych takich jak koryta
rzeczne niecki czy kolidujące z trasą kanału podziemne obiekty pod tymi przeszkodami
Rys 1039 Przykład syfonu pod dnem rzeki (1- komora rozdzielcza na dopływie
2- przewoacuted płuczący 3 - komora połączeniowa na odpływie)
Przepływ w syfonie złożonym z jednego lub z kilku przewodoacutew odbywa się pod
ciśnieniem ze stratą energii sh - na pokonanie oporoacutew liniowych i miejscowych
Rys 1040 Schemat działania syfonu pod dnem rzeki
Ze względu na występujące wytrącanie się i odkładanie osadoacutew należy przewidzieć
możliwość płukania i czyszczenia (mechanicznego lub hydrodynamicznego) przewodoacutew
syfonowych zwłaszcza odcinkoacutew wznoszących się Celowa jest więc budowa przed syfonami
(na kierunku napływu ściekoacutew) studzienki jako piaskownika oraz studzienki (na wylocie z
syfonu) umożliwiającej płukanie i zbieranie popłuczyn Ogoacutelnie syfony kanalizacyjne są w
praktyce wysoce awaryjne - wymagają częstego czyszczenia
Prędkość przepływu ściekoacutew w przewodach syfonowych - przy minimalnych
przepływach powinna być większa od prędkości samooczyszczania [1 2]
09 ms w kanalizacji rozdzielczej (przy przepływach nocnych ściekoacutew pogody
bezdeszczowej - nie mniej niż 07 ms)
12 ms w kanalizacji ogoacutelnospławnej
Z drugiej strony prędkość przepływu nie powinna być zbyt duża gdyż prowadzi do
dużych wartości strat hydraulicznych (Δhs) i w konsekwencji do dużych niezbędnych roacuteżnic
den kanałoacutew na wlocie i wylocie z syfonu
W kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej stosuje się najczęściej kilka przewodoacutew
syfonowych o roacuteżnych średnicach i o wlotach na roacuteżnych poziomach włączających się do
pracy kolejno w miarę zwiększania się strumienia dopływających ściekoacutew pogody
deszczowej ndash schematy podano w [1 2] Minimalna średnica syfonu to 015 m Stosuje się
tutaj najczęściej rury żeliwne stalowe czy żelbetowe Obecnie coraz częściej roacutewnież
wzmocnione tworzywa sztuczne
Obliczenia hydrauliczne syfonoacutew sprowadzają się do
doboru średnic przewodoacutew syfonowych (ds) ze względu na prędkość przepływu υs
KANALIZACJA I
117
określenia strat hydraulicznych w syfonie (Δhs) tj roacuteżnicy zwierciadeł ściekoacutew w
studzienkach 1 i 2 (lub roacuteżnicy rzędnych dna kanałoacutew dopływowego i odpływowego)
Rys 1042 Schemat do obliczeń hydraulicznych syfonu
gd
lh s
s
s
i
is2
)(2
(105)
gdzie
ξi - wspoacutełczynniki strat miejscowych na wlocie i zmianach kierunkoacutew - łuki 1 i 2
- wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych na długości odcinkoacutew l1 l2 i l3 - z wzoru Colebrooka
- Whitersquoa lub z formuły Chezy-Manninga (dla strefy oporoacutew kwadratowych)
= 8g n2 (ds4)13 (106)
s - wspoacutełczynnik energii kinetycznej roacutewny wspoacutełczynnikowi strat wylotowych
s = 1 + 293 ndash 155 32 (107)
Gdy występuje kilka rur syfonowych np 3 o roacuteżnych średnicach di
woacutewczas
2QKh zs (108)
przy czym
2
1
1
i
z
K
K (109)
oraz
Ki = Kli + Kmi = Ci il + SKi ( i ) (1010)
Wielkości poszukiwane
i
s
iK
hQ
(1011)
stąd
)(42
iii dQ (1012)
gdzie
Kz - zastępczy wspoacutełczynnik oporności układu roacutewnolegle połączonych przewodoacutew
syfonowych s2m5
Ki - wspoacutełczynnik oporności przewodu syfonowego o średnicy di
Kli - wspoacutełczynnik oporności liniowej przewodu di o długości Σ li
Kmi - wspoacutełczynnik oporności miejscowej Σ ξi przewodu di
Ci - wspoacutełczynnik oporności właściwej przewodu di (do strat liniowych) s2m6
KANALIZACJA I
118
iii
i
i ddg
C
5
52082660
18 (1013)
SKi - wspoacutełczynnik oporności przewodu di (do strat miejscowych) s2m5
SKi = 4
082660
id (1014)
Ogoacutelnie
2QlChl (1015)
2QSh iKm (1016)
Wartości wspoacutełczynnikoacutew C (dla wg 106) oraz SK dla przewodoacutew żeliwnych i
stalowych o średnicy d i wspoacutełczynniku szorstkości n = 0012 sm13 (k asymp 10 mm) podano w
tabeli 101
Tab 101 Wartości wspoacutełczynnikoacutew do wymiarowania przewodoacutew syfonowych dla n = 0012 sm13 Parametr Wartości wspoacutełczynnikoacutew dla średnic przewodoacutew
d [m] 010 015 020 025 030 040 050 060 080 100
[-] 00386 00337 00306 00285 00268 00243 00226 00213 00193 00179
C [s2m-6] 3191 3671 7916 2408 09108 01964 005974 002260 0004872 0001595
SK [s2m-5] 8266 1633 5166 2116 1020 3229 1323 06378 02018 008266
104 PROJEKTOWANIE POMPOWNI SIECIOWYCH
1041 WYMIAROWANIE STUDNI ZBIORCZYCH POMPOWNI ŚCIEKOacuteW
W niekonwencjonalnych (ciśnieniowych) systemach kanalizacji ściekowej stosuje się
obecnie przepompownie wyposażone w pompy zatapialne instalowane w studniach
zbiorczych Klasyczne konstrukcje przepompowni (z tzw mokrą komorą czerpną i suchą
komorą pompową) stosuje się nadal w dużych grawitacyjno-pompowych systemach
kanalizacji rozdzielczej (ściekowej) czy ogoacutelnospławnej gdzie pełnią funkcję pośrednich
pompowni ściekoacutew [2]
O kosztach pompowania ściekoacutew decydują koszty inwestycyjne i eksploatacyjne
Istotną częścią kosztoacutew inwestycyjnych jest koszt wykonania studnikomory zbiorczej
pompowni ktoacutery zależy od jej niezbędnej objętości retencyjnej Natomiast w kosztach
eksploatacyjnych najistotniejszy jest koszt energii elektrycznej potrzebnej do
przepompowania określonego strumienia ściekoacutew (Q H) ktoacutery zależy też od sprawności
dobranych pomp
Do określenia wymaganych wymiaroacutew studni zbiorczych - komoacuter czerpalnych w
przepompowniach ściekoacutew niezbędne jest obliczenie ich objętości czynnej (Vcz) ktoacutera zależy
od liczby pomp (i) strumienia dopływu ściekoacutew (Q) oraz przyjętej liczby cykli załączeń
pomp w godzinie (1Tmin) Dopuszczalną liczbę załączeń silnika elektrycznego pompy w
godzinie należy przyjmować według zaleceń producenta pomp Jeżeli nie ma takich danych
można kierować się minimalnym czasem trwania jednego cyklu pracy pompy (Tmin)
przykładowo podanych w tabeli 102
Tab 102 Zalecane czasy minimalnych cykli pracy pomp
w zależności od mocy silnikoacutew napędowych Moc znamionowa
silnika [kW]
Czas Tmin
[min]
0 - 11 50
14 - 22 65
25 - 44 80
48 - 74 100
110 - 147 130
KANALIZACJA I
119
Dla jednej czynnej pompy maksymalna dopuszczalna liczba załączeń w godzinie
występuje wtedy gdy przez połowę cyklu pompa pracuje a przez drugą połowę jest
wyłączona [1] Wynika to z analizy wzoroacutew na cykl pracy (T) ktoacutery jest sumą czasu pracy
(ts) i czasu postoju (tp) danej pompy
inin
psQ
V
VttT
(1017)
gdzie
V ndash objętość retencyjna studni zbiorczej pompowni dm3
Qin ndash strumień objętości dopływu ściekoacutew dm3s
Q ndash strumień objętości (wydajność) pompy dm3s
Minimalną objętość czynną studni (Vcz) dla jednej pompy oszacować można z wzoru
4
min QTVcz
(1018)
Dla przepompowni z większą liczbą czynnych pomp (i gt 1) niezbędna objętość studni
zbiorczej zależy nie tylko od wydajności pracujących pomp (Q) i liczby dopuszczalnych cykli
włączeń silnika napędowego pomp (1Tmin) ale także od charakterystyki hydraulicznej sieci
kanalizacyjnej oraz od kolejności załączania i wyłączania pomp po osiągnięciu określonego
poziomu ściekoacutew w studni Przykładowo dla 4 czynnych pomp włączenie do pracy drugiej
pompy powoduje zwiększenie wydajności pompowni o 455 trzeciej o 251 a czwartej
już tylko o 148 - wg rys 1045
Rys 1045 Zmiany parametroacutew hydraulicznych przepompowni (H Q) i poszczegoacutelnych pomp
(Hi Qi) w zależności od liczby roacutewnocześnie czynnych pomp
Objętość czynna studni zbiorczej zależy w tym przypadku od charakterystyki sieci (strat
hydraulicznych) liczby pracujących pomp i ich charakterystyki przepływu (rys 1046)
Istotny jest przy tym sam kształt charakterystyki hydraulicznej (tzw przepływność) sieci do
ktoacuterej tłoczone są ścieki [2]
1042 ZALECENIA DO DOBORU POMP
Przyjmując liczbę czynnych pomp w przepompowni należy brać pod uwagę wielkość
systemu kanalizacyjnego wartości strumieni Qmax i Qmin nachylenie charakterystyki
przepływu danej pompy H = f(Q) a także sam kształt charakterystyki strat hydraulicznych
danej sieci kanalizacyjnej
Zużycie energii elektrycznej przez pompę w ciągu roku obliczyć można z wzoru
tPE (1019)
gdzie
E ndash roczne zużycie energii elektrycznej kWh
P ndash moc pompy kW
t ndash roczny czas pracy pompy h
Moc na wale pompy wynosi
KANALIZACJA I
120
QHP
(1020)
gdzie
γ ndash ciężar właściwy ściekoacutew Nm3
H ndash wysokość podnoszenia pompy m
Q ndash strumień objętości pompy m3s
η ndash sprawność całkowita pompy -
Roczne zużycie energii E jest proporcjonalne do iloczynu parametroacutew H Q i t Z
uwagi na jej zużycie znaczenie ma kształt charakterystyki hydraulicznej sieci co wykazano
w [2] 1043 ROZMIESZCZENIE POMP ZATAPIALNYCH
Pompy w przepompowniach ściekoacutew powinny być tak rozmieszczone - w hali pomp
(dla tzw pomp suchych) lub zamocowane do dna w komorze pomp (dla pomp zatapialnych)
aby zapewnić niezawodne działanie bezpieczną obsługę i możliwe najkroacutetsze prowadzenie
rurociągoacutew w obiekcie Dla walcowych studni zbiorczych przepompowni ściekoacutew
rozmieszczenie pomp i podstawowe wymiary komoacuter czerpalnych można przyjmować
przykładowo wg wytycznych firmy KSB podanych w [2] i przedstawionych na rys 1049
Rys 1049 Przykład zabudowy pomp KSB w studniach walcowych
Gabaryty komory pompowej powinny zapewniać ciągły ruch ściekoacutew w całej objętości
aby nie dochodziło do zagniwania zanieczyszczeń na jej dnie oraz właściwie zasilać czerpnie
poszczegoacutelnych pomp tj bez zasysania powietrza do kroacutećcoacutew ssących pomp Montaż pomp
wykonać należy wg zaleceń zawartych w DTR producenta urządzeń W przypadku dużych
pompowni ściekoacutew sposoby doprowadzenia ściekoacutew do komory pompowej podano w
podręczniku [2]
105 MATERIAŁY TECHNIKI BUDOWY I RENOWACJI KANAŁOacuteW
1051 MATERIAŁY
Do budowy przewodoacutew i kanałoacutew ściekowych stosowane są
tradycyjne materiały (już nowej generacji) jak np kamionka klinkier żeliwo
sferoidalne (z wewnętrzną wykładziną) beton wodoszczelny czy też bazalt o
przewidywanej żywotności technicznej rzędu 100 lat ale także
nowoczesne materiały tworzywowe jak np polimerobeton (PMB) polietylen
(PE) polichlorek winylu (PVC) utwardzony polichlorek winylu (PVC-U)
KANALIZACJA I
121
polipropylen (PP) polibutylen (PB) czy żywice poliestrowe wzmacniane włoacuteknem
szklanym (GRP) o przewidywanej żywotności co najmniej 50 lat
Materiały tworzywowe powinny być stosowane w uzasadnionych sytuacjach
terenowych np na obszarach oddziaływań goacuterniczych zagrożonych osuwiskami dużego
natężenia ruchu pojazdoacutew itp Przykłady tradycyjnych wyroboacutew stosowanych do budowy
nowych kanałoacutew czy modernizacji istniejących sieci podano na rysunkach [1 2]
Rys 1054 Kształtki rury i elementy kamionkowe (spody i łuski do wykonania kinet ściekowych)
Rys 1055 Rury betonowe o przekroju kołowym a) bez stopki b) ze stopką c) o przekroju jajowym
(1- wpust 2- pioacutero)
50080
512
Wpust uliczny
2 x łuk 45deg
DN 150
Wstawkadł min100mm
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIE
WŁĄCZENIA DO WPUSTU 90deg
50080
512
2 x łuk 45deg
Wpust uliczny
Zamknięcie wodne częściowe
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIE
WŁĄCZENIA DO WPUSTU 90deg
Zamknięcie wodne pełne
Rysunek 1
100
Po
zio
m H
2
Po
zio
m H
1
Rysunek 1a
H1H2
lt
DN 150
Rys 1057 Przykładowe rozwiązania wpustoacutew deszczowych zalecane we Wrocławiu
KANALIZACJA I
122
Wpusty deszczowe - na kanalizacji ogoacutelnospławnej muszą być wyposażone w pełne
zamknięcie wodne na odpływie (z łukiemkolanem skierowanym do goacutery) oraz w osadnik
(o głębokości min 05 m) Przykrycie nad syfonem nie może być mniejsze od 08 m (wg rys
1057 ndash po lewej) Wpusty deszczowe - na kanalizacji deszczowej muszą być wyposażone
w osadnik oraz opcjonalnie w częściowe zamknięcie wodne ndash z łukiemkolanem do goacutery (wg
rys 1057 ndash po prawej)
UWAGA W praktyce stosowanie zamknięć syfonowych na odcinkach droacuteg z płytko
posadowioną kanalizacją deszczową jest trudne do spełnienia ze względu na brak możliwości
zachowania strefy przemarzania gruntu
1052 TECHNIKI BUDOWY I RENOWACJI KANAŁOacuteW
Do złego stanu technicznego kanałoacutew przyczynia się najczęściej słaba jakość materiału
konstrukcyjnego nieprawidłowy transport jak i sam montaż Precyzja wykonania rur
uszczelnienia i rozwiązania konstrukcyjne połączeń mają zasadniczy wpływ na trwałość
eksploatacyjną przewodukanału Przyczyny uszkodzeń kanałoacutew mogą być zaroacutewno fizyczne
jak i chemiczne
czynniki fizyczne to obciążenia zewnętrzne oraz naprężenia wewnętrzne
spowodowane wahaniami temperatury zmianami wilgotności i zmęczeniem
materiału
czynniki chemiczne to głoacutewnie korozja i starzenie się materiału
Powodem tzw odnowy kanałoacutew jest więc najczęściej zły stan techniczny i występujące
awarie systemu Czasem wystarczające jest wyczyszczenie kanału jednak zazwyczaj istnieje
potrzeba punktowej naprawy renowacji lub wymiany całego przewodu Przedsięwzięcia te
mogą być przeprowadzane w sposoacuteb klasyczny - w wykopie otwartym bądź też z
zastosowaniem technologii bezwykopowych
Naprawa kanału jest przeprowadzana gdy występują drobne pojedyncze uszkodzenia
konstrukcji Wśroacuted sposoboacutew punktowych napraw kanałoacutew rozroacuteżnić można chemiczną
stabilizację uszczelnianie połączeń wprowadzanie żywic impregnacja przewodu czy
przywracanie pierwotnego kształtu
Renowacja kanału jest preferowana gdy uszkodzenia są rozległe a średnica przewodu
może ulec nieznacznej redukcji Renowacje dotyczą zwykle dłuższych odcinkoacutew przewodoacutew
Ich celem jest ochrona ścian kanału uszczelnienie alboi wzmocnienie konstrukcji
Pokrywanie wnętrza warstwą izolacyjną służy oddzieleniu materiału konstrukcyjnego od
transportowanego agresywnego medium Alternatywnie gdy stan techniczny kanału tego
wymaga do wnętrza jest wprowadzany specjalny liner (rękaw) o odpowiednio dobranych
parametrach wytrzymałościowych - grubości ścianek (związanej z redukcją średnicy
istniejącego przewodu)
Wymiana przewodu na nowy jest najbardziej kosztowną formą odnowy starego
przewodu - konieczna woacutewczas gdy jego konstrukcja nie jest w ogoacutele zdolna do
przenoszenia obciążeń bądźi gdy celowe jest zwiększenie wymiaru (średnicy) przewodu
Stosowane tutaj linery mają dużą wytrzymałość i są w stanie przejąć wszystkie obciążenia
dotychczas przenoszone przez stary kanał Przykładowo w metodzie Burstlining stara rura
jest rozkruszana przez specjalną głowicę prowadzącą ktoacutera roacutewnocześnie wpycha odłamki
ściany starego przewodu do otaczającego gruntu Następnie wprowadzana jest nowa rura
Renowacja bądź wymiana przewodu może być więc przeprowadzana metodami
tradycyjnymi bądź bezwykopowymi Te pierwsze mają mniej zalet jednak w niektoacuterych
przypadkach np gdy kanał jest płytko zagłębiony i położony poza jezdnią są one nadal
preferowane W innych sytuacjach stosowane są coraz częściej nowoczesne i coraz tańsze
technologie bezwykopowe ktoacutere mają wiele zalet min
KANALIZACJA I
123
wykopy są całkowicie wyeliminowane lub znacznie ograniczone
zredukowana jest objętość powstających odpadoacutew
występują małe zakłoacutecenia w ruchu i aktywności ekonomicznej społeczeństwa
instalacja przebiega szybko i sprawnie
Technologie bezwykopowe mają też istotne wady m in
trudności z podłączeniem istniejących przykanalikoacutew
dodatkowe koszty związane z kontrolą jakości i monitoringiem prac
brak możliwości dokładnego nadzorowania położenia linera
wysokie koszty związane z powtoacuterzeniem instalacji w wypadku komplikacji
Częstym błędem przy wyborze metody odnowy przewodu jest kierowanie się tylko
kryterium ekonomicznym inwestycji - pomijanie kosztoacutew społecznych ponoszonych przez
mieszkańcoacutew Negatywny wpływ na społeczeństwo mają zaburzenia komunikacyjne
wywołują min obniżenie aktywności ekonomicznej generowane zanieczyszczenia i ogoacutelnie
zagrożenie dla zdrowia ludzi i środowiska naturalnego
UWAGA Koszty społeczne w przypadku metod tradycyjnych mogą być poroacutewnywalne do
kosztoacutew inwestycyjnych a w przypadku metod bezwykopowych są zazwyczaj mniejsze
106 EKSPLOATACJA SIECI KANALIZACYJNYCH
1061 WYMIAROWANIE PŁUCZEK KANAŁOWYCH
Sieci kanalizacyjne w terenach płaskich ilub o bardzo małych spadkach dna kanałoacutew
(nawet o ik lt ik min) a zwłaszcza o małych średnicach i wypełnieniach wymagają częstego
płukania w celu usunięcia zawiesin wytrącających się ze ściekoacutew i odkładających się osadoacutew
na dnie kanałoacutew Kanały mogą być płukane
wodą wodociągową ndash ze specjalnych zbiornikoacutew (studzienek) zwanych płuczkami
ściekami ndash z innych kanałoacutew (sterowanie poprzez klapy i zastawki piętrzące)
wodąpłynem z wozoacutew asenizacyjnych (ciśnieniowo)
Płukanie kanałoacutew polega na wytworzeniu fali płuczącej poruszającej się cieczy z dużą
prędkością najczęściej υ gt 10 m tj większą niż prędkość samooczyszczania się kanałoacutew
Płuczki kanałowe umieszcza się na końcoacutewkach sieci lub centralnie jako zbiorniki
podziemne (o objętości od kilku do kilkudziesięciu m3) Płuczki zasilane są najczęściej wodą
wodociągową głoacutewnie ze względoacutew praktycznych ndash sanitarnych Mogą być też zasilane
wodą drenażową opadową czy też ściekami Studzienki płuczące jako zbiorniki do płukania
kanałoacutew lokalizuje się najczęściej w najwyżej położonych punktach sieci
Rys 1058 Schemat płuczki kanałowej (sterowanej ręcznie)
Objętość cieczy V (w m3) niezbędną do przepłukania danego odcinka kanału oblicza
się ze wzoru Hansena [1 2]
2
2
2
1
2 )(40
km iiLAV (1021)
gdzie
KANALIZACJA I
124
A - powierzchnia przekroju poprzecznego płukanego kanału m2
L - zasięg płukania (zasięg fali płuczącej) 100divide200 m
ik - spadek dna kanału permil
im - spadek miarodajny linii energii permil
2321
)( hmm Rn
i (1022)
υm - prędkość miarodajna ms
2
1
2
2
2
12 3050)ln1(
m
(1023)
υ1 - prędkość początkowa (maksymalna) υ1 = 075 gh2 ms
h - wysokość ciśnienia roacutewna wysokości cieczy w płuczce m
υ2 - minimalna prędkość płukania υ2 = 08 ms
n - wspoacutełczynnik szorstkości kanału sm13
Płuczki zaopatrzone są często w urządzenia do automatycznego działania jak np
płuczka lewarowa czy płuczka z naczyniem wywrotnym - opis działania podano w [1 2]
Rys 1059 Schemat ideowy płuczki automatycznej - lewarowej
Rys 1060 Schemat ideowy płuczki automatycznej - z naczyniem wywrotnym
1062 ROZMIESZCZANIE PŁUCZEK KANAŁOWYCH
Odcinki kanałoacutew wykonanie z przyczyn technicznych (np kolizji z istniejącym
uzbrojeniem terenu) o spadku dna ik mniejszym niż dopuszczalny hydraulicznie ikmin wymagają częstego płukania (3divide6 razy na dobę) Efektywny zasięg fali płuczącej jest
ograniczony zwykle do 100divide200 m Dłuższe odcinki wymagają rozmieszczenia kilku płuczek
na trasie kanału gdy ik lt ikmin
Rys 1062 Schematyczne rozmieszczenie płuczek na trasie kanału
ułożonego z nieodpowiednim hydraulicznie spadkiem dna ik lt ik min
Przykłady sytuowania płuczek kanałowych w tzw punktach węzłowych sieci tj
połączeń kilku kanałoacutew sterowanych zasuwami bądź zastawkami do przemiennego płukania
określonych odcinkoacutew kanałoacutew podano na rysunkach w [1 2]
KANALIZACJA I
125
Rys 1064 Przykładowe lokalizacje płuczek kanałowych w węzłach sieci (P ndash płuczka)
1063 STOSOWANIE PŁUCZEK I KANAŁOacuteW PŁUCZĄCYCH
Kanały płuczące w komunalnych systemach kanalizacyjnych stosowane są sporadycznie
ze względu na wysokie koszty budowy Na rysunkach 1067divide1069 przedstawiono 3
przykłady rozwiązań koncepcyjnych płukania sieci kanalizacyjnych w zależności od spadkoacutew
terenu przy łącznym stosowaniu płuczek i kanałoacutew płuczących
Rys 1067 Wariat płukania sieci kanalizacyjnej 2 płuczkami i 2 kanałami płuczącymi
Rys 1068 Wariant płukania sieci kanalizacyjnej 3 płuczkami
Rys 1069 Wariant płukania sieci kanalizacyjnej płuczką z kanałem płuczącym
KANALIZACJA I
126
107 ETAPY I ZAWARTOŚĆ TEMATYCZNA OPRACOWAŃ PROJEKTOWYCH
Zgodnie z art 5 ust 3 Ustawy z 12 września 2002 r o normalizacji (DZ U Nr 169 poz
1386) stosowanie Polskich Norm (PN) jest bdquodobrowolnerdquo podobnie też Norm Europejskich
(EN) w tym tzw zharmonizowanych PN-EN a także Norm Międzynarodowych (ISO)
Rangę prawną mają np ustawy czy rozporządzenia do ustaw Norma nie jest obecnie aktem
prawnym Nie oznacza to jednak że nie należy je stosować a zwłaszcza zaleceń
wynikających z treści bdquoduchardquo norm jako źroacutedła przepisoacutew pozaprawnych na roacutewni z np
aktualnymi wytycznymi technicznymi projektowania (WTP) czy publikowanymi wynikami z
prac badawczych - odnośnie np metod wymiarowania kanalizacji
Obecny stan prawny nakłada więc na projektantoacutew i wykonawcoacutew obiektoacutew
budowlanych większą odpowiedzialność i obowiązek starannego w tym bezpiecznego
projektowania i wykonywania obiektoacutew ndash zgodnie ze sztuką budowlaną wynikającą z
najnowszej dostępnej wiedzy technicznej (np BAT ndash best available techniques)
Idea ta znajduje zastosowanie min w odniesieniu do nowych metod wymiarowania
systemoacutew odwodnień terenoacutew [1 2 3] - wg zaleceń normy PN-EN 752 Uwzględniono przy
tym najnowsze branżowe propozycje niemieckiego Stowarzyszenia Techniki Ściekowej
(ATV obecnie DWA) oraz postulat Europejskiego Komitetu Normalizacji (CEN)
osiągnięcia w państwach członkowskich Unii Europejskiej daleko idącego ujednolicenia
poziomu wymagań co do ochrony przed wylaniem z systemoacutew odwodnieniowych
Dokumentacje projektowe do budowy nowych systemoacutew kanalizacyjnych czy
modernizacji istniejących sporządza się zwykle etapami w kolejności
Koncepcja Programowo Przestrzenna (KPP) - dawniej nazywana bdquoZałożenia
Techniczno - Ekonomicznerdquo (ZTE)
Projekt Budowlany (PB) - dawniej zwany bdquoProjekt Technicznyrdquo (PT) ndash ogoacutelny
Projekt Budowlany Wykonawczy (PBW) - dawniej bdquoProjekt Technicznyrdquo (PT) ndash
szczegoacutełowy
Przykładowy zakres dokumentacji technicznej odnośnie systemu kanalizacyjnego
jednostki osadniczej (w etapach KPP PB lub PBW) obejmuje
1 Opis uwarunkowań sytuacyjno-wysokościowych terenu i odbiornikoacutew ściekoacutew
2 Wyboacuter systemu kanalizacyjnego pod kątem wymagań ochrony środowiska
rozdzielczy - w przypadku budowy nowych sieci
poacutełrozdzielczy - w przypadku modernizacji istniejącej sieci rozdzielczej
ogoacutelnospławny - istniejący w przypadku braku możliwości przebudowy
3 Koncepcja rozplanowania sieci i obiektoacutew
kanałoacutew bocznych (zwykle na dużych spadkach terenu)
kolektoroacutew (na małych spadkach terenu)
lokalizacja obiektoacutew odciążających separatoroacutew przelewoacutew burzowych
zbiornikoacutew retencyjnych regulatoroacutew przepływu ściekoacutew pompowni itp)
lokalizacja wylotoacutew ściekoacutew deszczowych czy zmieszanych do odbiornikoacutew wraz
z urządzeniami do ich podczyszczania
lokalizacja oczyszczalni ściekoacutew wraz ze strefą ochronną
2 Bilans ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
5 Określanie powierzchni zlewni cząstkowych dopływu ściekoacutew do kanałoacutew
bytowo-gospodarczych i przemysłowych (czy ogoacutelnospławnych)
deszczowych
6 Obliczenia hydrauliczne sieci z doborem średnic spadkoacutew i zagłębień kanałoacutew
KANALIZACJA I
127
7 Wymiarowanie i projekty technologiczne obiektoacutew sieciowych (separatoroacutew
przelewoacutew burzowych zbiornikoacutew retencyjnych osadnikoacutew syfonoacutew płuczek
kanałowych pompowni oczyszczalni ściekoacutew itp) w tym projekty branżowe
8 Plan sieci kanalizacyjnej z obiektami
9 Profile kolektoroacutew i kanałoacutew z obiektami
10 Opis techniczny rozwiązań projektowych wraz z częścią kosztorysową i towarzyszącą
zgodnie z aktualnymi wymogami prawa [1 2 3]
Wzory tabelek rysunkowych do ćwiczeń projektowych i dyplomoacutew z kanalizacji
A Tabelka na mapy profile schematy hellip
Temat pracyprojektu
(np) ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z KANALIZACJI 2
Tytuł rysunku
(np) PLAN SYTUACYJNY SIECI KANALZACYJNEJ
Funkcja Tytuł imię i nazwisko Nr uprawnień Data Podpis
Projektant helliphellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphellip - 10012020 r helliphelliphellip
Sprawdzający helliphellip helliphelliphellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphellip 10012020 r helliphelliphellip
Wydział Katedra PWr
W07 K42
Stadium
KPP
Skala
(np) 12500
Nr rys
X
B Tabelka na rysunki obiektoacutew ndash z wyszczegoacutelnieniem i opisem elementoacutew (UWAGA Wymiarowanie obiektoacutew budowlanych - w cm )
hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphellip
1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphellip
Nr Nazwa elementu Ilość Wymiar materiał Katalog norma
Temat pracyprojektu
(np) PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA (lub) MAGISTERSKA
Tytuł rysunku
(np) PROJEKT STUDZIENKI POŁĄCZENIOWEJ NR hellip
Funkcja Tytuł imię i nazwisko Nr uprawnień Data Podpis
Projektant hellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphellip - 10012020 r helliphelliphellip
Sprawdzający helliphellip helliphelliphellip helliphelliphellip helliphelliphelliphellip 10012020 r helliphelliphellip
WydziałKatedra PWr
W07 K42
Stadium
KPP (lub) PB
Skala
(np) 150
Nr rys
Y
Dziękujemy za dotrwanie do końca
KANALIZACJA I
5
bull W bieżącym (XXI) stuleciu poziom moacuterz i oceanoacutew może się podnieść nawet o 10 m -
co zagraża już zalaniem znacznych powierzchni przybrzeżnych
- wg IPCC 2014 Impacts Adaptation and Vulnerability Cambridge University Press
bull Z powodu ocieplenia klimatu zmieni się istotnie struktura opadoacutew w Polsce - w
projekcji na lata 2071-2100 - biorąc za podstawę okres 1951-2009 (wg modelu
klimatycznego dla Europy HadRM3-PRECIS)
- wg Pińskwar I Projekcje zmian w ekstremach opadowych w Polsce Monografia Komitetu Gospodarki
Wodnej Polskiej Akademii Nauk Warszawa 2010
Wspoacutełczesne standardy odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych
Niezawodność działania systemoacutew kanalizacji deszczowej czy ogoacutelnospławnej nie jest
w pełni możliwa do osiągnięcia ze względu na losowy charakter opadoacutew Dążyć należy zatem
do bezpiecznego ich wymiarowania tj gwarantującego osiągnięcie wspoacutełcześnie
wymaganego standardu odwodnienia terenoacutew ktoacutery definiuje się jako przystosowanie
systemu do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych) strumieni woacuted opadowych z
częstością roacutewną dopuszczalnej (akceptowalnej społecznie) częstości wystąpienia wylania
na powierzchnię terenu (tab 11) ndash także w przyszłości [1 2 3]
Tab 11 Zalecane częstości projektowe deszczu obliczeniowego i dopuszczalne częstości wystąpienia
wylania wg PN-EN 7522008 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Rodzaj zagospodarowania terenu
- standard odwodnienia terenu
Częstość wystąpienia
wylania
[1 raz na C lat]
1 na 1 I Tereny pozamiejskie 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
Polska norma - zharmonizowana z europejską normą PN-EN 752 z 2008 roku
ogranicza częstość wylewoacutew z kanalizacji do rzadkich powtarzalności ich występowania
1 raz na 10 lat - w przypadku terenoacutew pozamiejskich (wiejskich) oraz
1 raz na 20 30 lub 50 lat dla terenoacutew miejskich - odpowiednio do rodzaju
zagospodarowania przestrzennego terenu ndash standardu odwodnienia terenu (tab 11)
Najnowsza wersja normy PN-EN 752 z 2017 roku zaleca już roacuteżnicowanie
dopuszczalnej częstości wylewoacutew z kanałoacutew w siedmiostopniowej skali wpływu zagrożenia
na środowisko - dla przykładowo zdefiniowanych lokalizacji (tab 11a) W szczegoacutelności
dopuszcza częstsze wylewy ndash na terenach pozamiejskich (C le 10 lat) ale także rzadsze
wylewy - na terenach mieszkaniowych (dla budynkoacutew podpiwniczonych C = 30 lat)
Tab 11a Kryteria zagrożeń oraz dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew wg PN-EN 7522017
Stopień zagrożenia Przykładowe lokalizacje terenoacutew Częstość wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Bardzo mały Drogi lub otwarte przestrzenie z dala od budynkoacutew 1
Mały Tereny rolnicze w zależności od wykorzystania (np
pastwiska grunty orne) 2
Mały do średniego Otwarte przestrzenie wykorzystane do celoacutew publicznych 3
Średni Drogi lub otwarte przestrzenie w pobliżu budynkoacutew 5
Średni do wysokiego Zalania zamieszkanych budynkoacutew z wyłączeniem piwnic 10
Wysoki Głębokie zalania zamieszkanych piwnic lub przejazdoacutew
pod ulicami 30
Bardzo wysoki Infrastruktura krytyczna 50
KANALIZACJA I
6
Do projektowania nowych systemoacutew kanalizacyjnych cytowane normy (PN-EN
75220082017) zalecają przyjmowanie następujących częstości deszczu obliczeniowego
1 raz na rok - dla terenoacutew pozamiejskich
1 raz na 2 5 lub 10 lat dla terenoacutew miejskich
- przy czym nie mogą występować woacutewczas żadne przeciążenia w działaniu systemoacutew
grawitacyjnych (np praca pod ciśnieniem) co jest roacutewnoznaczne z projektowaniem kanałoacutew
na niecałkowite wypełnienia
Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do projektowania odwodnień droacuteg - wg
Rozporządzenia MTiGM z 1999 r podano w tabeli 12
Tab 12 Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do projektowania
odwodnień droacuteg w Polsce - wg Rozporządzenia MTiGM1999
Rodzaj ndash klasa drogi
Częstości projektowe
opadoacutew deszczu
[1 raz na C lat]
Lokalna (L) dojazdowa (D) 1 na 1
Głoacutewna (G) zbiorcza (Z) 1 na 2
Głoacutewna ruchu przyspieszonego (GP) 1 na 5
Autostrada (A) ekspresowa (S) 1 na 10
Ustalenie związku pomiędzy częstością deszczu obliczeniowego i częstością wylania
nie jest jednak możliwe do uogoacutelnienia zwłaszcza na etapie projektowania kanalizacji
Pomocne okazują się tutaj zalecenia niemieckie wg DWA-A 118 z 2006 r wprowadzające
pojęcie częstości nadpiętrzenia do poziomu terenu do obliczeń sprawdzających przy pomocy
modelowania hydrodynamicznego przez co staje się możliwe wyznaczenie stanu
przeciążenia ktoacutery jest najbliższy potencjalnie występującemu w dalszej kolejności wylaniu
Tab 13 Dopuszczalne częstości nadpiętrzenia do obliczeń sprawdzających nowoprojektowanych
bądź modernizowanych systemoacutew kanalizacyjnych wg DWA-A 1182006
Rodzaj zagospodarowania terenu Częstość nadpiętrzenia
[1 raz na C lat]
Tereny wiejskie 1 na 2
Tereny mieszkaniowe 1 na 3
Centra miast tereny usług i przemysłu rzadziej niż 1 na 5
Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp rzadziej niż 1 na 10
Wymiarowanie kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej w Polsce napotyka na
podstawową trudność wynikającą z braku wiarygodnego modelu opadoacutew do określania
miarodajnego natężenia deszczu Dotychczas stosowany wzoacuter Błaszczyka - oparty na opadach
z przełomu XIX i XX wieku (zarejestrowanych przeszło100 lat temu) zaniża bowiem wyniki
obliczeń obecnych natężeń deszczy o rząd 40 Ponadto stosowana dotychczas w Polsce
tzw metoda granicznych natężeń (MGN) dodatkowo redukuje strumień spływu woacuted
opadowych (Qm) w stosunku do innych metod - stosowanych przykładowo w Niemczech
(MWO i MZWS) - w podobnych warunkach hydrologicznych Roacuteżnice obliczanych strumieni
Qm sięgają nawet 100 - na niekorzyść MGN Metoda ta wymagała więc pilnej modyfikacji
co zostało zaproponowane w podręcznikach [1 2 3]
Systemy kanalizacyjne projektowane są zwykle na perspektywę minimum 50divide100 lat Z
powodu systematycznego ocieplania się klimatu w przyszłości wystąpi jeszcze więcej
ekstremalnych zjawisk opadowych prowadzących do tzw powodzi miejskich [2] ktoacutere
powodować będą jeszcze większe niż obecnie straty gospodarcze i społeczne (fot 1divide4)
Uwzględnienie tych prognoz w perspektywie 2100 roku jest niezbędne już dzisiaj do
bezpiecznego wymiarowania wspoacutełcześnie budowanych systemoacutew odwodnień terenoacutew
KANALIZACJA I
7
Fot 1 Warszawa - Trasa Toruńska w dn 9062013 r (httpkontakt24tvn24pl)
Fot 2 Gdańsk - Wrzeszcz w dn 25062013 r (httpnaszafotografiapl)
Fot 3 Wrocław ul Legnicka w dn 27052014 r (httpwwwgazetawroclawskapl)
STAN PRAWNY PROJEKTOWANIA KANALIZACJI w POLSCE
Zgodnie Ustawą z 12 września 2002 roku o normalizacji (Dz U Nr 169 poz 1386)
stosowanie Polskich Norm (PN) jest bdquodobrowolnerdquo podobnie też norm europejskich (EN) w
tym zharmonizowanych (PN-EN) a także norm międzynarodowych (ISO) Rangę prawną
mają ustawy czy rozporządzenia do ustaw Ustawa z 2002 roku dostosowała więc krajową
normalizację do reguł europejskiego systemu prawnego (UE) Dla projektantoacutew
wykonawcoacutew czy eksploatatoroacutew obiektoacutew budowlanych branży sanitarnej (i nie tylko) od
lat przyzwyczajonych do obowiązkowego stosowania polskich norm (w tym branżowych)
jest to istotna zmiana Normy nie są obecnie aktami prawnymi Oznacza to tyle że należy je
traktować jako źroacutedło przepisoacutew pozaprawnych na roacutewni np z aktualnymi wytycznymi
technicznymi projektowania (WTP) czy też publikowanymi wynikami z prac badawczych ndash
odnośnie np nowych metod wymiarowania kanalizacji [1 2 3]
Obecny stan prawny nakłada więc na projektantoacutew i wykonawcoacutew obiektoacutew
budowlanych większą odpowiedzialność tym obowiązek bezpiecznego wymiarowania i
starannego wykonywania inwestycji ndash zgodnie ze sztuką budowlaną wynikającą z najlepszej
dostępnej wiedzy technicznej (BAT ndash Best Available Techniques BMP ndash Best Menagment
Practices LID ndash Law Impact Development ZWT ndash Zasad Wiedzy Technicznej) Idea ta
znajduje zastosowanie w podręcznikach [1 2 3] w odniesieniu do nowych zasad i metod
KANALIZACJA I
8
wymiarowania systemoacutew odwodnień terenoacutew ndash w duchu zaleceń normy PN-EN 752
dostosowanej do postulatu Europejskiego Komitetu Normalizacji (CEN) - ujednolicenia
poziomu wymagań co do ochrony terenoacutew zurbanizowanych przed wylewami z systemoacutew
kanalizacyjnych w państwach UE Uwzględniono przy tym najnowsze branżowe wytyczne
Niemieckiego Stowarzyszenia Gospodarki Wodnej Ściekowej i Odpadowej wg ATV-A 110
DWA-A 117 i DWA-A 118 czy też zalecenia Krajowego Urzędu ds Środowiska Bawarii wg
Merkblatt Nr 433 i Merkblatt Nr 439
Na podstawie doniesień literaturowych odnośnie prognozowanego wzrostu
intensywności opadoacutew w perspektywie 2100 roku zaproponowano podjęcie już dzisiaj
odpowiednich działań zaradczych w tym zaprezentowano scenariusze opadoacutew do
modelowania przeciążeń kanałoacutew w przyszłości ndash stosowane już w wielu krajach
europejskich - dla zachowania obecnych standardoacutew odwodnień terenoacutew (tab 11divide13) także
w przyszłości
W II wydaniu podręcznika Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenoacutew
(z 2015 r) przedstawiono aktualne podstawy bezpiecznego projektowania grawitacyjnych
systemoacutew (tj sieci i obiektoacutew) kanalizacyjnych w Polsce
tom I dotyczy metod wymiarowania sieci kanalizacyjnych [2]
tom II ndash dotyczy obiektoacutew specjalnych takich jak przelewy burzowe separatory
strumieni objętości zbiorniki retencyjne regulatory hydrodynamiczne czy separatory
sedymentacyjno-flotacyjne [3]
W celu ułatwienia percepcji treści II wydania książki ndash w prezentowanych notatkach
do wykładoacutew zachowano oryginalną numerację rysunkoacutew tabel i wzoroacutew jak w [2 3]
(Wydaw Seidel-Przywecki Warszawa 2015) - dostępne na
wwwandrzejkotowskipl
II wydanie książki zawiera uaktualnienie i rozszerzenie treści - względem I wydania z
2011 r [1] min o
charakterystykę niekonwencjonalnych systemoacutew kanalizacyjnych
zagrożenia dla infrastruktury miast wywoływane zmianami klimatu w przyszłości
zasady kalibracji i walidacji modeli hydrodynamicznych zjawiska opad-odpływ
przykłady modelowania przeciążeń hydraulicznych w kanalizacji deszczowej
zasady projektowania i metody wymiarowania przepompowni sieciowych ściekoacutew
najnowsze wytyczne techniczne wymiarowania (WTW) systemoacutew kanalizacyjnych
bezpieczną metodę obliczania objętości użytkowej zbiornikoacutew retencyjnych ściekoacutew
Podręczniki [1 2 3] adresowane są do studentoacutew i pracownikoacutew naukowych wyższych
uczelni technicznych i rolniczych a także do projektantoacutew wykonawcoacutew i eksploatatoroacutew
systemoacutew usuwania ściekoacutew oraz zagospodarowania spływoacutew woacuted deszczowych miast i
gmin
2 OGOacuteLNA CHARAKTERYSTYKA SYSTEMOacuteW
KANALIZACYJNYCH
21 RYS HISTORYCZNY ROZWOJU KANALIZACJI
Bliski Wschoacuted Na najstarsze ślady starożytnych przewodoacutew wodnych natrafiono w
Syrii (dawniej Asyria) gdzie już ok 3500 lat pne w miejscowości Habuba Kabira nad
brzegiem Eufratu istniała rozwinięta cywilizacja Znaleziono tam ślady przewodoacutew o
przekroju kołowym z rur ceramicznych (łączonych na bdquobosy koniec-kielichrdquo) lub
prostokątnym układanych z kamieni i cegieł doprowadzających wodę pitną bądź
odprowadzających wody opadoweścieki (rys 21)
KANALIZACJA I
9
Rys 21 Historyczne sposoby budowy przewodoacutew i kanałoacutew wodnych
Historia budowy i rozwoju systemoacutew odwodnień terenoacutew (kanalizacji) sięga 3000 lat
przed narodzeniem Chrystusa Przykładowo w Babilonie stosowano już woacutewczas drenaże i
studnie chłonne do odprowadzania woacuted deszczowych z dachoacutew czy utwardzonych placoacutew i
ulic do gruntu
W Egipcie w grobowcu z ok 2700 r pne w miejscowości Saqquara przy ujściu Nilu
odkryto pierwszą bdquotoaletęrdquo ndash bdquoprzeznaczonąrdquo dla zmarłych Około roku 2500 r pne w
miastach Mezopotamii budowane były już pierwsze sieci kanałoacutew do odprowadzania ściekoacutew
z toalet domowych spłukiwanych wodą - do dołoacutew kloacznych Kanały były budowane z rur
miedzianych
Europa Początki rozwoju systemoacutew kanalizacyjnych w starożytnym Rzymie sięgają
VIII do VII wieku pne Około 610 roku pne zaczęto budować głoacutewny kanał ściekowy
zwany bdquoCloaca Maximardquo ktoacutery funkcjonuje do dzisiaj (wymiar odcinka końcowego 31541
m) Początkowo służył do odprowadzania woacuted deszczowych a poacuteźniej i ściekoacutew bytowych
Retencjonowano też wody deszczowe w zbiornikach zwanych cysternami Powstanie
nowoczesnych systemoacutew kanalizacyjnych w Europie - z oczyszczaniem ściekoacutew włącznie
wiązało się z tzw rewolucją przemysłową i burzliwym rozwojem miast w w XIX wieku
Wybuch epidemii cholery w 1831 r zdecydowanie przyspieszył ten proces
Polska Początki rozwoju kanalizacji na ziemiach polskich sięgają XIV wieku ndash
Gdańsk Krakoacutew Kamieniec Bolesławiec Reszel i inne Przykładowo na Dolnym Śląsku w
Bolesławcu od 1531 roku ścieki komunalne odprowadzane były nie do rzeki Boacutebr lecz na
łąki w celu ich rolniczego wykorzystania (naturalny nawoacutez) a jednocześnie
unieszkodliwiania (oczyszczania) System eksploatowany był do początku XX wieku W
Reszlu natomiast pozostają nadal w eksploatacji kanały bdquokrzyżackierdquo stanowiące istotny
element systemu kanalizacyjnego miasta Pierwsze bdquokompleksowerdquo systemy kanalizacyjne na
ziemiach polskich powstały w Gdańsku (1871) we Wrocławiu (1881-90) i w Warszawie
(1900 - inż Lindley) Zaczęto też wprowadzać coraz powszechniej w większych miastach
tzw klozety wodne - bdquoWCrdquo
Jak uczy historia cywilizacji powinniśmy dążyć wspoacutełcześnie do projektowania i
budowy systemoacutew kanalizacyjnych w taki sposoacuteb - stosując odpowiednie metody
obliczeniowe oraz materiały i technologie - aby mogły one sprawdzać się w działaniu za 100 i
więcej lat
22 RODZAJE I POCHODZENIE ŚCIEKOacuteW
Ścieki - definiowane jako wody zużyte odprowadzane przez kanalizację zbierane są z
gospodarstw domowych (budownictwo jedno- i wielorodzinne)
obiektoacutew użyteczności publicznej i zakładoacutew usługowych (biur urzędoacutew instytucji
szkoacuteł szpitali sklepoacutew myjni pralni basenoacutew kąpielowych itp)
zakładoacutew przemysłowych i rzemieślniczych
Ścieki powstają w wyniku wykorzystania wody wodociągowej lub z własnych ujęć na
cele
spłukiwania fekalioacutew - w ubikacjach (WC)
higieniczne - związane z myciem się kąpielami itp
KANALIZACJA I
10
gospodarcze - związane z praniem bielizny przygotowywaniem posiłkoacutew
utrzymaniem czystości pomieszczeń itp
technologiczno-produkcyjne - związane z przetwarzaniem surowcoacutew wytwarzaniem
żywności produkcją wyroboacutew itp
Ze względu na skład fizyko-chemiczny ścieki można podzielić na
ścieki bytowo-gospodarcze nazywane też bytowymi (a w żargonie inżynierskim
bdquosanitarnymirdquo) pochodzące z gospodarstw domowych zakładoacutew usługowych i
obiektoacutew użyteczności publicznej
ścieki przemysłowe zwane też poprodukcyjnymi pochodzące z zakładoacutew
przemysłowych i rzemieślniczych
Odrębne grupy stanowią
ścieki opadowe (deszczowe i roztopowe) pochodzące z opadoacutew deszczu bądźi
topnienia śniegu czy lodu - spłukujące zanieczyszczenia z uszczelnionych powierzchni
zlewni po okresach tzw suchej pogody (pogody bezopadowej bezdeszczowej)
ścieki ogoacutelnospławne (komunalne) będące najczęściej mieszaniną ściekoacutew bytowo-
gospodarczych przemysłowych woacuted podziemnych (infiltrujących do kanałoacutew przez
nieszczelności) oraz ściekoacutew opadowych
23 KLASYFIKACJA SYSTEMOacuteW USUWANIA ŚCIEKOacuteW
Kanalizacja to zespoacuteł urządzeń - czyli system (sieci i obiekty) do zbierania i
odprowadzania ściekoacutew i woacuted opadowych z terenoacutew zurbanizowanych i przemysłowych do
oczyszczalni gdzie następuje ich unieszkodliwienie Elementy składowe systemu
kanalizacyjnego jako całości to [1 2]
kanalizacja wewnętrzna (instalacje wewnętrzne) - w budynkach z przyborami
sanitarnymi (WC wanny umywalki natryski wpusty podłogowe itp)
kanalizacja zewnętrzna
sieć osiedlowa lub zakładowa (komunalna prywatna wspoacutelnotowa)
sieć zbiorcza miejska (komunalna)
specjalne obiekty sieciowe (pompowanie zbiorniki retencyjne przelewy burzowe
separatory syfony)
oczyszczalnie ściekoacutew
Kanalizację zewnętrzną można podzielić według następujących kryterioacutew
A Strumienia odprowadzanych ściekoacutew
pełna - wszystkie rodzaje ściekoacutew
częściowa - np tylko ścieki bytowo-gospodarcze
mieszana - fragmentami pełnaczęściowa
B Zasięgu terytorialnego
lokalna - osiedlowa zakładowa wspoacutelnotowa
miejska - całe miasto
grupowa - kilka miast wsi
C Konstrukcji kanałoacutew
kryta - podziemna
otwarta - powierzchniowa (rowy koryta)
mieszana
D Sposobu przepływu ściekoacutew
grawitacyjna
KANALIZACJA I
11
ciśnieniowa (pneumatyczna lub hydrauliczna)
podciśnieniowa (proacuteżniowa)
mieszana
E Rodzaju odprowadzanych ściekoacutew
bytowo-gospodarcza (ściekowa w żargonie bdquosanitarnardquo)
przemysłowa
deszczowa
ogoacutelnospławna (wszystkie rodzaje ściekoacutew)
F Funkcjonowania systemu
ogoacutelnospławna (jednoprzewodowa)
rozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa)
poacutełrozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa)
bezodpływowa (szamba i wozy asenizacyjne)
odciążona (szamba i sieć zbiorcza)
mieszana (fragmentami roacuteżna sieć)
Budowane obecnie systemy usuwania ściekoacutew można ogoacutelnie podzielić na
konwencjonalne - o grawitacyjnym przepływie ściekoacutew
niekonwencjonalne - o przepływie wymuszonym pod- bądź nadciśnieniem
mieszane - fragmentami konwencjonalne i niekonwencjonalne
Rys 22 Generalny podział systemoacutew kanalizacyjnych - ze względu na przepływ ściekoacutew
Rys 23 Szczegoacutełowy podział systemoacutew kanalizacyjnych - ze względu na warunki działania
Kanalizacja Konwencjonalna (tradycyjna)
Niekonwencjonalna
(specjalna)
Mieszana
oparta na grawitacyjnym przepływie
ściekoacutew - ze swobodną powierzchnią
przy ciśnieniu barometrycznym
oparta na wymuszonym przepływie
ściekoacutew - podciśnieniem bądź
nadciśnieniem
fragmentami kanalizacja
konwencjonalna i fragmentami niekonwencjonalna
Kanalizacja
konwencjonalna
Grawitacyjna Grawitacyjno-
pompowa
Kanalizacja niekonwencjonalna
Nadciśnieniowa (tłoczna)
Podciśnieniowa
(proacuteżniowa)
Pneuma-
tyczna Hydrauliczna
(pompowa)
Dwu
przewo-
dowa
Jedno
przewo-
dowa
KANALIZACJA I
12
24 KANALIZACJA KONWENCJONALNA
Kanalizacja grawitacyjna tj działająca pod wpływem siły ciążenia stosowana jest
powszechnie od zarania rozwoju inżynierii sanitarnej Grawitacyjne systemy usuwania
ściekoacutew stają się w chwili obecnej rozwiązaniem coraz bardziej kosztownym zwłaszcza w
płaskim terenie o rozległej i luźnej zabudowie rozwijających się wciąż aglomeracji miast
Wynika to min ze znacznych kosztoacutew budowy kanałoacutew - na głębokościach dochodzących
nawet do 6divide8 m Przykładowo dla minimalnego spadku dna kanału imin = 1permil wymagane
przegłębienie kanału wynosi 1 m na 1 km długości
Rys 24 Schemat (a) i profil (b) kanalizacji grawitacyjnej z pompownią pośrednią
(kanalizacja grawitacyjno-pompowa)
W dążeniu do zmniejszenia kosztoacutew budowy kanalizacji zaczęto już na przełomie XIX i
XX wieku stosować pośrednie pompownie ściekoacutew wyposażone początkowo w pompy
tłokowe z napędem parowym następnie gazowym (ok 1900 r) i elektrycznym (1920) ktoacutere
umożliwiły podniesienie dna kanału za pompownią do rzędnej wynikającej z możliwego -
minimalnego zagłębienia kanału (rys 24) Pośrednie pompownie ściekoacutew nie zmniejszają
jednak w zasadniczy sposoacuteb kosztoacutew budowy systemoacutew grawitacyjno-pompowych a to
głoacutewnie ze względu na fakt że same są drogie w budowie i eksploatacji Z tych też
względoacutew kanalizacja konwencjonalna należy do najdroższych elementoacutew infrastruktury
podziemnego uzbrojenia terenoacutew zurbanizowanych (miejsko-przemysłowych)
Na terenach wiejskich o luźnej zabudowie przy kryterium gęstości zaludnienia
mniejszej od 120 mieszkańcoacutew na km sieci przyjętym w Polsce (a w Europie lt 150
mieszkańcoacutew na km) stosowane są nadal bezodpływowe zbiorniki ściekoacutew (szamba)
oproacuteżniane wozami asenizacyjnymi bądź też budowane są oczyszczalnie bdquonaturalnerdquo - z
drenażem rozsączającym ścieki do gruntu Obecnie ciecz nadosadową z szamb proponuje się
odprowadzać tzw odciążoną - małośrednicową (do 100 mm) kanalizacją grawitacyjną do
lokalnych oczyszczalni ściekoacutew bądź też stosować kanalizację niekonwencjonalną
nadciśnieniową lub podciśnieniową [1 2] Układy takie wymagają jednak częstego płukania
kanałoacutew w tym wodą z hydrantoacutew pożarowych Ogoacutelnie są drogie w eksploatacji
25 KANALIZACJA NIEKONWENCJONALNA
Już na początku XX wieku w oparciu o nowe możliwości techniczne zaczęły pojawiać
się roacuteżnego rodzaju koncepcje konstruowania sieci kanalizacyjnych o przepływie
wymuszonym - w przewodach zamkniętych z wykorzystaniem nad- lub podciśnienia jako
KANALIZACJA I
13
czynnikoacutew do transportu ściekoacutew Praktycznie możliwość stosowania kanalizacji
ciśnieniowej (tzw tłocznej) bądź podciśnieniowej (tzw proacuteżniowej) zaistniała dopiero z
końcem lat sześćdziesiątych dzięki opracowaniu na zachodzie Europy i w USA konstrukcji
małych i niezawodnych urządzeń do usuwania ściekoacutew łącznie z zawartymi w nich ciałami
stałymi Urządzenia te instalowane na poszczegoacutelnych posesjach usuwają okresowo
zbierane w zbiornikach ścieki do przewodu kanalizacyjnego ułożonego na niewielkiej
głębokości Dostępność tych urządzeń powoduje że kanalizacja niekonwencjonalna staje się
coraz częściej rozwiązaniem alternatywnym do układoacutew konwencjonalnych (grawitacyjnych)
Zastosowanie kanalizacji niekonwencjonalnej uzasadnione jest zwłaszcza gdy
spadek terenu jest bliski zeru
występuje wysoki poziom woacuted podziemnych
są trudne warunki fundamentowe (np podłoże skaliste)
zabudowa ma charakter pasmowy o małej gęstości zaludnienia
odpływ ściekoacutew jest sezonowy (kempingi)
Kanalizacja niekonwencjonalna ma następujące zalety
lepiej spełnia warunki sanitarne i zasady ochrony środowiska bowiem ze względu na
wymaganą szczelność przewodoacutew kanalizacyjnych wykluczona jest zaroacutewno
eksfiltracja ściekoacutew do gruntu jak i infiltracja woacuted podziemnych do kanałoacutew co
prowadzi do zmniejszenia wymiaroacutew i kosztoacutew oczyszczalni ściekoacutew
możliwe jest płytkie układanie przewodoacutew ściekowych - bdquoroacutewnoleglerdquo do powierzchni
terenu (na głębokościach poroacutewnywalnych z przewodami wodociągowymi) co
przyczynia się do znacznego skroacutecenia czasu i kosztoacutew realizacji inwestycji (poprzez
zmniejszanie objętości roboacutet ziemnych eliminację odwodnienia wykopoacutew itp)
uzyskuje się dość istotne zmniejszenie średnic kanałoacutew (przewodoacutew ściekowych)
wskutek większych prędkości przepływu (pełnym przekrojem) co przyczynia się do
zmniejszenia kosztoacutew budowy sieci
łatwe jest rozwiązywanie kolizji z innymi instalacjami uzbrojenia podziemnego terenu
(analogicznie jak w przypadku sieci wodociągowej)
strumień ściekoacutew w stosunku do kanalizacji konwencjonalnej (grawitacyjnej)
zmniejsza się nawet o 50 wskutek min braku infiltracji woacuted podziemnych oraz
woacuted deszczowych z tzw dzikich (lub błędnych) podłączeń czy też dopływających
przez otwory wentylacyjne we włazach studzienek
Kanalizacja niekonwencjonalna ma roacutewnież wady w stosunku do tradycyjnego -
grawitacyjnego sposobu odprowadzania ściekoacutew mianowicie
większą zawodność działania ze względu na możliwość awarii elementoacutew
mechanicznych i elektrycznych w tym automatyki mogących prowadzić do skażenia
środowiska
konieczność ciągłego i niezawodnego dostarczania zmiennego w czasie strumienia
energii elektrycznej
konieczność dokonywania regularnych przeglądoacutew i konserwacji urządzeń przez
wykwalifikowanych pracownikoacutew - generalnie znacznie droższa w eksploatacji
Ponadto kanalizacja niekonwencjonalna ma jak dotychczas ograniczony zasięg
działania limitowany min
wysokością ciśnienia w sieci ndash w praktyce do 04 MPa w przypadku systemu
tłocznego co ogranicza jego zastosowanie do dzielnic mieszkaniowych czy zakładoacutew
wysokością podciśnienia w sieci ndash w praktyce do 006 MPa w przypadku systemu
proacuteżniowego co ogranicza jego zasięg działania do ok 2 km wokoacuteł centralnej stacji
proacuteżniowej (CSP) i liczbę mieszkańcoacutew objętych systemem do ok 1500 Mk
KANALIZACJA I
14
251 CHARAKTERYSTYKA KANALIZACJI CIŚNIENIOWEJ
Częściej stosowana jest obecnie kanalizacja nadciśnieniowa zwana potocznie
ciśnieniową składa się z
wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych (w budynkach)
urządzeń zbiornikowo-tłocznych typu pneumatycznego bądź hydraulicznego
(pompowego)
ciśnieniowych przyłączy domowych i przewodoacutew sieci zewnętrznych
pneumatycznych stacji do płukania bądź przewietrzania przewodoacutew (PSP)
oczyszczalni ściekoacutew
Rys 25 Schematy ideowe kanalizacji ciśnieniowej typu pompowego (po lewej) oraz typu
pneumatycznego (po prawej) a) sytuacja terenowa b) profil podłużny
Wewnętrzne instalacje kanalizacyjne budowane są analogicznie jak w kanalizacji
konwencjonalnej (grawitacyjnej) Elementem dodatkowym jest często osobny przewoacuted
wentylacyjny wyprowadzony ponad połać dachową służący do na- i odpowietrzania
urządzenia zbiornikowo-tłocznego
Urządzenia zbiornikowo-tłoczne pełnią funkcję miniaturowych pompowni ściekoacutew
co zgodnie z ideą kanalizacji ciśnieniowej umożliwia ich stosowanie nawet w najmniejszych
obiektach - budynkach jednorodzinnych Urządzenia te mogą być instalowane zaroacutewno w
piwnicach budynkoacutew jak i na zewnątrz bezpośrednio w gruncie z zachowaniem
odpowiedniego przykrycia gruntem (rys 25) Produkowane obecnie zblokowane urządzenia
zbiornikowo-tłoczne mają rozmaite rozwiązania konstrukcyjne spośroacuted ktoacuterych można
wyroacuteżnić 2 zasadnicze typy
pneumatyczne - oparte na zasadzie wytłaczania ściekoacutew sprężonym powietrzem z
ciśnieniowego zbiornika zamkniętego
hydrauliczne (pompowe) - wyposażone w pompę śrubową sprzęgniętą wspoacutelnym
wałem z rozdrabniarką umieszczone w zbiorniku - bezciśnieniowym
Niezależnie od konstrukcji urządzenia zbiornikowo - tłoczne umieszcza się poniżej
wylotu wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych dla umożliwienia ich grawitacyjnego
napełniania się Urządzenia te pracują okresowo a czynnikiem sterującym ich działanie jest
poziom ściekoacutew w zbiorniku wyroacutewnawczym W kanalizacji ciśnieniowej stosuje się też
pompownie ściekoacutew budowane według klasycznych schematoacutew - wyposażone w pompy
zatopione w ściekach o konstrukcji odpornej na zapychanie się (wirniki odpowiedniego
KANALIZACJA I
15
kształtu kraty bądź kosze na zanieczyszczenia na dopływie) bądź też wyposażone w
rozdrabniarki Ostatnio zaleca się do stosowania tzw tłocznie ściekoacutew tj pompownie
ściekoacutew zblokowane z urządzeniami do separacji ciał stałych (tzw pompownie sitowe)
Transport zanieczyszczeń grubo dyspersyjnych typu włoacuteknistego (np tekstylia
produkty stosowane do wyroboacutew środkoacutew higieny osobistej) stwarza problemy
eksploatacyjne ndash zapychanie się wirnikoacutew pomp prowadzące do awarii W tłoczniach
ściekoacutew bytowo-gospodarczych na dopływach do zbiornikoacutew retencyjnych pomp instaluje
się osadniki wyposażone w kraty i zawory zwrotne w celu niedopuszczania do pomp
zanieczyszczeń grubych Do zbiornikoacutew retencyjnych pomp dopływają tylko bdquopodczyszczone
ściekirdquo ktoacutere są następnie wytłaczane przez pompy a tłoczone ścieki przepływają przez
osadnik i płuczą go z zanieczyszczeń grubo dyspersyjnych (zwykle brak zagniwania ściekoacutew
w zbiorniku retencyjnym pompowni) Przykład tłoczni ściekoacutew podano na rysunku 251
Rys 251 Przykładowa tłocznia ściekoacutew (1 - pompa 2 ndash złącze 3 ndash prowadnice montażowe pompy
4 - krata 5 ndash dopływ ściekoacutew 6 - zawoacuter zwrotny kulowy 7 ndash osadnik 8 ndash kolano rewizyjne 9 ndash
przewoacuted tłoczny 10 ndash klapa zwrotna)
Studnie zbiorcze pompowni czy też tłoczni ściekoacutew powinny mieć odpowiednią
pojemność buforową na wypadek zaniku zasilania elektrycznego lub awarii pomp Wg ATV
A-116 pojemność ta wynosić powinna co najmniej 30 dm3 na mieszkańca i dobę
Sieć ciśnieniowych przewodoacutew kanalizacyjnych budowana jest z założenia jako
rozgałęźna Stosowane są roacutewnież układy z pozoru bdquoobwodowe - pierścieniowerdquo ktoacutere
umożliwiają jedynie okresową zmianę kierunku przepływu ściekoacutew co zwiększa
niezawodność systemu Zmiany kierunku przepływu ściekoacutew odbywają się okresowo
poprzez zamykanie i otwieranie odpowiednich zasuw działowych Tak więc z pozoru sieć
bdquopierścieniowardquo jest tutaj nadal siecią rozgałęźną ndash sterowaną (rys 25)
Pneumatyczne stacje płuczące (PSP) Doświadczenia wskazują na celowość
instalowania na końcoacutewkach sieci bądź w tzw węzłach newralgicznych urządzeń
płuczących ndash zwykle przedmuchujących sieć sprężonym powietrzem (kilka razy w ciągu
doby głoacutewnie w godzinach nocnych) Przedmuchiwanie ktoacutere trwa zwykle od 5 do 10 minut
poza tym że usuwa osady oraz skraca czas przebywania ściekoacutew w sieci natlenia je i usuwa
H2S i siarczki PSP wyposażone są w sprężarki (kompresory) ze zbiornikami powietrza
Lokalizuje się je pod ziemią bądź w budynkach wolnostojących
252 CHARAKTERYSTYKA KANALIZACJI PODCIŚNIENIOWEJ
Idee daleko posuniętej oszczędności zużycia wody a także minimalizacji kosztoacutew
oczyszczania ściekoacutew (np na statkach dalekomorskich) doprowadziły do powstania
kanalizacji podciśnieniowej - dwuprzewodowej Oddzielnym przewodem odprowadzane są
KANALIZACJA I
16
ścieki fekalne z WC oraz oddzielnym przewodem pozostałe ścieki - z wanien natryskoacutew
zlewozmywakoacutew itp Zasadą układu dwuprzewodowego jest podział ściekoacutew na silnie
zanieczyszczone ścieki fekalne (z ciałami stałymi) oraz mało stężone pozostałe ścieki i
oddzielne ich oczyszczanie odpowiednio do ich składu wydajnymi technologiami
Podstawową zaletą powyższego systemu jest więc oszczędność wody na spłukiwanie misek
ustępowych
W kanalizacji komunalnej stosowany jest jednoprzewodowy układ (rys 26)
Rys 26 Schemat kanalizacji podciśnieniowej osiedla mieszkaniowego (układ jednoprzewodowy)
Klasyczna miska ustępowa bdquozużywardquo od 5 do 10 litroacutew wody na jedno zadziałanie
zbiornika Miska ustępowa wyposażona w zawoacuter oproacuteżniający - sterowany podciśnieniem
zużywa tylko ok 15 litra wody (i do 100 litroacutew powietrza na zassanie zawartości miski)
Taki układ kanalizacji jest zwłaszcza celowy do zastosowania tam gdzie stosowany jest
podwoacutejny system wodociągowy rozprowadzający wodę o zroacuteżnicowanej jakości Np woda
powstała po uproszczonym oczyszczeniu ściekoacutew - poza fekalnymi używana jest ponownie
np do spłukiwania misek ustępowych
Kanalizację podciśnieniową zwaną potocznie proacuteżniową tworzą następujące elementy
1 Wewnętrzne instalacje kanalizacyjne (w budynkach obiektach)
2 Studzienki zbiorcze z zaworami oproacuteżniającymi
3 Podciśnieniowe przyłącza domowe i przewody sieci zewnętrznych
4 Centralna stacja proacuteżniowa (CSP)
5 Oczyszczalnia ściekoacutew
W kanalizacji podciśnieniowej ścieki są zasysane ze studzienek zbiorczych z zaworami
oproacuteżniającymi do zbiornikoacutew wodno-powietrznych znajdujących się w centralnej stacji
proacuteżniowej (CSP) skąd są następnie odprowadzane (najczęściej hydraulicznie ndash pompowo)
do oczyszczalni ściekoacutew (rys 261)
Rys 261 Schemat ideowy kanalizacji podciśnieniowej (jednoprzewodowej)
KANALIZACJA I
17
O wyborze systemu odprowadzania ściekoacutew powinna decydować każdorazowo analiza
techniczno - ekonomiczna opłacalności inwestycji tj łącznie kosztoacutew budowy i eksploatacji
systemu [1 2]
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania budowy i eksploatacji systemoacutew kanalizacji
niekonwencjonalnej podane zostaną na II stopniu studioacutew (dla specjalności ZWUŚ i ZO)
3 SYSTEMY KANALIZACJI GRAWITACYJNEJ
31 KANALIZACJA OGOacuteLNOSPŁAWNA
311 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI OGOacuteLNOSPŁAWNEJ
Historycznie pierwsze systemy kanalizacyjne były budowane jako ogoacutelnospławne
Obecnie istnieją w najstarszych fragmentach zabudowy miast Wspoacutełcześnie w wyniku
rozbudowy miast nowe fragmenty zabudowy kanalizowane są najczęściej w systemie
rozdzielczym głoacutewnie ze względu na możliwość osiągnięcia wyższej efektywności
oddzielnego oczyszczania ściekoacutew bytowych-gospodarczych przemysłowych i deszczowych
Istota kanalizacji ogoacutelnospławnej to
jednoprzewodowy transport wszystkich rodzajoacutew ściekoacutew do oczyszczalni
konieczność odciążania oczyszczalni ściekoacutew przez przelewy burzowe czy zbiorniki
retencyjne w okresie trwania opadoacutew (strumień ściekoacutew jest woacutewczas nawet kilkadziesiąt
razy większy niż w okresie tzw suchej pogody)
Poniżej podano schematy funkcjonalne grawitacyjnej kanalizacji ogoacutelnospławnej w
skali bdquomikrordquo - pojedynczych budynkoacutew oraz w skali bdquomakrordquo ndash miejscowości (rys 31 i 32)
Rys 31 Schemat funkcjonalny kanalizacji ogoacutelnospławnej - w skali bdquomikrordquo(A)
Pk ndash pion kanalizacyjny wu ndash wpust uliczny R ndash rynna st - studzienka kanalizacyjna
Rys 32 Schemat funkcjonalny kanalizacji ogoacutelnospławnej - w skali bdquomakrordquo
Pb - przelew burzowy zbr - zbiornik retencyjny OŚ- oczyszczalnia ściekoacutew
KANALIZACJA I
18
312 ODCIĄŻENIE HYDRAULICZNE KANALIZACJI OGOacuteLNOSPŁAWNEJ
Do odciążenia hydraulicznego sieci w systemie kanalizacji ogoacutelnospławnej - podczas
trwania intensywnych opadoacutew deszczu stosowane są przelewy burzowe i zbiorniki
retencyjne Schematy ideowe zabudowy takich obiektoacutew przedstawiono na rysunku 33
Przelewy burzowe
Zbiorniki retencyjne
na boczniku
na kolektorze
odpływ awaryjny
Rys 33 Schematy ideowe sposoboacutew odciążeń kanalizacji ogoacutelnospławnej (oraz deszczowej)
Przelewy burzowe na kanalizacji ogoacutelnospławnej budowane są głoacutewnie w celu
zabezpieczenia oczyszczalni ściekoacutew przed przeciążeniem hydraulicznym i spadkiem
sprawności jej działania zwłaszcza części biologicznej i chemicznej podczas pogody
deszczowej
zmniejszenia wymiaroacutew kolektora - za przelewem
Zadaniem hydraulicznym przelewu burzowego jest podział strumienia dopływu Qd
ściekoacutew do obiektu na dwa strumienie
Qo - odpływu do oczyszczalni ściekoacutew (Qo = Qd ndash Qb)
Qb - odpływu kanałem burzowym do odbiornika (Qb = Qd ndash Qo)
w ściśle określonych proporcjach
Wg RMŚ z 2014 r limitowana jest wartość średniej rocznej liczby zadziałań przelewoacutew
burzowych w roku czyli zrzutoacutew ściekoacutew z przelewu do odbiornika ndash dla miast o
roacutewnoważnej liczbie mieszkańcoacutew RLM gt 100 000 [1 2 3] Mianowicie w komunalnej
kanalizacji ogoacutelnospławnej ścieki z przelewoacutew burzowych mogą być odprowadzane do
śroacutedlądowych woacuted powierzchniowych płynących lub przybrzeżnych o ile średnia roczna
liczba zrzutoacutew burzowych z przelewoacutew nie przekracza 10 W aglomeracjach miejskich o
RLM lt 100 000 dopuszcza się zrzuty burzowe gdy w chwili rozpoczęcia działania przelewu
strumień objętości zmieszanych ściekoacutew jest co najmniej czterokrotnie większy od
średniego dobowego strumienia ściekoacutew w okresie pogody bezopadowej (Qśc(pb)) Przelewy
burzowe należy więc projektować na strumień graniczny - odpływu do oczyszczalni [3]
)( ) 1( bpścrpgro QnQQ (31)
gdzie
nrp - początkowe rozcieńczenie ściekoacutew nrp ge 3
KANALIZACJA I
19
Najczęściej stosowane są dwa rodzaje przelewoacutew burzowych
z jednostronną boczną krawędzią przelewową
z dwustronnymi bocznymi krawędziami przelewowymi
Każdy rodzaj przelewu może działać z dławionym (za pomocą rury dławiącej zastawki
czy regulatora wirowego) bądź niedławionym odpływem ściekoacutew (Qo) w kierunku
oczyszczalni Schematy urządzeń do odciążania hydraulicznego kanalizacji ogoacutelnospławnej
za pomocą przelewoacutew burzowych podano na rysunkach 34 35 i 36
Przelew boczny jednostronny
Rys 34 Schemat i przekroacutej poprzeczny jednostronnego bocznego przelewu burzowego
(z niedławionym bądź dławionym strumieniem odpływu Qo do oczyszczalni Qd ndash strumień
dopływu do przelewu Q = Qb - strumień zrzutu burzowego do odbiornika)
Przelew boczny dwustronny
Rys 35 Schemat i przekroacutej poprzeczny dwustronnego bocznego przelewu burzowego
z niedławionym bądź dławionym strumieniem odpływu Qo do oczyszczalni Qd - strumień
dopływu do przelewu Q = Qb - strumień zrzutu burzowego do odbiornika)
Rys 36 Przekroacutej podłużny bocznego przelewu burzowego z rurą dławiącą
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania i wymiarowania przelewoacutew burzowych na
kanalizacji ogoacutelnospławnej - z przykładami obliczeniowymi podane są w II tomie
podręcznika [3] (- w zakresie II stopnia studioacutew - magisterskich)
Zbiorniki retencyjne pełnią podobną funkcję hydrauliczną jak przelewy burzowe
Głoacutewnym parametrem eksploatacyjnym każdego zbiornika retencyjnego jest wspoacutełczynnik
redukcji strumieni ściekoacutew β [1 2 3]
= QoQd (32)
gdzie
Qo - strumień objętości (natężenie przepływu) ściekoacutew odpływających ze zbiornika
Qd - strumień objętości ściekoacutew dopływających do zbiornika
KANALIZACJA I
20
Zbiorniki retencyjne buduje się je najczęściej na kanalizacji ogoacutelnospławnej i
deszczowej do przetrzymywania - retencjonowania ściekoacutew jako (rys 37)
otwarte - terenowe (w zagłębieniach naturalnych lub sztucznych) bądź jako
kryte - podziemne (tradycyjnie żelbetowe lub obecnie też z tworzyw sztucznych w
tym tzw bdquorurowerdquo zbudowane z odcinkoacutew rurociągoacutewkanałoacutew o dużych średnicach
oraz bdquoskrzynkowerdquo otoczone geowłoacutekniną)
A) B)
Rys 37 Rodzaje kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych
A) zbiornik terenowy (otwarty) B) zbiornik podziemny (kryty)
Schematy przykładowych konstrukcji zbiornikoacutew retencyjnych do odciążania
hydraulicznego kanalizacji ogoacutelnospławnej podano na rysunkach 38 i 39
Rys 38 Schemat zbiornika krytego na boczniku
(widok z goacutery i przekroacutej podłużny)
Na kanalizacji ogoacutelnospławnej nie dopuszcza się zasadniczo do podtopienia kanału
dopływowego przed przelewem min ze względu na możliwość odkładania się osadoacutew Stąd
konieczność stosowania wewnątrz krytych zbiornikoacutew przelewoacutew do awaryjnego zrzutu
ściekoacutew (rys 38)
Rys 39 Schemat zbiornika otwartego na kolektorze
(przekroacutej podłużny i widok z goacutery)
KANALIZACJA I
21
Podczas pogody bezdeszczowej ścieki bytowo-gospodarcze nie wpływają do otwartej
komory retencyjnej zbiornika przedstawionego na rysunku 39 a przepływają kanałami pod
dnem zbiornika Ze względoacutew sanitarnych powierzchnie skarp i dna zbiornika powinny być
uszczelnione Zbiornik powinien być też ogrodzony i oznaczony tablicami ostrzegawczymi
W celu ochrony zwłaszcza małych odbiornikoacutew ściekoacutew stosuje się lokalne
retencjonowanie i podczyszczanie ściekoacutew pochodzących ze zrzutoacutew burzowych o wielkości
strumienia Q gt 10 SNQ - średniego niskiego przepływu wody w odbiorniku (rys 310)
Rys 310 Schematy ideowe sposoboacutew ograniczenia ładunku zanieczyszczeń odprowadzanych do
odbiornikoacutew z przelewoacutew na kanalizacji ogoacutelnosławnej (pb ndash przelew burzowy)
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania i wymiarowania zbiornikoacutew retencyjnych - z
przykładami obliczeniowymi podane są w II tomie podręcznika [3]
313 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
OGOacuteLNOSPŁAWNEJ W POLSCE
W Polsce stosowane były niewłaściwe - w świetle wspoacutełczesnej wiedzy (rozdz 5divide8
podręcznika [2]) - opracowane w latach pięćdziesiątych XX wieku metody wymiarowania
kanalizacji ogoacutelnospławnej Podczas tzw suchej pogody kanałami ogoacutelnospławnymi płyną
ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe oraz wody przypadkowe w tym infiltracyjne
Podczas pogody deszczowej - dodatkowo wodyścieki deszczowe Wymiary (średnice)
kanałoacutew dobierane były błędnie - do całkowitego wypełnienia przekroju na strumień
objętości (Q)
Q = Qh max śc + Qm (33)
gdzie
Qh max śc - maksymalny godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysło-
wych
Qm - miarodajny strumień ściekoacutew deszczowych - z wzoru Błaszczyka wg metody
granicznych natężeń (MGN) bądź metody stałych natężeń (MSN)
Stosowany w obu metodach obliczeniowych (MGN i MSN) wzoacuter Błaszczyka oparty
na opadach z przełomu XIX i XX wieku zaniża obecne natężenia deszczy we Wrocławiu o
rząd 40 [1 2] Ponadto założenia wyjściowe MGN - najczęściej dotychczas stosowanej w
Polsce prowadzą do dalszej redukcji strumienia spływu woacuted opadowych (Qm) w stosunku do
innych metod czasu przepływu stosowanych przykładowo w Niemczech w podobnych
warunkach hydrologicznych W rezultacie zaniżenie wartości bilansowanych strumieni woacuted
opadowych (Qm) sięgać może nawet 100 (rozdz 85 podręcznika [2]) Tak zwymiarowane
systemy kanalizacyjne podatne są na częste wylania ktoacutere jeszcze w większym stopniu
wystąpią w przyszłości wskutek zmian klimatu (rozdz 4 [2])
UWAGA Podstawą bezpiecznego wymiarowania nowych bądź modernizowanych systemoacutew
kanalizacji ogoacutelnospławnej jest właściwy bilans strumieni ściekoacutew (rozdz 5 [2]) oraz woacuted
opadowych (rozdz 6 7 i 8 [2]) ndash zapewniający osiągnięcie wspoacutełcześnie wymaganego
standardu odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych (rozdz 1 w II tomie [3])
KANALIZACJA I
22
32 KANALIZACJA ROZDZIELCZA
321 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI ROZDZIELCZEJ
System kanalizacji rozdzielczej ze swej istoty jest dwu- lub więcej przewodowy W
miastach na ogoacuteł dwuprzewodowy złożony z
kanałoacutew ściekowych - odprowadzających ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe
do miejskiej oczyszczalni
kanałoacutew deszczowych - ze zrzutem ściekoacutew do odbiornika (po podczyszczeniu)
W zakładach przemysłowych system ten jest na ogoacuteł troacutejprzewodowy występują
kanały ściekowe (na ścieki bytowe pracownikoacutew)
kanały deszczowe
kanały ściekoacutew przemysłowych (technologicznych) - ze zrzutem ściekoacutew (po
podczyszczeniu na terenie zakładu) do miejskiej kanalizacji ściekowej
Schematy funkcjonalne kanalizacji rozdzielczej przedstawiono w skali bdquomikrordquo ndash na
rys 311 oraz w skali bdquomakrordquo ndash całej miejscowości na rys 312
Rys 311 Schemat funkcjonalny kanalizacji rozdzielczej - w skali bdquomikrordquo
(Pk ndash pion kanalizacyjny wu ndash wpust uliczny R ndash rynna)
Rys 312 Schemat funkcjonalny kanalizacji rozdzielczej - w skali bdquomakrordquo
(zbr- zbiornik retencyjny OŚ- oczyszczalnia ściekoacutew)
W przypadku gdy odbiornik charakteryzuje się małym - średnim niskim przepływem
(SNQ) bądź jest szczegoacutelnie chroniony nie należy w trakcie trwania opadu zrzucać dużych
objętości ściekoacutew deszczowych Należy więc budować zbiorniki retencyjne z dławionym
odpływem - sterowanym np regulatorami hydrodynamicznymi (omoacutewione w rozdz 4 i 5 -
w II tomie podręcznika [3]) Na wylotach kanałoacutew deszczowych do odbiornikoacutew a najlepiej
w miejscu powstawania zanieczyszczeń wymagane jest obecnie stosowanie podczyszczalni
KANALIZACJA I
23
mechanicznych ściekoacutew opadowych ndash w postaci separatoroacutew sedymentacyjno-flotacyjnych
(omoacutewionych w rozdz 6 - w II tomie podręcznika [3])
UWAGA Zasady wymiarowania i doboru regulatoroacutew hydrodynamicznych oraz osadnikoacutew-
piaskownikoacutew i flotatoroacutew substancji ropopochodnych zostaną podane na II stopniu studioacutew
322 ODCIĄŻENIE HYDRAULICZNE KANALIZACJI DESZCZOWEJ
Do odciążenia hydraulicznego sieci deszczowej w systemie kanalizacji rozdzielczej
podczas trwania intensywnych opadoacutew deszczu stosowane są najczęściej zbiorniki
retencyjne z dławionym odpływem Zbiorniki te stanowią ważny element zaroacutewno
modernizowanych jak i nowoprojektowanych sieci kanalizacyjnych pełniąc rolę
regulacyjno-redukcyjną strumieni ściekoacutew Schematy ideowe zabudowy takich obiektoacutew
specjalnych podano już na rys 33 Na rys 312a przedstawiono dwa warianty rozbudowy
kanalizacji deszczowej związane z podłączeniem nowej zlewni deszczowej do istniejącego
kolektora o ograniczonej przepustowości (Qmax = 1000 dm3s) z zastosowaniem zbiornikoacutew
retencyjnych
a) na istniejącym kolektorze (po lewej) - znaczne koszty i utrudnienia podczas budowy
b) na bocznym kanale odpływowym z nowej zlewni (po prawej) ndash lepszy wariant
Nowa zlewnia F
Kolektor o
Qmax = 1000 ls
Regulator
QR = 1000 ls
Q3 = 1350 ls
Q2 = 600 lsZbiornik retencyjny V1
Q1 = 750 ls
Kolektor o
Qmax = 1000 ls
Q4 = 1000 ls
Q1 = 750 ls
Nowa zlewnia F
Zbiornik retencyjny V2
Regulator QR = 250 ls
Q2 = 600 ls
Q3 = 250 ls
Rys 312a Przyłączanie nowej zlewni (F) do kolektora o ograniczonej przepustowości (Qmax = 1000
dm3s) poprzez zbiornik retencyjny a) na istniejącym kolektorze (V1) b) na nowym kanale (V2)
Głoacutewnie ze względu na zasadę działania grawitacyjne zbiorniki retencyjne ściekoacutew
deszczowych podzielić można na dwie grupy a mianowicie
przepływowe - klasyczne (najczęściej jednokomorowe)
przelewowe - nowej generacji (dwu- lub więcej komorowe)
Zaroacutewno konstrukcje przepływowe jak i przelewowe mają swoje zalety i wady
Klasyczne już przepływowe zbiorniki retencyjne budowane są z reguły jako ziemne -
odkryte natomiast przelewowe (wielokomorowe) zbiorniki retencyjne nowej generacji są z
reguły żelbetowe - podziemne Ma to niewątpliwie wpływ na koszty ich budowy O wyborze
danej konstrukcji zbiornika decydować powinna analiza techniczno-ekonomiczna wariantoacutew
rozwiązań technicznych przy uwzględnieniu miejscowych uwarunkowań terenowych
Zbiornik przepływowy
max
dopływ
odpływ
dławiony
Qd
Qo
komora
retencyjna
Vu
min
Rys 312b Schemat działania jednokomorowego przepływowego zbiornika retencyjnego
KANALIZACJA I
24
Zbiornik przepływowy - klasyczny ma następujące wady
znaczna objętość użytkowa (Vu) komory retencyjnej (KR)
zmienny w czasie odpływ ze zbiornika (Qo) zależny od stopnia jego wypełnienia
odkładanie się zanieczyszczeń wleczonych na dnie zbiornika
znaczne koszty eksploatacji obiektu (płukanie po każdym opadzie)
Zbiornik przelewowy
Nowoczesne wielokomorowe przelewowe zbiorniki retencyjne (rys 33d) wyposażone
są w komorę przepływową (KP) z dławionym odpływem oddzieloną od komory retencyjnej
(KR) pionową przegrodą - z bocznym przelewem w części goacuternej i zaworem klapowym
(spustowym) przy dnie zbiornika
przegroda stała
rura wentylacyjna
kanał doprowadzający
komora akumulacyjna rura dławiąca
komora
przepływowa
zawoacuter klapowy
Rys 312d Schemat ideowy dwukomorowego zbiornika przelewowego
Zbiornik przelewowy cechuje się przede wszystkim mniejszą objętością użytkową (V1)
komory retencyjnej (KR) w poroacutewnaniu do zbiornika przepływowego ndash nawet o rząd 30
max Qd
Qo
komora
retencyjna
dopływ
odpływ
dławiony
komora
przepływowa
otwoacuter
klapowy
krawędź
przelewowa
V1
V3
Rys 312e Schemat działania dwukomorowego przelewowego zbiornika retencyjnego (Vu = V1 + V3)
V1 - objętość komory retencyjnej (KR) V3 - objętość komory przepływowej (KP)
Graficzne poroacutewnanie objętości na akumulację ściekoacutew w zbiornikach przepływowym
(tradycyjnym) i przelewowym - dwukomorowym podano na rysunku 312f
Rys 312f Przebieg akumulacji ściekoacutew deszczowych w zbiornikach retencyjnych
1 - modelowy hydrogram przepływu w kanale dopływowym - przed zbiornikiem
2 - hydrogram przepływu w kanale odpływowym - po zbiorniku przelewowym (V1+V3)
3 - hydrogram przepływu w kanale odpływowym - po zbiorniku przepływowym (V1+V2+V3)
KANALIZACJA I
25
Z analizy przebiegu retencji wynika iż objętość użytkowa (Vu) zbiornika
przepływowego składa się z trzech objętości cząstkowych Vu = V1 + V2 + V3 a zbiornika
przelewowego tylko z dwoacutech Vu = V1 + V3
323 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
ROZDZIELCZEJ W POLSCE
W Polsce stosowano (od lat pięćdziesiątych XX wieku) niewłaściwe obecnie - w
świetle wspoacutełczesnej wiedzy (rozdz 4divide8 podręcznika [2]) zasady i metody wymiarowania
grawitacyjnej kanalizacji rozdzielczej w odniesieniu zaroacutewno do kanałoacutew ściekowych a
zwłaszcza do kanałoacutew deszczowych wraz z obiektami specjalnymi
Sieć deszczowa działa okresowo - w czasie tzw mokrej pogody Podczas suchej pogody
płyną tylko wody przypadkowe w tym infiltracyjne
Kanały ściekowe (w żargonie bdquosanitarne) wymiarowane były na strumień
Q = 2Qh max śc (34)
Średnice kanałoacutew ściekowych dobierane były w uproszczeniu - na
podwojony maksymalny godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-
gospodarczych i przemysłowych tj przy uwzględnieniu woacuted
przypadkowych w tym infiltracyjnych w wysokości Qh max śc jako
mieszczących się w 100 rezerwie przepustowości dobranej
średnicy kanału
Kanały deszczowe
Q = Qm (35)
Wymiary kanałoacutew deszczowych dobierane były niewłaściwie - do
całkowitego wypełnienia przekroju Nie uwzględniano więc żadnej
rezerwy - na przyszłościowy rozwoacutej związanej ze zwiększaniem się
stopnia uszczelnienia powierzchni zlewni czy też wynikającej ze
zmian klimatycznych Miarodajny do wymiarowania kanałoacutew
deszczowych strumień ściekoacutew (Qm) obliczany był dwoma
metodami MGN lub MSN ndash obie z niewłaściwym obecnie wzorem
Błaszczyka na natężenie deszczy dla zakładanych częstości
występowania opadoacutew o wydłużonym czasie trwania (o
koncentrację terenową i retencję kanałową)
Ponadto przy wymiarowaniu kanałoacutew deszczowych w Polsce dopuszczano możliwość
częstszych ich przepełnień a więc i wylewoacutew z sieci w stosunku do kanałoacutew
ogoacutelnospławnych Przykładowo kolektory deszczowe w terenach płaskich wymiarowane
były na częstość występowania opadoacutew C = 2 lata a kanały boczne tylko na C = 1 rok (W
kanalizacji ogoacutelnospławnej przyjmowano odpowiednio C = 5 i C = 2 lata) Wspoacutełczynnik
spływu powierzchniowego woacuted deszczowych uzależniano wyłącznie od stopnia uszczelnienia
terenu tj z pominięciem jego spadkoacutew oraz natężeń opadoacutew projektowych
W celu zapewnienia odpowiedniego standardu odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych
w Polsce (- zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 752) oraz podniesienia niezawodności
działania kanalizacji rozdzielczej (ściekowej i deszczowej) w rozdz 5 podręcznika [2]
przedstawiono nowe zasady bilansowania strumieni ściekoacutew i woacuted przypadkowych a w
rozdz 8 zaproponowano modyfikację metody granicznych natężeń (MGN) do postaci tzw
metody maksymalnych natężeń (MMN) w tym zastąpienie wzoru Błaszczyka
wspoacutełczesnymi modelami opadoacutew maksymalnych W tomie II w rozdz 1 [3] przedstawiono
nowe zalecenia w formie wytycznych technicznych wymiarowania (WTW) sieci
odwodnieniowych i obiektoacutew specjalnych w Polsce Omoacutewiono także wymagania odnośnie
KANALIZACJA I
26
zachowania wspoacutełczesnych standardoacutew odwodnień terenoacutew także w przyszłości jako
przeciwdziałanie skutkom prognozowanych zmian klimatu w perspektywie 2100 roku
33 KANALIZACJA POacuteŁROZDZIELCZA
331 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI POacuteŁROZDZIELCZEJ
System kanalizacji poacutełrozdzielczej stosowany zwłaszcza przy modernizacjach
istniejących systemoacutew rozdzielczych czy przebudowywanych ogoacutelnospławnych jest
najczęściej dwuprzewodowy Zawiera kanały deszczowe i kanały ściekowe (bytowo-
gospodarcze i przemysłowe) połączone tzw separatorami tj obiektami specjalnymi na
kanałach deszczowych do kierowania tzw pierwszej fali odpływu - zawierającej
zanieczyszczenia spłukiwane ze zlewni oraz osady wypłukiwane z kanałoacutew deszczowych (po
okresie suchej pogody) do kanałoacutew ściekowych i do oczyszczalni ściekoacutew (rys 313)
Następna (II) fala deszczu przy wzroście strumienia Q - jako mniej zanieczyszczona
odpływa już kanałami deszczowymi do odbiornika
Rys 313 Schemat funkcjonalny kanalizacji poacutełrozdzielczej w skali bdquomakrordquo
(s ndash separator zbr ndash zbiornik retencyjny OŚ ndash oczyszczalnia ściekoacutew)
Z doświadczeń eksploatacyjnych wynika że celowe jest stosowanie separatoroacutew o
działaniu ciągłym tzn w całym okresie trwania odpływu deszczowego takich jak np
przelewy boczne z dławionym odpływem czy też upusty denne z progiem piętrzącym a
technologicznie niewłaściwe jest stosowanie separatoroacutew o działaniu okresowym - jedynie
dla pierwszej fali odpływu jak np separatory kaskadowe czy rynnowe [1 2 3]
Rys 314 Schemat separatora kaskadowego - o działaniu okresowym (dla I fali deszczu)
Rys 315 Schemat separatora rynnowego - o działaniu okresowym (dla I fali deszczu)
KANALIZACJA I
27
Rys 316 Schemat separatora w postaci przelewu bocznego z rurą dławiącą - o działaniu ciągłym
Kanalizacja poacutełrozdzielcza zapewnia dobrą ochronę odbiornika ściekoacutew ndash środowiska
bowiem najbardziej zanieczyszczone ścieki opadowe (zwłaszcza tzw I fali) kierowane są
poprzez separatory na oczyszczalnię miejską pracującą pod stałym nadzorem
332 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
POacuteŁROZDZIELCZEJ W POLSCE
Dotychczas stosowane zasady wymiarowania kanalizacji poacutełrozdzielczej są obecnie
niewłaściwe zaroacutewno w odniesieniu do kanałoacutew ściekowych jak i kanałoacutew deszczowych za
separatorami Kanały ściekowe - za separatorami były wymiarowane na maksymalny
godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych (Qh max śc) plus
strumień ściekoacutew deszczowych tzw I-szej fali (QmI) - zależnej od natężenia granicznego
deszczu płuczącego qs przyjmowanego w zakresie qs [6 15] dm3s ha stąd
Q = Qh max śc + Qm I (36)
Obecnie wg RMŚ qs ge 15 dm3s ha ndash dla zanieczyszczonej zlewni [1 2] Kanały
deszczowe wymiarowane były na zaniżony strumień Qm - obliczany z zastosowaniem
niewłaściwego obecnie wzoru Błaszczyka
Q = Qm (37)
Nowe zasady ndash bezpiecznego projektowania i wymiarowania hydraulicznego kanalizacji
poacutełrozdzielczej z separatorami strumieni objętości ściekoacutew deszczowych podano w II tomie
książki [3] (w rozdz 1 i 3)
34 ZALETY I WADY SYSTEMOacuteW KANALIZACYJNYCH
341 CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA WYBOacuteR SYSTEMU
System kanalizacji ogoacutelnospławnej
Zalety Wady
1 Kroacutetsza łączna sieć kanałoacutew 1 Małe prędkości przepływu ściekoacutew przy
suchej pogodzie (odkładanie się osadoacutew)
2 Prostszy układ sieci ndash mniejsza możliwość
kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym
2 Nieroacutewnomierna praca miejskiej
oczyszczalni ściekoacutew
3 Sieć zajmuje mniej miejsca (np pod
jezdnią)
3 Duże średnice i zagłębienia kanałoacutew
(kolizje z innym uzbrojeniem)
4 Mniejsze koszty przyłączy posesji (jeden
przykanalik)
4 Konieczność budowy przelewoacutew
burzowych zbiornikoacutew retencyjnych
5 Mniejsze koszty budowy i eksploatacji 5 Niebezpieczne dla środowiska skutki
przepełnień kanałoacutew ndash wylewoacutew
6 Brak błędnych przyłączy (jedna sieć) 6 Gnilne zapachy ze studzienek i
wpustoacutew
KANALIZACJA I
28
System kanalizacji rozdzielczej
Zalety Wady
1 Efektywniejszy proces oddzielnego
oczyszczania ściekoacutew
1 Praktycznie podwoacutejna sieć
2 Bardziej roacutewnomierna praca oczyszczalni
ściekoacutew
2 Skomplikowany układ sieci (kolizje
kanałoacutew ściekowych z deszczowymi)
3 Mniejsze średnice kanałoacutew ściekowych
(większe prędkości przepływu)
3 Podwoacutejny pas zabudowy terenu
4 Mniejsze zagrożenie środowiskowe
wylewoacutew z kanałoacutew deszczowych
4 Większe koszty przyłączy
5 Możliwość etapowania budowy kanalizacji
(np najpierw ściekowa poacuteźniej deszczowa)
5 Występowanie błędnych podłączeń
(np kanałoacutew ściekowych do kanałoacutew
deszczowych lub odwrotnie)
6 Możliwość przebudowy na kanalizację
poacutełrozdzielną ndash dobudowa separatoroacutew
6 Najczęściej większe koszty budowy
i eksploatacji
Na wyboacuter systemu kanalizacyjnego wpływ mają następujące czynniki [1 2]
Istniejąca sieć hydrograficzna (rzeki potoki kanały otwarte) rozwinięta - sprzyja
wyborowi kanalizacji rozdzielczej
Wielkość odbiornikoacutew ściekoacutew i ich zdolność do samooczyszczania się duże rzeki
sprzyjają kanalizacji ogoacutelnospławnej
Ilość i rodzaj ściekoacutew ndash zwłaszcza przemysłowych (podczyszczonych na terenie
zakładu) ndash czy mogą być odprowadzane przez przelewy najczęściej nie ndash sprzyja
kanalizacji rozdzielczej
Gęstość zabudowy terenu zwarta zabudowa sprzyja kanalizacji ogoacutelnospływowej
Możliwości finansowe w przypadku konieczności etapowania inwestycji ndash sprzyja
kanalizacji rozdzielczej
Czynniki przemawiające za wyborem kanalizacji ogoacutelnospławnej
Brak rozwiniętej sieci hydrograficznej do odprowadzania woacuted deszczowych
Odbiornik gwarantuje samooczyszczanie się ndash możliwe zrzuty ściekoacutew z przelewoacutew
Gęsta zabudowa - znaczne uszczelnienie terenu
Analiza ekonomiczna innego wariantu (kosztoacutew budowy i eksploatacji) systemu
wskazuje na większe koszty
Czynniki przemawiające za wyborem systemu rozdzielczego bądź poacutełrozdzielczego
Rozwinięta sieć hydrograficzna ndash kroacutetkie kanały deszczowe
Brak możliwości zrzutu z przelewoacutew ściekoacutew mieszanych ndash małe odbiorniki
Luźna zabudowa - mniejsze uszczelnienie terenu mniejszy odpływ woacuted deszczowych
Większa pewność poprawnego działania z punktu widzenia ochrony środowiska (w
poroacutewnaniu do systemu ogoacutelnospławnego)
Możliwość etapowania inwestycji - z braku środkoacutew finansowych (najczęściej
większe koszty budowy i eksploatacji w poroacutewnaniu do systemu ogoacutelnospławnego)
KANALIZACJA I
29
342 ETAPOWANIE BUDOWY KANALIZACJI
System rozdzielczy częściowy - w I etapie budowa kanalizacji ściekowej Sprzyjają
temu następujące czynniki
Dostarczanie wody z sieci wodociągowej co przyczynia się do większego jej zużycia
przez odbiorcoacutew i konieczność odprowadzania większego strumienia ściekoacutew bytowo-
gospodarczych w poroacutewnaniu do braku wodociągu
Niski poziom woacuted podziemnych grunt przepuszczalny i duże spadki powierzchni terenu
Luźna zabudowa małe uszczelnienie powierzchni terenu i duża infiltracja opadoacutew do woacuted
podziemnych
System rozdzielczy częściowy - w I etapie budowa kanalizacji deszczowej gdy
Mniejsze wskaźniki odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych (np brak wodociągu)
Wysoki poziom woacuted podziemnych grunt słabo przepuszczalny i małe spadki
powierzchni
Brak naturalnych odbiornikoacutew woacuted deszczowych
Etapowanie budowy kanalizacji stosuje się obecnie rzadko głoacutewnie na terenach
pozamiejskich (wiejskich) Etap II realizowany jest najczęściej po okresie 10divide20 lat
W Europie odchodzi się obecnie od idei pełnego odwodnienia terenoacutew
zurbanizowanych tj odprowadzania do kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej
wszystkich woacuted opadowych Prawidłowa gospodarka wodna w zlewniach rzek powinna
polegać na pozostawianiu na miejscu (w zlewni) jak największej objętości bdquoczystychrdquo woacuted
deszczowych aby zapobiec trwałemu obniżaniu się poziomoacutew woacuted podziemnych Przyczynia
się to też do lepszej ochrony przeciwpowodziowej miast - mniejsze maksymalne stany i
przepływy wody w rzekach [1 2 3]
4 KWANTYFIKACJA ZMIAN KLIMATU DO WYMIAROWANIA
ODWODNIEŃ TERENOacuteW
41 ZAGROŻENIA WYNIKAJĄCE ZE ZMIAN KLIMATU
W Polsce podobnie jak w innych krajach Europy i świata obserwowane są zmiany
klimatu przejawiające się głoacutewnie wzrostami
średniej rocznej temperatury powietrza
intensywności opadoacutew atmosferycznych
częstości występowania zdarzeń ekstremalnych (susze powodzie huragany trąby
powietrzne itp)
Wzrost średniej rocznej temperatury powietrza odnotowywany jest we wszystkich
regionach kraju Według raportu Międzyrządowego Zespołu ds Zmian Klimatu -
IPCC2007 tylko w okresie 1960-2005 (46 lat) nastąpił wzrost średniej rocznej temperatury
globu o 074 degC Przyrost temperatury wynioacutesł więc już około 016 degC na dekadę Natomiast
poziom moacuterz i oceanoacutew na przestrzeni lat 1901-2010 podnioacutesł się o 019 m - wg IPCC2014
Przyczyna ocieplania się klimatu ndash paradoksalnie największy przyrost temperatury
obserwuje się w zimie nie jest w pełni rozpoznana i budzi wciąż kontrowersje (tzw efekt
cieplarniany wywołany głoacutewnie emisją pary wodnej i CO2 do atmosfery) Bezsprzecznie
wzrost temperatury powietrza wywołuje istotne zmiany w cyrkulacji wody w cyklu
hydrologicznym (parowanie ndash kondensacja ndash opad) i nasilenie się występowania zwłaszcza w
ostatnich dziesięcioleciach ekstremalnych zjawisk pogodowych takich jak susze czy
powodzie Według prognoz opartych na globalnym modelu klimatu w bieżącym stuleciu
temperatura powietrza może się podnieść o dalsze 17 oC do nawet 44 oC a na każdy stopień
KANALIZACJA I
30
wzrostu temperatury przewiduje się globalnie wzrost intensywności opadoacutew o około 7
Natomiast poziom moacuterz i oceanoacutew może się podnieść nawet o 10 m co zagraża już zalaniem
znacznych powierzchni przybrzeżnych (IPCC2014)
Z powodu ocieplenia klimatu zmieni się istotnie struktura opadoacutew w Polsce w tym
roczna wysokość i częstość występowania ekstremalnych opadoacutew regionalnych Zmiany w
strukturze opadoacutew objawiają się min tym że kroacutetkie (pojedyncze) intensywne opady
deszczu będą ulegać przegrupowaniu w dłuższe nawet kilkudniowe okresy o sumie
wysokości znacznie wyższej niż dawniej Przykładowo we Wrocławiu na przestrzeni
ostatnich 5 pełnych dekad (1960-2009) odnotowano
spadkowy trend rocznej wysokości opadoacutew
wzrostowy trend odnośnie liczby dni deszczowych w roku
wzrostowy trend intensywności opadoacutew o czasach trwania od 5 minut do 3 dni -
średnio na poziomie 13 [2]
Wywoływane zmianami klimatu zagrożenia ludności i infrastruktury miast związane są
przede wszystkim z niedoborem bądź nadmiarem wody Ryzyko zaistnienia niekorzystnych w
skutkach zjawisk takich jak susza czy powoacutedź określa się zwykle jako kombinację
prawdopodobieństwa wystąpienia oraz miary ich negatywnych skutkoacutew - najczęściej jako
iloczyn miary zagrożenia i miary zawodności (straty gospodarcze i społeczne)
Przewidywanie zagrożeń związanych z niskimi oraz wysokimi stanami i przepływami woacuted w
warunkach zmieniającego się klimatu jest niezbędne dla racjonalnej gospodarki wodnej
miast Dotyczy to zwłaszcza podstaw projektowania budowy i eksploatacji ujęć wody
(powierzchniowej i podziemnej) czy też odwodnień - kanalizacji deszczowej czy
ogoacutelnospławnej na terenach zurbanizowanych
Obserwowanym efektem zmian klimatycznych i poza klimatycznych jest zjawisko
wzrostu temperatury powietrza w miastach w stosunku do terenoacutew otaczających ndash tzw
Miejska Wyspa Ciepła MWC jest wynikiem min uwalniania się ciepła w środowisku
miejskim z procesoacutew przemysłowych i komunalnych ktoacutere modyfikują lokalnie warunki
meteorologiczne Związany z niedoborem wody w miastach spadek wilgotności gleby
przejawia się przede wszystkim przesuszeniem zieleni miejskiej co ogranicza możliwości
terenoacutew biologicznie czynnych w łagodzeniu wpływu wysokiej temperatury (rys 41)
Rys 41 Prądy konwekcyjne i opady w rejonie miejskiej wyspy ciepła [wwwwikipediapl]
Zagrożenia wynikające z warunkoacutew termicznych w miastach (MWC) wzrastają na ogoacuteł
liniowo wraz ze wzrostem wielkości miast Przeciętnie intensywność oddziaływania MWC
charakteryzują lokalne przyrosty temperatury od wartości niewiele przekraczających 10 ordmC -
w małych miastach do około 25 ordmC - w dużych miastach Jednakże w dużych aglomeracjach
w przypadku wystąpienia upałoacutew ponad 35 oC roacuteżnica temperatury powietrza pomiędzy
miastem a terenami otwartymi może sięgać nawet 10 oC Skutkuje to już istotnym wzrostem
wskaźnika śmiertelności mieszkańcoacutew
Zagrożeniami w funkcjonowaniu sieci i obiektoacutew infrastruktury miast takich jak
systemy wodociągowe z ujęciami systemy kanalizacyjne z oczyszczalniami ściekoacutew czy
składowiska odpadoacutew związanymi z nadmiarem wody są głoacutewnie powodzie i podtopienia
Według prognoz opartych na pesymistycznym scenariuszu zmian klimatu (SRES A1B)
przykładowo woda stuletnia w państwach środkowej Europy będzie zdarzać się średnio
KANALIZACJA I
31
częściej niż raz na 50 lat [2] Powodzie zagrażają więc większości polskich miast -
położonych w dolinach rzecznych (powodzie rzeczne) i w strefie wybrzeża (powodzie
sztormowe) Natomiast lokalne podtopienia terenoacutew (powodzie miejskie) mogą wystąpić w
efekcie gwałtownych ulew bądź też długotrwałych intensywnych opadoacutew Sprzyja temu duże
zagęszczenie zabudowy miejskiej oraz uszczelnienie powierzchni terenu prowadzące do
zmniejszenia bądź znacznego ograniczenia infiltracji woacuted opadowych do gruntu
Zagrożenia i straty generowane powodziami miejskimi (ang Flash Flood Urban
Flood) objawiają się lokalnymi wylewami z kanałoacutew deszczowych czy ogoacutelnospławnych
(zalewanie ulic piwnic) wskutek min niedostatecznej przepustowości i retencji istniejących
sieci kanalizacyjnych - zwymiarowanych w przeszłości nieodpowiednimi obecnie metodami
Konieczna staje się więc modernizacja infrastruktury wodno-kanalizacyjnej na terenie kraju
(zwiększenie przepustowości sieci budowa zbiornikoacutew retencyjno-infiltracyjnych itp)
42 ROGNOZOWANE ZMIANY STRUKTURY OPADOacuteW W PRZYSZŁOŚCI
421 TRENDY ZMIAN ROCZNYCH WYSOKOŚCI OPADOacuteW
Przykłady badań i prognoz
bull W Niemczech w XX wieku odnotowano ogoacutelnie wzrost rocznych wysokości opadoacutew na
poziomie około 10 Jednak w środkowej i wschodniej części Niemiec wykazano
zaroacutewno istotne statystycznie trendy rosnące (np Jena) jak i malejące (np Goumlrlitz) - wg Haumlnsel S Petzold S Matschullat J Precipitation Trend Analysis for Central Eastern Germany 1851ndash
2006 Bioclimatology and Natural Hazards 2009 vol 14
bull W Polsce analizowano trendy zmian rocznych wysokości opadoacutew (na 28 stacjach
IMGW) dla danych z lat 1951ndash2009 wykazano istotny statystycznie trend rosnący np
dla Rzeszowa ale też istotny trend malejący opadoacutew np na Śnieżce Ogoacutelnie przewaga
trendoacutew malejących - wg Pińskwar I Projekcje zmian w ekstremach opadowych w Polsce Monografia KGW PAN 2010
bull Badania szeregoacutew czasowych opadoacutew w dorzeczu Goacuternej Odry (na 4 stacjach IMGW
Kłodzko Legnica Opole i Wrocław) dla danych z okresu 60 lat (1954-2013) wykazały
zmniejszanie się rocznej i sezonowej wysokości opadoacutew - wg Kaźmierczak B Kotowski A Wdowikowski M Analiza tendencji rocznych i sezonowych zmian
wysokości opadoacutew atmosferycznych w zlewni Goacuternej Odry Ochrona Środowiska 2014 vol 36 nr 3
Zagrożenia wynikające z niedoboru wody
Zasoby wodne Polski należą do najuboższych w Europie Ich wielkość w przeliczeniu
na rok i mieszkańca jest trzykrotnie mniejsza od średniej europejskiej 4560 m3 w Europie w
Polsce ndash tylko 1580 m3 Wg danych GUS znakomita większość ujmowanej wody - około
85 pochodzi z zasoboacutew woacuted powierzchniowych a 15 z zasoboacutew woacuted podziemnych W
przyszłości zwiększać się będzie ryzyko zagrożenia tzw suszami hydrologicznymi
pogłębiającymi w wieloleciu niedobory wody w miastach (niskie stany i przepływy)
422 TRENDY ZMIAN CZĘSTOŚCI WYSTĘPOWANIA
INTENSYWNYCH OPADOacuteW
Przykład badań i prognoz
We Wrocławiu na przestrzeni 50 lat (1960-2009) stwierdzono trend wzrostowy
częstości występowania intensywnych opadoacutew odpowiednio dla
C ge 1 rok o 8 - na poziomie istotności 69
C ge 2 lata o 13 - na poziomie istotności 75
C ge 5 lat o 43 - na poziomie istotności 98
C ge 10 lat o 68 - na poziomie istotności 99
KANALIZACJA I
32
C ge 1 rok C ge 2 lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
C ge 5 lat C ge 10 lat
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
mlata
Rys 12 Trendy zmian przedziałowych wysokości opadoacutew maksymalnych dla częstości
występowania C ge 1 C ge 2 C ge 5 oraz C ge 10 lat we Wrocławiu w okresie 1960-2009
- wg Kaźmierczak B Kotowski A The influence of precipitation intensity growth on the urban drainage
systems designing Theoretical and Applied Climatology 2014 vol 118 nr 1
W perspektywie 2050 r we Wrocławiu przewiduje się wzrost wysokości opadoacutew
kroacutetkotrwałych i spadek wysokości opadoacutew o dłuższych czasach trwania
- wg Kaźmierczak B Prognozy zmian maksymalnych wysokości opadoacutew deszczowych we Wrocławiu Oficyna
Wydaw Politechniki Wrocławskiej Wrocław 2019
Zagrożenia wynikające z nadmiaru wody
Według prognoz opartych na pesymistycznym scenariuszu zmian klimatu (IPCC2007
- SRES A1B) przykładowo bdquowoda 100-letniardquo w państwach środkowej Europy będzie
zdarzać się średnio częściej niż raz na 50 lat - wg Kundzewicz Z W Zmiany ryzyka powodziowego w Europie Sympozjum Paryż - Orlean 28-3003 2012
Powodzie zagrażają więc większości polskich miast położonych w dolinach rzecznych -
powodzie rzeczne i w strefie wybrzeża - powodzie sztormowe (cofkowe) - wg VI Raport Rządowy RP dla Konferencji Stron Ramowej Konwencji NZ w sprawie zmian klimatu
Warszawa 2013
Lokalne podtopienia terenoacutew - powodzie miejskie mogą wystąpić wszędzie najczęściej
w efekcie gwałtownych ulew bądź też długotrwałych intensywnych opadoacutew czy roztopoacutew
Zagrożenia i straty (gospodarcze i społeczne) generowane powodziami miejskimi objawiają
się lokalnymi wylewami z kanałoacutew deszczowych czy ogoacutelnospławnych (zalewanie ulic
posesji piwnic) wskutek niedostatecznej przepustowości i retencji istniejących sieci
kanalizacyjnych - zwymiarowanych w przeszłości nieodpowiednimi obecnie metodami
Niezawodność działania systemoacutew kanalizacji deszczowej czy ogoacutelnospławnej nie jest
w pełni możliwa do osiągnięcia ze względu na losowy charakter opadoacutew Dążyć należy zatem
do bezpiecznego ich wymiarowania tj gwarantującego osiągnięcie wspoacutełcześnie
wymaganego standardu odwodnienia terenoacutew ktoacutery definiuje się jako przystosowanie
systemu do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych) strumieni woacuted opadowych z
częstością roacutewną dopuszczalnej (akceptowalnej społecznie) częstości wystąpienia wylania na
powierzchnię terenu (tab 11) ndash także w przyszłości
KANALIZACJA I
33
Tab 11 Zalecane częstości projektowe deszczu obliczeniowego wg PN-EN 75220082017
i dopuszczalne częstości wystąpienia wylania wg PN-EN 7522008 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Rodzaj zagospodarowania terenu
- standard odwodnienia terenu
Częstość wystąpienia
wylania
[1 raz na C lat]
1 na 1 I Tereny pozamiejskie 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
Biorąc pod uwagę obecną wiedzę na temat trendoacutew zmian klimatu do 2100 roku
dostosowanie typowych opadoacutew projektowych do wymiarowania i modelowania odwodnień
terenoacutew (tab 11 divide 13) można dokonać poprzez korektę ich intensywności - krzywych IDF o
obecnych częstościach występowania lub zmieniając częstości występowania wspoacutełczesnych
opadoacutew projektowych Oznacza to że dzisiejsze intensywności opadoacutew należy zwiększyć o
około 20 dla C = 1 rok do około 50 dla C = 10 lat lub też częstości występowania
obecnych opadoacutew należy zredukować około 2 razy Na tej podstawie opracowano wytyczne
do identyfikacji przyszłych przeciążeń hydraulicznych w systemach kanalizacyjnych Flandrii
w Belgii [2]
W Niemczech zalecono korektę częstości opadoacutew projektowych przyjmowanych
obecnie do weryfikacji nadpiętrzeń i wylewoacutew - wg standardoacutew DWA-A1182006 i EN
7522008 Przykładowo dla terenoacutew mieszkaniowych zaproponowano scenariusz opadoacutew C
= 5 lat zamiast C = 3 lata (wg tab 13) - do weryfikacji występowania przyszłych nadpiętrzeń
oraz scenariusz opadoacutew ekstremalnych o C = 100 lat - dla zapewnienia wymaganej obecnie
dopuszczalnej częstości wylewoacutew raz na 20 lat (wg tab 11) Na tej podstawie Krajowy
Urząd ds Środowiska w Bawarii wydał w 2009 roku zalecenie odnośnie częstości opadoacutew do
identyfikacji przyszłych przeciążeń kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej w Poacutełnocnej
Nadrenii-Westfalii co przedstawiono w tabeli 44
Tab 44 Zmiany do zaleceń DWA-A1182006 i EN 752 odnośnie scenariuszy opadoacutew do
identyfikacji przeciążeń systemoacutew kanalizacyjnych w przyszłości dla Poacutełnocnej Nadrenii-Westfalii
wg Merkblatt Nr 4332009
Rodzaj zagospodarowania terenu
Częstości opadoacutew do symulacji
- nadpiętrzeń - wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Tereny wiejskie 3 zamiast 2 50 zamiast 10
Tereny mieszkaniowe 5 zamiast 3 100 zamiast 20
Centra miast tereny usług i przemysłu 10 zamiast 5 100 zamiast 30
43 DZIAŁANIA PREWENCYJNE I ZARADCZE
431 Identyfikacja potencjalnych przeciążeń systemoacutew kanalizacyjnych w przyszłości
Z powodu globalnych regionalnych i lokalnych zmian klimatycznych w przyszłości
wystąpi jeszcze więcej ekstremalnych zjawisk opadowych ktoacutere będą powodować lokalne
szkody na terenach zurbanizowanych Odpowiednie działania prewencyjne i zaradcze w celu
zminimalizowania negatywnych skutkoacutew takich zdarzeń w przyszłości są już dziś pilnie
potrzebne bowiem budowane obecnie systemy odwodnień terenoacutew powinny sprawdzać się w
działaniu w horyzoncie czasowym 2100 roku Tak więc wymiarując dzisiejsze systemy
kanalizacyjne powinniśmy uwzględniać prognozowane scenariusze opadoacutew w przyszłości
Pierwszym etapem do identyfikacji przeciążeń kanałoacutew i obiektoacutew w przyszłości
powinna być symulacja działania istniejącego bądź nowoprojektowanego systemu
KANALIZACJA I
34
odwodnienia odnośnie nadpiętrzeń Parametrami kryterialnymi do wykazania konieczności
dostosowania danego systemu odwodnienia do zmian klimatycznych mogą być objętość
właściwa wylewoacutew (OWW) stopień zatopienia studzienek (SZS) i stopień wykorzystania
kanałoacutew (SWK) Wskaźnik OWW (w m3ha) wynika z obliczonej objętości wylewoacutew z
kanałoacutew (V w m3) względem uszczelnionejzredukowanej powierzchni Fzr zlewni (w ha)
zrF
VOWW (46)
Wskaźnik SZS ujmuje stosunek liczby zalanych do powierzchni terenu studzienek (Nz)
do ogoacutelnej liczby studzienek (N) danego systemu lub powiązanych wzajemnie jego części
N
NSZS
z (47)
Wskaźnik SWK pozwala na ocenę średniego ważonego stopnia wykorzystania
przepustowości hydraulicznej całej sieci danego systemu odwadniającego lub jego części
i
n
iproj
i
i
l
Q
Ql
SWK1
max
(48)
gdzie
Qmaxi - maksymalna obliczona wartość strumienia odpływu i-tego odcinka kanału m3s
Qproji - maksymalna projektowa wartość strumienia odpływu i-tego odcinka m3s
li - długość i-tego odcinka sieci kanalizacyjnej złożonej z n odcinkoacutew m
Wartości graniczne wskaźnikoacutew OWW SZS i SWK powinny być ustalane indywidualnie
dla danego systemu Przykład z [2] podano w tab 49
Tab 49 Parametry do oceny konieczności adaptacji kanalizacji do zmian klimatu Skala wartości wskaźnikoacutew
SWK [-]
00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 2 gt2
SZS [-]
0 005 01 015 02 025 03 035 04 045 05 gt05
OWW [m3ha]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 gt20
Potrzeba
dostosowania brak średnia duża
W przypadku gdy zidentyfikowane zostaną lokalne przeciążenia systemu (wg
scenariuszy z tab 44) konieczne są dalsze analizy ryzyka podatności Można tego dokonać
na podstawie ocen GIS ilub in-situ a w przypadku stwierdzenia rozległych przeciążeń
niezbędna staje się dodatkowa symulacja działania systemu w połączeniu z cyfrowym
modelem terenu Zalecane jest to zwłaszcza w przypadku gdy co najmniej dwa kryterialne
parametry oceny (OWW i SZS lub SWK) wskazują na wysoką potrzebę adaptacji (tab 49)
Szczegoacutełowa analiza wynikoacutew symulacji pozwala na wytyczenie granic terenoacutew zalewowych
a także na specyfikację głębokości wody szybkości strumienia i objętości spływu wody
Dalsze kroki planowania powinny polegać na wskazaniu potencjalnych rezerwuaroacutew
(np zagłębień terenowych) do retencjonowania lub ewentualnie kierowania fali spływu
powierzchniowego na tereny słabiej zagospodarowane (nieużytki ogrody działkowe boiska
sportowe) z ewentualnym zaleceniem podwyższenia krawężnikoacutew lub też budowy wałoacutew
przeciw powodziowych (trwałych bądź zastawkowych)
432 Zasady miejscowego zagospodarowania woacuted opadowych
Zagrożenia dla systemoacutew kanalizacyjnych wynikające ze zmian klimatu wywoływane
są zaroacutewno omoacutewionymi już czynnikami klimatycznymi (wzrost temperatury powietrza i
KANALIZACJA I
35
zmiany w strukturze opadoacutew) jak i poza klimatycznymi związanymi min ze zmianami
sposobu zagospodarowania czy użytkowania terenu Na zmiany klimatu nakłada się więc
wpływ szeregu procesoacutew urbanizacyjnych w tym intensywna działalność gospodarcza i
zajmowanie nowych obszaroacutew szczegoacutelnie wrażliwych na skutki zmian klimatu (np obszary
zalewowe) Wzrasta też na ogoacuteł udział powierzchni nieprzepuszczalnych na terenach już
zabudowanych
Naturalny obieg wody w przyrodzie charakteryzuje się roacutewnowagą pomiędzy
zjawiskami opadoacutew atmosferycznych a procesami spływu powierzchniowego infiltracji do
gruntu (i do woacuted podziemnych) oraz parowania do atmosfery Dynamiczna urbanizacja
terenoacutew miejskich przyczynia się do zwiększenia powierzchni uszczelnionych na obszarach
do niedawna słabo zagospodarowanych lub pokrytych roślinnością Skutkuje to zmianami
intensywności spływu powierzchniowego woacuted opadowych Wielkość infiltracji woacuted
opadowych do gruntu w warunkach naturalnych szacowana jest zwykle na poziomie
80divide100 przy spływie powierzchniowym wynoszącym 20divide0 Rozwoacutej miast i związany z
tym proces uszczelniania powierzchni burzy te proporcje W zależności od stopnia
urbanizacji spływ powierzchniowy może sięgać nawet powyżej 80 a naturalna infiltracja
woacuted opadowych może zostać ograniczona do poziomu poniżej 20 (rys 47)
Rys 47 Spływ powierzchniowy i podziemny woacuted opadowych w zależności
od stopnia urbanizacji terenu [httplincolnnegov]
Zgodnie z zasadą zroacutewnoważonego rozwoju prawidłowa gospodarka wodna na
terenach zurbanizowanych powinna polegać na zagospodarowaniu jak największej objętości
bdquoczystychrdquo woacuted opadowych tak aby
zmniejszyć i opoacuteźnić spływ powierzchniowy woacuted do odbiornikoacutew oraz
zapobiec obniżaniu się poziomoacutew woacuted podziemnych w miastach
Wykorzystuje się w tym celu procesy retencji infiltracji i ewapotranspiracji w
takich obiektach jak zbiorniki retencyjno-infiltracyjne naturalne niecki terenowe czy
lansowane ostatnio tzw zielone dachy [2] Unikać przy tym należy generalnie nadmiernego
uszczelniania powierzchni terenu (stosować np utwardzanie ażurowe) Przyczyni się to w
bezpośredni bądź pośredni sposoacuteb do ochrony terenoacutew zurbanizowanych przed powodziami
miejskimi ndash wylewami z kanałoacutew
Wodyścieki opadowe (deszczowe i roztopowe) pochodzące z zanieczyszczonych
uszczelnionych powierzchni terenoacutew zurbanizowanych przed wprowadzeniem ich do gruntu
powinny być podczyszczane Wynika to z Rozporządzeń Ministra Środowiska (RMŚ) z 2006
i 2014 roku Nie dotyczy to woacuted opadowych pochodzących z niezanieczyszczonych
szczelnych powierzchni (np z dachoacutew budynkoacutew na terenach mieszkaniowych)
KANALIZACJA I
36
Infiltracja z retencją powierzchniową stosowana jest na terenach zielonych Najczęściej
wykorzystuje się do tego celu naturalne zagłębienia terenu jako tzw niecki rozsączające w
ktoacuterych napełnienie wodą nie przekracza zwykle 03 m Zbiorniki rozsączające to zazwyczaj
wyprofilowane zagłębienia terenu w ktoacuterych napełnienie wodą nie przekracza 10 m
Poprawę zdolności chłonnych zbiornikoacutew oraz efektoacutew samooczyszczania woacuted opadowych
można uzyskać poprzez obsianie dna i skarp odpowiednio dobranymi mieszankami traw i
innej roślinności
Infiltracja z retencją podziemną - rozsączanie podziemne woacuted opadowych może się
odbywać poprzez skrzynki czy komory rozsączające oraz studnie czy drenaże chłonne [2] a) b) c)
Rys 48 Schematy przykładowych urządzeń do rozsączania podziemnego woacuted deszczowych
a) skrzynki rozsączające b) komora rozsączająca c) studnia chłonna
Skrzynki rozsączające umieszcza się zwykle w odpowiednio głębokich wykopach w
ktoacuterych wykonuje się warstwę drenażową - o dużej wartości wspoacutełczynnika filtracji Komory
rozsączające charakteryzują się na ogoacuteł bardziej wytrzymałą konstrukcją nośną w stosunku
do skrzynek rozsączających Są najczęściej stosowane do odwadniania dużych powierzchni
Studnie i drenaże chłonne znajdują zastosowanie przy braku naturalnych odbiornikoacutew i przy
ograniczonych możliwościach zastosowania urządzeń o większej powierzchni infiltracji
5 METODY BILANSOWANIA STRUMIENI ŚCIEKOacuteW
51 ŚCIEKI BYTOWO-GOSPODARCZE I PRZEMYSŁOWE
Grawitacyjne kanały ściekowe (tj bytowo-gospodarcze i przemysłowe) wymiaruje się
na maksymalny godzinowy strumień objętości ściekoacutew bytowo-gospodarczych i
przemysłowych (w dobie maksymalnej) z uwzględnieniem strumienia woacuted przypadkowych
tj infiltracyjnych i deszczowych (w okresie mokrej pogody) Miarodajny do wymiarowania
strumień objętości ściekoacutew Qm śc (w dm3s) obliczać należy z wzoru [2]
Qm śc = Qbg + Qp + Qinf + Qwd (513)
lub ogoacutelnie
Qm śc = Qbg + Qp + Qprzyp (513a)
gdzie
Qbg - strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych dm3s
Qp - strumień ściekoacutew przemysłowych dm3s
Qinf - strumień woacuted infiltracyjnych (przypadkowy) dm3s
Qwd - strumień woacuted deszczowych (przypadkowy) dm3s
Qprzyp - łączny strumień woacuted przypadkowych (Qinf + Qwd) dm3s
Kanały ściekowe należy więc dobierać na miarodajną wartość strumienia ściekoacutew i woacuted
przypadkowych Qm śc (z wzoroacutew (513) lub (513a)) z pozostawieniem rezerwy na
przyszłościowy rozwoacutej tj na potencjalny wzrost wartości strumienia ściekoacutew w przyszłości
(w perspektywie większej niż 50 lat)
KANALIZACJA I
37
Bilans odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych opracowuje się wg
podobnych zasad jak bilans zapotrzebowania na wodę - do wymiarowania wodociągoacutew
Obecnie odstępuje się od sporządzania szczegoacutełowych bilansoacutew wodnych zwłaszcza na
perspektywę ge 50 lat na rzecz bilansoacutew opartych na wskaźnikach jednostkowych bądź
scalonych
W metodach bilansowania odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
wykorzystuje się wskaźniki zużycia wodyodpływu ściekoacutew
jednostkowe średnio-dobowe (w dm3d) - w przeliczeniu na mieszkańca (Mk)
scalone maksymalne-godzinowe (w dm3s) - w przeliczeniu na mieszkańca (Mk)
ilub na powierzchnię jednostkową danej zlewni (w ha)
Strumień objętości odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych (Qbg) i przemysłowych
(Qp) można więc zbilansować dwoma metodami
A metodą wskaźnikoacutew średnich dobowych (MWŚD) bądź
B metodą wskaźnikoacutew maksymalnych godzinowych (MWMG)
Ad A Bilans ściekoacutew Qbg i Qp wg metody wskaźnikoacutew średnich dobowych (MWŚD)
Średnie dobowe w roku (Qdśr) zużycie wodyodpływ ściekoacutew (w m3d) wynosi
idisrd QQ
365
1365
1
(51)
Rys 51 Nieroacutewnomierność poboru wody bądź odpływu ściekoacutew w roku (0274=100365 d)
Wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności dobowej (Nd) i maksymalny dobowy odpływ
ściekoacutew (Qdmax) wynosi
ddsrd
dsr
dd NQQ
Q
QN max
max (52)
Wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności godzinowej (Nh) i maksymalny godzinowy odpływ
ściekoacutew (Qhmax) w dobie o Qdmax wynosi
hhsrh
d
h
hsr
hh NQQ
Q
Q
Q
QN max
max
maxmax 24 (53)
Rys 52 Nieroacutewnomierność odpływu ściekoacutew w dobie (4167=10024 h)
Stąd maksymalny godzinowy strumień objętości ściekoacutew (w dm3s) wyniesie
86400max srdhdh QNNQ (54)
KANALIZACJA I
38
UWAGA Wielkość zużycia wody w danej jednostce osadniczej określić można
najdokładniej na podstawie zarejestrowanego poboru wody (z wodomierzy) Odpływ
ściekoacutew bytowo-gospodarczych czy przemysłowych jest mniejszy od 100 rejestrowanego
poboru wody i ma mniejszą nieroacutewnomierność godzinową (retencja sieci) w stosunku do
poboru wody w tym przesuniętą w czasie (rys 53)
Rys 53 Nieroacutewnomierność poboru wody i odpływu ściekoacutew w dobie
Najpierw bilansuje się średnie dobowe (w m3d) zapotrzebowanie na wodę w
poszczegoacutelnych elementach zagospodarowania przestrzennego (Lp od 1 do 4 w tab 51a)
posługując się liczbą mieszkańcoacutew (LMk) miastaosiedlastrefy i wskaźnikiem jednostkowego
średniego dobowego zapotrzebowania na wodę (qj)
Qd śr = 0001
4
1i
q j middot LMk (55)
gdzie
qj - wskaźnik jednostkowego dobowego zużycia wody na mieszkańca w dm3d (tab 51a)
LMk - liczba mieszkańcoacutew miastaosiedlastrefy Mk
Tab 51a Wskaźniki jednostkowego zapotrzebowania na wodę w miastach [1 2]
Lp
Elementy zagospodarowania
przestrzennego
terenu zurbanizowanego
Jedno-
stka
Wskaźnik
zużycia wody
qj dm3d
Wspoacutełczynnik
nieroacutewnomierności
dobowej Nd
1
Mieszkalnictwo
wielo- i jednorodzinne I
wg klasy wyposażenia II
instalacyjnego mieszkań III
Mk
Mk
Mk
140 divide 160
80 divide 100
70 divide 90
15 divide 13
15 divide 13
20 divide 15
2 Usługi ogoacutelnomiejskie Mk 60 13
3 Komunikacja zbiorowa Mk 4 12
4 Tereny przemysłowo-składowe Mk 70 115
I klasa - pełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z dostawą ciepłej wody użytkowej z zewnątrz
II klasa - pełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z lokalnym źroacutedłem ciepłej wody użytkowej
III klasa - niepełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z lokalnym źroacutedłem ciepłej wody użytkowej
UWAGA Podane w tabeli 51a informacje dotyczące wskaźnikoacutew zapotrzebowania na wodę dla
bdquomieszkalnictwardquo (wg RMI z 2002 roku) w odniesieniu do I klasy wyposażenia instalacyjnego
mieszkań (tj z dostawą ciepłej wody użytkowej z zewnątrz ndash np z miejskiej ciepłowni) są obecnie
zawyżone 140divide160 dm3d na Mk w stosunku do wskaźnika dla II klasy (tj mieszkań z lokalnym
źroacutedłem ciepłej wody użytkowej) 80divide100 dm3d na Mk Według najnowszych badań [2]
należałoby na perspektywę dla I klasy przyjmować wskaźnik jednostkowy w granicach 100divide160
dm3d na Mk (niższe wartości dla małych miast)
Następnie oblicza się maksymalny dobowy strumień odpływu ściekoacutew (w m3d) z
wykorzystaniem wzoroacutew [2]
Qdmax śc = Σ (Qd śr middot Nd middot η) (56)
lub
Qdmax śc = 0001 Σ (qj middot LMk middot Nd middot η) (57)
KANALIZACJA I
39
gdzie
Nd ndash wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności dobowej (wg tab 51a) -
η ndash wspoacutełczynnik (zmniejszający) określający strumień odpływu ściekoacutew -
Dobowy odpływ ściekoacutew jest mniejszy od poboru wody wodociągowej o wartość
mnożnika [1 2]
η = 095 - dla mieszkalnictwa (wielo- i jednorodzinnego)
η = 095 - dla usług ogoacutelnomiejskich
η = 10 - dla komunikacji zbiorowej
η = 085 - dla terenoacutew przemysłowo-składowych
Przyjmując za podstawę obliczony z wzoroacutew (56) lub (57) maksymalny dobowy
strumień ściekoacutew w poszczegoacutelnych elementach zagospodarowania przestrzennego (Lp 1 divide 4
ndash wg tab 51a) jako Qdmax śc = 100 sporządza się histogramy odpływoacutew godzinowych
ściekoacutew (w m3h) wykorzystując do tego (z braku odpowiednich badań) istniejące modele
symulacyjne zapotrzebowania na wodę tj procentowe rozbiory w poszczegoacutelnych godzinach
(w dobie maksymalnej) podane w tabeli 52a Zwykle decydujący o wielkości odpływu
ściekoacutew jest udział mieszkalnictwa ndash najczęściej 60divide80 Qd max śc
Tab 52a Modele symulacyjne rozkładoacutew godzinowych zapotrzebowania
na wodęodpływu ściekoacutew w dobie maksymalnej [1 2]
Godziny
od - do
Elementy zagospodarowania przestrzennego
Mieszkalnictwo Usługi
ogoacutelno-
miejskie
Komunika-
cja zbiorowa
Tereny
przemy-
słowe wieloro-
dzinne
jedno-
rodzinne
0 ndash 1 125 135 100 - 050
1 ndash 2 085 065 100 1650 050
2 ndash 3 085 065 100 1650 050
3 ndash 4 085 065 100 1650 050
4 ndash 5 210 085 100 1650 050
5 ndash 6 250 (300) 300 100 - 050
6 ndash 7 545 (625) 515 100 - 875
7 ndash 8 625 (545) 475 200 - 875
8 ndash 9 495 (445) 445 300 - 875
9 ndash 10 440 420 700 850 875
10 ndash 11 420 340 1000 850 875
11 ndash 12 405 340 1200 850 875
12 ndash 13 390 340 1200 850 875
13 ndash 14 430 400 1200 - 875
14 ndash 15 440 420 1000 - 325
15 ndash 16 475 380 700 - 325
16 ndash 17 565 435 300 - 325
17 ndash 18 530 500 300 - 325
18 ndash 19 565 685 300 - 325
19 ndash 20 630 915 300 - 325
20 ndash 21 660 900 200 - 325
21 ndash 22 680 745 200 - 325
22 ndash 23 545 550 100 - 050
23 ndash 24 320 480 100 - 050
Suma 100 100 100 100 100
- przy założonej zmianowości pracy I zmiana - 70 II zmiana - 26 III zmiana - 4
( ) - w nawiasach podano wartości dla miast o przewadze funkcji przemysłowych
Zsumowanie odpływoacutew ściekoacutew w poszczegoacutelnych godzinach z wszystkich elementoacutew
zagospodarowania (tab 52a) prowadzi do określenia największej wartości godzinowego
odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych (w m3h) - najczęściej
występującej w godzinach rannych 600 divide 800 lub wieczornych - 1900 divide 2200
Qhmax śc = Qbg + Qp
- ktoacutera jest następnie przeliczana na dm3s (dzieląc przez 36) i podstawiana do roacutewnań
bilansowych ściekoacutew Qm śc - do wzoroacutew (513) i (513a))
KANALIZACJA I
40
Ad B Bilans Qbg i Qp wg metody wskaźnikoacutew maksymalnych godzinowych (MWMG)
W Niemczech średnie dobowe zużycie wody przez mieszkańca łącznie z usługami
kształtuje się na poziomie od 80 do 200 dm3d W Polsce odpowiednio od 90 dm3d do 220
dm3d Wartości przeciętne są na podobnym poziomie ok 130 dm3(dmiddotMk) Z braku
aktualnych danych o wskaźnikach nieroacutewnomierności dobowej (Nd) i godzinowej (Nh)
odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych w Polsce można posługiwać się wytycznymi
niemieckimi wg DWA-A118 z 2006 r [1 2 3] ktoacutere na perspektywę 50 lat przewidują
wskaźnik scalony
qbg = 0004divide0005 dm3s - na 1 mieszkańca
- jako maksymalny godzinowy odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych z mieszkalnictwa
wraz z usługami ogoacutelnomiejskimi Stąd strumień ściekoacutew Qbg (w dm3s) można oszacować z
wzoroacutew [2]
Qbg = qbg middot Z middot Fbg (58)
lub
Qbg = qbg middot LMk (58a)
gdzie
qbg - wskaźnik maksymalnego odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych dm3(s∙Mk)
Z - gęstość zaludnienia miast Mkha
Fbg - powierzchnia zlewni miejskiej ściekoacutew bytowo-gospodarczych ha
LMk - liczba mieszkańcoacutew miastaosiedlastrefy Mk
Zaludnienie na terenach zurbanizowanych (Z) kształtuje się zwykle na poziomie od 20
Mkha do 300 Mkha
Odnośnie ściekoacutew przemysłowych ndash na wydzielonych powierzchniach miasta (Fp w
ha) można posługiwać się wskaźnikami scalonymi maksymalnego godzinowego odpływu
ściekoacutew przemysłowych wg DWA-A118 skąd strumień Qp (w dm3s) oszacować można z
ogoacutelnego wzoru [2]
ppp FqQ (59)
gdzie
qp(n) = 02divide05 dm3(s∙ha) - wskaźnik odpływu ściekoacutew z przemysłu niewodochłonnego
qp(w) = 05divide10 dm3(s∙ha) - wskaźnik odpływu ściekoacutew z przemysłu wodochłonnego
Fp ndash powierzchnia zlewni ściekoacutew przemysłowych (powierzchnia wydzielonych terenoacutew
przemysłowych) ha
UWAGA 1 Wartość strumienia jednostkowego qp zależny od branży i technologii produkcji
ale też od czasu pracy - zmianowości itp W Polsce dotychczasowe wytyczne (z lat 60-tych
XX wieku) przewidywały qp(n) = 03divide12 dm3(s∙ha) oraz qp(w) = 12divide58 dm3(s∙ha) co jest
obecnie wysoce nie racjonalne ()
Rys 54 Wpływ zmianowości pracy w przemyśle na nieroacutewnomierność godzinową odpływu ściekoacutew
KANALIZACJA I
41
UWAGA 2 Przemysł min ze względu na zmianowość pracy może mieć istotny wpływ na
nieroacutewnomierność godzinową odpływu ściekoacutew Przykład na rysunku 54
UWAGA 3 Odpływ ściekoacutew z terenoacutew przemysłowych może być większy od
rejestrowanego poboru wody wodociągowej Zakłady przemysłowe posiadają często własne
ujęcia wody woacutewczas wartość strumienia (Qp) i nieroacutewnomierność odpływu ściekoacutew
przemysłowych należy ustalać na podstawie ankiet ilub pomiaroacutew
52 BILANS WOacuteD PRZYPADKOWYCH
Szczegoacutełowe ustalenie strumieni ściekoacutew - miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew
powinno uwzględniać dodatkowo dopływ woacuted przypadkowych tj głoacutewnie infiltracyjnych i
opadowych Qprzyp = Qinf + Qwd (w dm3s) Głoacutewnie wskutek starzenia się materiałoacutew ndash
kanałoacutew dochodzi do ich uszkodzeń i rozszczelnień co powoduje
infiltrację woacuted podziemnych do wnętrza kanałoacutew bądź też
eksfiltrację ściekoacutew do gruntu i skażenie woacuted podziemnych
Wg nieaktualnych polskich wytycznych technicznych z 1965 roku w przypadku gdy
dno kanału zagłębione jest pod zwierciadłem wody podziemnej o H le 4 m (wg rys 55)
jednostkową wartość infiltracji (qinf ) należało przyjmować
dla sieci osiedlowej qinf = 10 m3(d∙km) lub odpowiednio 05 divide 20 m3(d∙ha)
dla sieci miejskiej
qinf = 10 m3(d∙km) lub 05divide20 m3(d∙ha) - kanały murowane i tworzywowe
qinf = 30 m3(d∙km) lub 15divide60 m3(d∙ha) - kanały kamionkowe
qinf = 40 m3(d∙km) lub 20divide80 m3(d∙ha) - kanały betonowe
Rys 55 Zagłębienie kanału względem zwierciadła wody podziemne
Przy zagłębieniu kanałoacutew H gt 4 m należało zwiększyć qinf o 20 co 1 m - powyżej 4
m Dla przykładu dla H = 6 m i kanału miejskiego z kamionki qinf = 14 middot 30 = 42 m3(d∙km)
UWAGA Obecnie wykonuje się proacuteby szczelności nowych kanałoacutew - przy odbiorze
technicznym - mniejsza będzie infiltracja w przyszłości
Obok woacuted infiltracyjnych wody przypadkowe stanowią wody deszczowe dopływające
do kanałoacutew ściekowych (podczas pogody deszczowej) przez
otwory wentylacyjne we włazach studzienek kanalizacyjnych
błędne podłączenia np rynien dachowych wpustoacutew podwoacuterzowych itp
Tabela 53 Możliwe składowe woacuted przypadkowych w zależności od rodzaju kanałoacutew [ATV A-118]
Kanał ogoacutelnospławny Kanał deszczowy Kanał ściekowy - infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- dopływające wody drenażowe i
źroacutedlane
- dopływające wody drenażowe
źroacutedlane oraz powierzchniowe (ze
strumieni potokoacutew itp)
- dopływające wody drenażowe i
źroacutedlane
- dopływające ścieki (bdquosanitarnerdquo)
poprzez błędne podłączenia
- dopływające wody deszczowe
poprzez włazy studzienek i błędne
podłączenia
KANALIZACJA I
42
Strumień dopływu woacuted przypadkowych zależy od charakterystyki miastaosiedla tj
rodzaju materiału kanałoacutew jakości wykonania i wieku kanałoacutew oraz zagłębienia pod
zwierciadłem wody podziemnej spadkoacutew powierzchni terenu rodzaju nawierzchni droacuteg itp
Można go oszacować przez pomiar strumienia przepływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i
przemysłowych w godzinach nocnych - przy odciętym dopływie wody wodociągowej
podczas pogody deszczowej i bezdeszczowej
Na podstawie wytycznych niemieckich DWA-A 1182006 zaleca się przyjmowanie
następujących wartości wskaźnikoacutew jednostkowych woacuted przypadkowych [1 2 3]
qinf [005 015] dm3(s∙ha) - dla infiltracji (wg polskich wytycznych np dla H le 40
m wskaźnik ten wynosiłby qinf = 0006divide010 dm3(s∙ha))
qwd [02 07] dm3(s∙ha) - dla dopływu woacuted deszczowych (nie uwzględniany w
bilansach ściekoacutew wg dotychczasowych polskich wytycznych )
czyli łącznie
qprzyp [025 085] dm3(s∙ha) - do bilansu ściekoacutew wg wzoru (513a)
Strumień woacuted przypadkowych Qprzyp = Qinf + Qwd (w dm3s) można określać oddzielnie ndash
dla powierzchni cząstkowych zlewni ściekoacutew bytowo-gospodarczych (Fbg w ha) oraz zlewni
ściekoacutew przemysłowych (Fp w ha) korzystając z wzoroacutew [1 2]
Qprzyp b-g = Qinf + Qwd = (qinf + qwd) middot Fbg
Qprzypp = Qinf + Qwd = (qinf + qwd) middot Fp
Przykład metodyczny Podział zlewni ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych na
powierzchnie cząstkowe przynależne do danego odcinka kanału ściekowego (A-B-C) i
obliczenia strumieni ściekoacutew do doboru średnic ndash schemat na rys 57
Rys 57 Schemat podziału zlewni ściekoacutew na powierzchnie cząstkowe
Wymiar kanału na odcinku AB dobieramy na strumień miarodajny - maksymalny
godzinowy QB (w dm3s) - bezpośrednio przed węzłem B
QB = qbg middot Z middot sumFbg AB + [(qinf + qwd) middot sumFbg AB]
a wymiar kanału na odcinku BC na łączny strumień QC (na odcinkach AB i BC) -
bezpośrednio przed węzłem C
QC = QB + qbg middot Z middot Fbg BC + [(qinf + qwd) middot Fbg BC] + qpmiddot Fp BC + [(qinf + qwd) middot Fp BC]
KANALIZACJA I
43
53 ZALECANE WYPEŁNIENIA KANAŁOacuteW ŚCIEKOWYCH
Dotychczas w Polsce (wg WTP z 1965 r) błędnie przyjmowano ryczałtowo strumień
woacuted przypadkowych w tym infiltracyjnych z rezerwą na przyszłościowy rozwoacutej w
wysokości 100 Qh max śc tj ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych a wymiar
kanału dobierano na 2Qh max śc - do całkowitego wypełnienia kanału Zmienione zasady
projektowe w 1983 roku [wg IKŚ] zalecały przyjmowanie wypełnień względnych kanałoacutew
ściekowych hD le 06 (tj do 60 średnicy) dla kanałoacutew o średnicach D lt 10 m ale dla
miarodajnego (maksymalnego godzinowego) strumienia samych ściekoacutew Q = Qbg + Qp
czyli do 67 obliczeniowej przepustowości całkowitej (Qo = 100) kanału kołowego Tym
samym ograniczono rezerwę przepustowości takich kanałoacutew ndash łącznie na wody przypadkowe
i infiltracyjne oraz na przyszłościowy rozwoacutej - z ok 50 do ok 33 (rys 56)
przepustowości całkowitej (Qo) Prowadziło to do niedowymiarowania średnic kanałoacutew
Rys 56 Przykładowe krzywe sprawności hydraulicznej kanału kołowego (QQo od hD)
Wypracowane w Niemczech zasady wymiarowania kanałoacutew ściekowych są
poprawniejsze bowiem rezerwa bezpieczeństwa przepustowości kanałoacutew (na przyszłościowy
rozwoacutej) jest uwzględniana dopiero po wyznaczeniu miarodajnego odpływu ściekoacutew Qm śc tj
łącznie ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych oraz woacuted przypadkowych
(infiltracyjnych i woacuted deszczowych) Tak więc miarodajny strumień objętości ściekoacutew
wyznacza się dla 4 składowych dopływu
Qm śc = Qbg + Qp + Qinf + Qwd (513)
- a kanały ściekowe dobiera się na wypełnienie hD od 50 do 70 co odpowiada
przepustowości całkowitej (Qo = 100) przekroju kołowego od 50 do 83 (rys 56) czyli
pozostaje bdquoczystardquo rezerwa na przyszłościowy rozwoacutej od 50 do 17 Qo ndash w zależności od
ważności kanału ściekowego w systemie Powstająca w ten sposoacuteb bdquonadwyżkardquo
przepustowości kanału nie może być w żadnym wypadku traktowana w kategorii
bdquorozrzutnościrdquo lecz jako zabezpieczenie pewności działania systemu (ochrony przed
wylaniem) a także jako rezerwa rozwojowa do ewentualnego wykorzystania w przyszłości
Zalecenia do doboru średnic kanałoacutew ściekowych
Obecnie wg wytycznych DWA-A 1182006 jako minimalną średnicę kanałoacutew bytowo-
gospodarczych i przemysłowych w miastach należy przyjmować Dmin = 025 m a tylko w
uzasadnionych przypadkach dopuszcza się (jak w dotychczas) Dmin = 020 m ndash na
początkowych odcinkach sieci przy znacznych spadkach terenu i luźnej zabudowie
Minimalne spadki dna kanałoacutew ściekowych można obliczać z formuły imin = 1D (imin
w [permil] dla D w [m]) Jednakże dla małych względnych wypełnień kanałoacutew ściekami hD le
03 spadki dna powinny być znacznie większe niż obliczane z formuły 1D ze względu na
niespełnianie woacutewczas hydromechanicznych warunkoacutew transportu zawiesin (organicznych i
mineralnych) zawartych w ściekach w tym wleczonych przy dnie kanału (podano to w
notatkach - wg rozdz 9 z podręcznika [2]) Spadek maksymalny dna kanałoacutew ściekowych
(imax) powinien wynikać z warunku nieprzekraczania prędkości maksymalnej Vmax = 30 ms
KANALIZACJA I
44
6 PODSTAWY BILANSOWANIA WOacuteD OPADOWYCH 61 OGOacuteLNA CHARAKTERYSTYKA SPŁYWOacuteW OPADOWYCH
611 OPADY ATMOSFERYCZNE
Opady atmosferyczne w naszej szerokości geograficznej występują głoacutewnie w postaci
deszczu (ciekłej) oraz śniegu i gradu (stałej) Ze względu na odmienny charakter spływu
natychmiastowy w przypadku deszczu
przesunięty w czasie w przypadku topnieniu śniegu czy lodu
do wymiarowania kanalizacji rozważane są wyłącznie opady deszczowe jako dające
największe chwilowe odpływy Spływy woacuted pochodzące z topnienia śniegu czy lodu
stwarzają problemy natury jakościowej - są silnie zanieczyszczone min pyłami
atmosferycznymi po długim okresie zalegania na powierzchni terenu Ogoacutelnie zjawisko
opadoacutew deszczowych charakteryzują 3 parametry
intensywność deszczu I = ΔhΔt (zmiany wysokości opadu Δh w czasie Δt)
czas trwania deszczu t
zasięg terytorialny F
Intensywność deszczu nie jest stała w czasie jego trwania jak też w przestrzeni objętej
opadem Deszcze wyjątkowo intensywne (tzw ulewne czy nawalne) zdarzają się rzadko (raz
na kilka czy raz na kilkanaście lat) trwają kroacutetko i mają mały zasięg terytorialny Przykład
lokalne bdquooberwanie chmuryrdquo Deszcze mało czy średnio intensywne występują częściej
trwają dłużej i obejmują większe obszary Przykład opad regionalny typu bdquokapuśniaczekrdquo UWAGA W kanalizacji posługujemy się częściej pojęciem jednostkowego natężenia
deszczu q w dm3s ha zamiast intensywności deszczu I = ΔhΔt w mmmin Między tymi
wielkościami zachodzi związek wynikający z przeliczenia jednostek miar
q = 16667∙I (63)
i odwrotnie I = q 16667
Zasięg deszczu (w km2) opisuje w przybliżeniu formuła Rosłońskiego dla I lt 5
mmmin
F = 5(5 ndash I)3 (64)
Przykładowo
- dla I = 1 mmmin (q = 167 dm3s ha) - F = 320 km2 (- obszar dużego miasta)
- dla I = 2 mmmin (q = 333 dm3s ha) - F = 135 km2 (- mniejsze miasto)
- dla I = 3 mmmin (q = 500 dm3s ha) - F = 40 km2 (- dzielnica miasta)
- dla I = 4 mmmin (q = 667 dm3s ha) - F = 5 km2 (- osiedle mieszkaniowe)
612 POROacuteWNANIE ILOŚCIOWE SPŁYWOacuteW DESZCZOWYCH ZE ŚCIEKAMI
Nie cały opad na obszarze zurbanizowanym - zlewni deszczowej o całkowitej
powierzchni F spływa do kanalizacji Część opadu deszczowego zwilża powierzchnie i
wyparowuje część wypełnia nieroacutewności terenu i wsiąka w grunt bądź też odpływa poza
zlewnię zgodnie ze spadkiem terenu Wysokość opadu ktoacutera nie stała się częścią spływu
określa się jako straty Pozostała część ndash tzw opad efektywny (dający już spływ
powierzchniowy) związany jest z tzw zlewnią zredukowaną Fzr (szczelną)
FFzr (65)
gdzie
ψ - wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego ψ = (H ndash (E + straty))H ψ[0 1]
H - wysokość opadu normalnego (średniego rocznego z wielolecia min 30 lat) mrok
E - wysokość parowania terenowego mrok bdquostratyrdquo - głoacutewnie wsiąkanie mrok
KANALIZACJA I
45
Przykładowe poroacutewnanie spływoacutew ściekoacutew i woacuted opadowych w roacuteżnym czasie
Jednostkową wielkość spływu powierzchniowego z opadoacutew w okresie obliczeniowym
np 1 roku z powierzchni zlewni F = 10 ha oszacować można (w m3rok) z wzoru
FHQ (66)
Przyjmując dla Polski opad normalny H = 060 m spływ woacuted opadowych z 1 ha
powierzchni przykładowo zlewni miejskiej przy średnim wspoacutełczynniku spływu ψ = 03
wyniesie
Odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych z 10 ha zabudowy miejskiej przy przyjęciu
gęstości zaludnienia Z = 200 Mkha i wskaźnika odpływu ściekoacutew qj = 02 m3Mk∙d ndash wraz z
usługami wyniesie w roku
rokmha
haMk
dMkmdFZqQ j
rocz
ść
33
1460001200)(
20365365
odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych jest ok 8 razy większy od odpływu woacuted opadowych
18180014600 rocz
op
rocz
ść QQ
Poroacutewnując jednak odpływy woacuted deszczowych i ściekoacutew w kroacutetkich okresach czasu -
w czasie trwania intensywnych opadoacutew (miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew
ogoacutelnospławnych i deszczowych) powyższe relacje odwroacutecą się Przykładowo przyjmując
średnie natężenie deszczu np q = 100 dm3s ha przy wspoacutełczynniku spływu ψ = 03
otrzymamy z powierzchni 1 ha
sdmhahasdmFqQ sek
op
33
300130)(100
a maksymalny godzinowy odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych przy Nd = 13 Nh = 20
qj = 200 dm3Mkmiddotd i Z = 200 Mkha wyniesie z powierzchni 1 ha
sdmha
haMk
dMkdmFZqNNQ jhd
sek
ść
33
2186400
01200)(
20023186400
Wynika stąd stosunek 252130 sek
ść
sek
op QQ 1 (czasem nawet 1001 - przy bardzo
rzadkich częstościach występowania intensywnych opadoacutew)
62 POMIARY OPADOacuteW DESZCZOWYCH 621 DESZCZOMIERZE KLASYCZNE
Do rejestracji wysokości opadoacutew atmosferycznych powszechnie stosowany jest
deszczomierz Hellmanna (rys 62) Składa się z cylindrycznej osłony i dwoacutech naczyń
montowanych na wysokości 10 m npt Naczynie goacuterne zakończone lejkiem kieruje opady
do naczynia dolnego - zbiornika Średnica wlotu wynosi 1596 cm stąd F = 200 cm2 Zwarta
budowa urządzenia zmniejsza parowanie Deszczomierze umieszcza się w okolicy
pozbawionej wysokich drzew
Rys 62 Deszczomierz Hellmanna
rokmmrokmFHQrocz
op
32 1800100003060
KANALIZACJA I
46
Odczyty odbywają się raz na dobę (najczęściej o godz 7 rano) Woda przelewana jest
woacutewczas ze zbiornika do szklanej menzurki gdzie odczytuje się jej objętość skąd wysokość
opadu h = VF (10 mm wysokości opadu oznacza 10 dm3m2)
Deszczomierz Hellmanna nie pozwala na rejestrację zmian intensywności opadoacutew w
czasie czy też czasu trwania poszczegoacutelnych faz opadoacutew Do tego celu służą (od połowy XX
wieku) tzw pluwiografy pływakowe - z graficznym zapisem zdarzeń na pluwiogramach
papierowych (rys 63) Dokładność pomiaru i zapisu takich urządzeń jest rzędu 01 mm
wysokości opadu tj 01 dm3m2
Rys 63 Schemat pluwiografu pływakowego
622 DESZCZOMIERZE NOWEJ GENERACJI - BEZOBSŁUGOWE
Pluwiometry wagowe Istotną wadą klasycznych deszczomierzy jest ich uciążliwa
obsługa - codzienna w przypadku deszczomierza Hellmanna i co kilka dni w przypadku
pluwiografu pływakowego (w tym także obecnie konieczność digitalizacji zapisoacutew na
pluwiogramach papierowych do formatu cyfrowego - do ich interpretacji czy archiwizacji)
Rozwoacutej automatyki elektroniki i radiotelefonii nowej generacji skutkował opracowaniem
nowych konstrukcji urządzeń do rejestracji opadoacutew deszczowych (ciekłych) i śnieżnych
(stałych) zwanych też pluwiointensometrami
Rys 64 Schemat pluwiointensometru wagowego
Pluwiointensometry wagowe pozwalają na rejestrację opadoacutew atmosferycznych (śniegu
i deszczu - opad łączny) z dokładnością do 001 mm wysokości opadu (h) Termostat z
grzałką umożliwia eksploatację urządzenia w okresach wczesnowiosennych i
poacuteźnojesiennych ndash przymrozki (rys 64) Pluwiogram w zapisie cyfrowym jest analogiczny
do wyżej omoacutewionego (papierowego) przesyłany może być drogą radiową do centrali
KANALIZACJA I
47
Pluwiometry korytkowe Deszczomierze z naczyniami wywrotnymi (korytkami)
stosowane są w automatycznych stacjach meteorologicznych min od 2007 r w sieci
IMGW-PIB - deszczomierze typu RG 50 firmy SEBA Wyposażone są w dwa na przemian
napełniane i oproacuteżniane zbiorniczki o małej pojemności (2 cm3)
Rys 65 Fragment zapisu opadu z dnia 7 VII 2009 r z deszczomierza SEBA na
stacji IMGW w Legnicy (suma wysokości opadu 1820divide2255 ndash h = 387 mm)
Impulsy zadziałania rejestrowane są z dokładnością sekundową i wysyłane drogą
radiową do centrali w zapisie cyfrowym - w formie zestawień tabelarycznych wykresoacutew
słupkowych (hietogramoacutew) czy pluwiogramoacutew - przykład na rysunku 65 Jeden impuls
odpowiada opadowi o wysokości h = 01 mm (tj 01 dm3m2)
623 DOKŁADNOŚĆ POMIAROacuteW OPADOacuteW I REPREZENTATYWNOŚĆ STACJI
Rejestratory elektroniczne mają istotne wady W odniesieniu do tradycyjnych
pluwiografoacutew pływakowych ktoacutere funkcjonują w zasadniczo niezmienionej postaci od
kilkudziesięciu lat urządzenia automatyczne są wrażliwe na zanieczyszczenia i ulegają często
rozregulowaniu a co za tym idzie ich wskazania stają się woacutewczas niemiarodajne
Przestawiając system pomiarowy wyłącznie na rejestrację elektroniczną nie można
więc zapominać o okresowych kontrolach i kalibracji tych urządzeń - na podstawie
tradycyjnych metod i urządzeń pomiarowych (jak np deszczomierz Hellmanna czy
pluwiograf pływakowy) Na rysunku 66 przedstawiono przykład rejestracji opadoacutew na stacji
meteorologicznej IMGW-PIB w Legnicy przez kilka urządzeń celem weryfikacji wynikoacutew
Rys 66 Deszczomierze na stacji meteorologicznej IMGW w Legnicy od lewej
pluwiografy pływakowy i korytkowy (SEBA) oraz deszczomierz Hellmanna
63 CHARAKTERYSTYKA ILOŚCIOWA OPADOacuteW
631 KRZYWE WZORCOWE OPADOacuteW
O zjawisku (tzw reżimie) opadowym określonego obszaru decyduje
położenie geograficzne
odległość od moacuterz i oceanoacutew
ukształtowanie powierzchni i wyniesienie nad poziomem morza
pokrycie i sposoacuteb użytkowania terenu
KANALIZACJA I
48
Ekstremalnie intensywne opady występujące w warunkach polskich nie roacuteżnią się
znacząco pod względem zwłaszcza dobowych sum wysokości od notowanych w krajach
ościennych (położonych na granicy klimatu morskiego i kontynentalnego jak Niemcy czy
Czechy) podobnie jak i opady we Wrocławiu (na Strachowicach) w poroacutewnaniu do
Warszawy (na Bielanach) ndash tabela 62
Tab 62 Maksymalne wysokości opadoacutew (w mm) o czasie trwania od 5 minut do 72 godzin w
wybranych krajach Europy na tle Wrocławia (Strachowice) i Warszawy (Bielany) [1 2]
Kraj
Miejscowość
Czas trwania opadu
minuty godziny doby
5 10 15 30 1 2 3 6 12 1 2 3
Polska 253 80 798 126 1761 1179 220 2218 - 300 428 557
Niemcy - 126 - 40 200 239 246 112 - 312 3799 458
Czechy 298 398 502 799 928 117 1266 1585 2036 3451 380 5367
Wrocław 131 187 247 329 353 577 619 631 642 801 1039 1169
Warszawa 206 219 28 366 408 495 504 57 68 801 1097 1133
Podstawową formą ilościowego opisu opadoacutew deszczowych są modele na zależność
intensywności I (mmmin) lub natężenia jednostkowego q (dm3s ha) bądź wysokości h (mm)
opadu od czasu jego trwania t i prawdopodobieństwa wystąpienia p lub zamiennie częstości
(powtarzalności) C opadu (lata) typu
( ) ( ) ( )I I t p q q t p h h t p (67)
Związek intensywności (czy natężenia jednostkowego) bądź wysokości opadu z czasem
jego trwania prezentowany jest najczęściej w postaci krzywych typu IDF (Intensity-Duration
Frequency) bądź typu DDF (Depth-Duration Frequency) dla roacuteżnych prawdopodobieństw p
(zamiennie częstości C) wystąpienia opadu Krzywe te stanowią rodzinę hiperbol o roacutewnaniu
cbt
aI
n
)( (68)
w ktoacuterym a b c n - wspoacutełczynniki empiryczne zależne od prawdopodobieństwa pojawienia
się danego deszczu oraz od czynnikoacutew klimatycznych i fizjograficznych zlewni
Krzywe deszczy typu IDF czy DDF są tworami syntetycznymi ustalanymi na
podstawie materiału empirycznego Na ich podstawie tworzony jest opad blokowy - o stałej
wartości natężenia w czasie ktoacutery jest podstawą wymiarowania kanalizacji deszczowej
632 ZWIĄZEK NATĘŻENIA OPADU Z CZĘSTOŚCIĄ WYSTĘPOWANIA
Zależność pomiędzy natężeniem jednostkowym a czasem trwania deszczu o określonym
prawdopodobieństwie pojawiania się - czyli częstości występowania (tj powtarzalności w
latach) przedstawiono poglądowo na rysunku 68
Rys 68 Zależność typu IDF - natężenia jednostkowego q od czasu trwania t deszczu o określonym
prawdopodobieństwie p pojawiania się ndash zamiennie częstości występowania C
KANALIZACJA I
49
Prawdopodobieństwo (p) pojawienia się danego deszczu z częstością (C) jego
występowania ujmuje związek
C
p100
(69)
gdzie p ndash prawdopodobieństwo występowania deszczu wyrażane w (bądź w ułamku
woacutewczas p = 1C) określa ile razy w przeciągu 100-lecia zostanie osiągnięte lub
przekroczone dane natężenia deszczu q (w dm3s ha)
C ndash częstość pojawiania się deszczu wyrażana w latach oznacza że w danym C letnim
cyklu zdarzy się przynajmniej raz deszcz o natężeniu roacutewnym lub większym od q
p
C100
(610)
- co interpretujemy jako 1 raz na C lat
W niektoacuterych krajach Europy funkcjonuje pojęcie częstotliwości n występowania opadu
bdquoCzęstotliwośćrdquo df
C
n1
[1rok] (611)
- stąd fizykalnie n = p100 gdy p w oraz n = p gdy p wyrazimy w ułamku (tab 63)
Tab 63 Prawdopodobieństwo (p) częstotliwość (n) a częstość (C) występowania opadoacutew
Z przyczyn ekonomicznych systemy kanalizacyjne nie mogą być tak projektowane aby w
czasie dowolnie intensywnego deszczu zagwarantować pełną ochronę terenu przed wylaniem
Nieopłacalne jest bowiem projektowanie kanalizacji na bardzo niskie prawdopodobieństwo
pojawienia się deszczy np o p = 001 = 1 tj zdarzających się 1 raz na 100 lat gdyż
średnice kanałoacutew byłyby woacutewczas bardzo duże i niewykorzystywane przez dziesięciolecia
Nie można też za pomocą obliczeń w wiarygodny sposoacuteb określić fizycznie największego
(np o C = 100 lat) odpływu ze względu na losowy charakter opadoacutew
Do projektowania odwodnień terenoacutew brane są pod uwagę intensywne opady o
częstości występowania C [1 10] lat oraz o C [10 50] lat - do weryfikacji częstości
wylewoacutew Wymagany standard odwodnienia terenu wg PN-EN 752 definiowany jest jako
przystosowanie systemu kanalizacyjnego do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych)
strumieni woacuted opadowych z częstością roacutewną akceptowanej społecznie częstości wystąpienia
wylania z kanalizacji na powierzchnię terenu [1 2 3]
64 MODELE OPADOacuteW DO PROJEKTOWANIA KANALIZACJI
641 MODELE OPADOacuteW O ZASIĘGU OGOacuteLNOPOLSKIM
Model Reinholda
W 1940 roku Reinhold opublikował zasady projektowania kanalizacji obiektoacutew
komunikacyjnych typu autostrady mosty i wiadukty przejścia i przejazdy pod ulicami czy
lotniska w ktoacuterych sformułował model fizykalny opadoacutew postaci [1 2]
Prawdopodobieństwo
występowania
deszczu p
Częstotliwość
występowania
deszczu n
Częstość
- powtarzalność
deszczu C
[] [-] [rok-1] [1 raz na C lat]
100 1 1 1
50 05 05 2
20 02 02 5
10 01 01 10
5
1
005
001
005
001 20
100
KANALIZACJA I
50
368409
3836840
1
9
38 41154115
C
tq
ntqq (612)
gdzie
q - jednostkowe (maksymalne) natężenie deszczu dm3(s∙ha)
q151 - natężenie deszczu (wzorcowego) o czasie trwania t = 15 min i częstotliwości
występowania n = 1 rok-1 (czyli dla częstości występowania C = 1 rok) dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu min
n - częstotliwość występowania deszczu o natężeniu q lub większym (n = 1C) rok-1
W modelu Reinholda przestrzenna zmienność natężenia opadoacutew (q) uzależniona była
od przyjmowanej wartości lokalnego natężenia deszczu wzorcowego (q151) Po II Wojnie
Światowej model Reinholda był stosowany do projektowania kanalizacji w państwach
zachodnich (Niemcy Szwajcaria Austria) a także w państwach Europy środkowej min w
Polsce Najczęściej do wymiarowania odwodnień terenoacutew przyjmowano q151 = 100
dm3(s∙ha) Obecnie w Niemczech zaleca się odczytywanie jednostkowego natężenia deszczu
wzorcowego z atlasu KOSTRA - indywidualnie dla każdej zlewni miejskiej bowiem q151
zmienia się w granicach od 90 do 170 dm3(s∙ha)
UWAGA model Reinholda (z 1940 roku) zaniża wyniki jednostkowych natężeń
wspoacutełczesnych deszczy o rząd 15 [1 2]
Model Błaszczyka
Dotychczas najczęściej stosowanym do projektowania kanalizacji deszczowej w Polsce
był fizykalny model opadoacutew ndash w postaci wzoru Błaszczyka (z 1954 r)
32
3 26316
t
CHq (614)
gdzie
q - jednostkowe natężenie deszczu dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu min
H - wysokość opadu normalnego (średniego rocznego z wielolecia min 30 lat) mm
C - częstość (powtarzalność) występowania deszczu o natężeniu q z przewyższeniem lata
Wzoacuter Błaszczyka (614) oparty został na analizie statystycznej (79) intensywnych
deszczy zarejestrowanych w Warszawie w latach 1837divide1891 i 1914divide1925 ndash czyli od 180 do
90 lat temu ndash jest obecnie nieaktualny Zmienność opadoacutew na obszarze kraju
scharakteryzowana była za pomocą tzw opadu normalnego (średniego w wieloleciu min 30
lat) Dla wartości średniej dla Polski H = 600 mm wzoacuter Błaszczyka upraszczał się do postaci
32
3470
t
Cq (615)
UWAGA 1 Na podstawie pomiaroacutew na stacji meteorologicznej IMGW-PIB we Wrocławiu z
okresu 1960-2009 wykazano że wzoacuter Błaszczyka zaniża wyniki obecnych jednostkowych
natężeń deszczoacutew o rząd 40 (np q151 = 77 dm3(s∙ha) wobec q151 = 112 dm3(s∙ha)) - wg Kotowski A Kaźmierczak B Dancewicz A Modelowanie opadoacutew do wymiarowania kanalizacji Wyd
Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN Studia z zakresu Inżynierii nr 68 Warszawa 2010
UWAGA 2 Na podstawie ogoacutelnopolskich danych o opadach z lat 1986divide2015 ze 100 stacji
IMGW-PIB wykazano że wzoacuter Błaszczyka zaniża obecne jednostkowe natężenia deszczoacutew
średnio o 33 na terenie całego kraju oraz o 36 w Warszawie - wg Licznar P Siekanowicz-Grochowina K Oktawiec M Kotowski A Burszta-Adamiak E Empiryczna
weryfikacja formuły Błaszczyka do obliczania wartości natężenia deszczu miarodajnego Ochrona Środowiska
2018 vol 40 nr 2 s 17-22
KANALIZACJA I
51
Model Bogdanowicz i Stachy
Bogdanowicz i Stachy na podstawie ogoacutelnopolskich pomiaroacutew deszczy - w latach
1960divide1990 na 20 stacjach meteorologicznych IMGW opublikowali w 1998 roku tzw
bdquocharakterystyki projektowerdquo opadoacutew w postaci modelu probabilistycznego opadoacutew
maksymalnych
5840330
max )ln() (421 ptRth (616)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
t - czas trwania deszczu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p(01]
α - parametr (skali) zależny od regionu Polski i czasu t (rys 610)
R1
R1
R1
Wrocław Wrocław Wrocław
R2
R3
R3
c)b)a)
Rys 610 Regiony opadoacutew maksymalnych a) dla czasoacutew trwania deszczy t [5 60) min b) dla
t [60 720) min c) dla t [720 4320] min (R1 - region centralny R2 - region poacutełnocno-zachodni
R3 - regiony południowy i nadmorski)
Dla p = 1 (czyli dla C = 1 rok) model (616) upraszcza się do funkcji będącej dolnym
ograniczeniem przyjętego rozkładu prawdopodobieństwa postaci
330
max 421 th (617)
Dla prawdopodobieństw przewyższenia p lt 1 (czyli dla C gt 1) w regionie centralnym
Polski (R1) parametr α obliczany jest z wzoroacutew (rys 610)
2491)1ln(6934)( ttR - dla t [5 120) min (618)
63910)1ln(2232)( ttR - dla t [120 1080) min (619)
1735)1ln(013)( ttR - dla t [1080 4320] min (620)
Analogicznie dla regionu poacutełnocno-zachodniego (R2) parametr α obliczany jest z
wzoroacutew (dla czasoacutew trwania opadoacutew ge 60 minut region R2 zanika przechodząc w R1)
6621)1ln(923)( ttR - dla t [5 30] min (621)
619)1ln(1609)( ttR - dla t (30 60) min (622)
Dla regionoacutew południowego i nadmorskiego (R3) parametr α obliczany jest z wzoru
03237)1ln(4729)( ttR - dla t [720 4320] min (623)
UWAGA 1 Model Bogdanowicz i Stachy nie obejmuje obszaroacutew goacuterskich i podgoacuterskich
UWAGA 2 Model Bogdanowicz-Stachy obarczony jest błędem odnośnie wysokości opadoacutew
dla częstości deszczy pojawiających się raz na rok (tj C = 1 rok) Łatwo wykazać że z
przekształcenia wzoru Bogdanowicz-Stachy (617) do postaci wzoru na jednostkowe
natężenie deszczu q (w dm3(s∙ha)) dla p = 1 otrzymamy
q(max) = 2367t 067 (624)
a z wzoru Błaszczyka (615) dla H = 600 mm i C = 1 rok mamy
q = 470t 067 (625)
Tak więc dla C = 1 rok wynik obliczeń q z wzoru (624) jest dwukrotnie mniejszy
UWAGA 3 Dla częstości deszczy C = 2 5 i 10 lat z modelu Bogdanowicz-Stachy
otrzymamy maksymalne natężenia opadoacutew bliskie zmierzonym we Wrocławiu [1 2]
KANALIZACJA I
52
642 MODELE OPADOacuteW O ZASIĘGU LOKALNYM ndash DLA WROCŁAWIA
Model Lambora
Model fizykalny Lambora (z 1953 r) na intensywność opadoacutew we Wrocławiu ma
postać
70)030(
log15743
t
pI (626)
gdzie
I - intensywność opadu deszczu mmh
p - prawdopodobieństwo wystąpienia opadu
t - czas trwania deszczu h
Przykładowo dla t = 15 min i p = 100 (C = 1 rok) z modelu Błaszczyka (615) otrzymujemy
q151 = 77 dm3s ha a z modelu (626) Lambora (dla Wrocławia) q151 = 928 dm3s ha
Model Licznara i Łomotowskiego
Licznar i Łomotowski dla danych pluwiograficznych ze stacji UP Wrocław-Swojczyce
z wielolecia 1975-2002 wyestymowali wspoacutełczynniki empiryczne fizykalnego modelu
opadoacutew o ogoacutelnej postaci
cbt
aq
n
)(max
(627)
gdzie
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadoacutew dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu t [5 180] min
a b c n - wspoacutełczynniki regresji zależne od prawdopodobieństwa empirycznego
Tab 64 Wartości wspoacutełczynnikoacutew a b c i n do wzoru (627)
Prawdopodobieństwo p
10 20 50 100
a = 7138329 a = 8241363 a = 6436455640 a = 1573239
b = -388429 b = 1957292 b = 6488700 b = 4787518
c = -210067 c = 2040978 c = 2062691 c = 6351722
n = 0218073 n = 1752958 n = 3535880 n = 0949642
Modele Kotowskiego i Kaźmierczaka
Dla danych pluwiograficznych z wielolecia 1960-2009 ze stacji IMGW Wrocław-
Strachowice opracowano dwa modele (fizykalny i probabilistyczny) na maksymalną
wysokość opadoacutew we Wrocławiu [1 2]
1 Model fizykalny opadoacutew maksymalnych w zakresie t [5 4320] minut i C [1 50]
lat ma postać
2650
max )4503()5300ln(67716706 tCh (628)
a przekształcony na maksymalne natężenia opadoacutew
12650
max ])4503()5300ln(67716706[7166 ttCq (629)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(s∙ha)
t - czas trwania opadu min
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu (z przewyższeniem) lata
2 Model probabilistyczny (oparty na kwantylu rozkładu prawdopodobieństwa Fishera-
Tippetta typ IIImin) dla zakresu t [5 4320] minut i p [1 001] (tj C [1 100] lat)
KANALIZACJA I
53
8090022202420
max ln 675981059741275834 ptth (630)
a przekształcony na maksymalne jednostkowe natężenia opadoacutew
18090022202420
max ]ln675981059741275834[7166 tpttq (631)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(s∙ha)
t - czas trwania opadu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p (0 1] -
643 POROacuteWNANIE MODELU BŁASZCZYKA Z INNYMI MODELAMI OPADOacuteW
Do celoacutew poroacutewnawczych przyjęto wynik obliczeń natężenia opadu z wzoru
Błaszczyka (qB) za 100 Względne przewyższenia obliczeń q z innych modeli względem
modelu Błaszczyka (qqB) zaznaczono pogrubioną czcionką (tab 65) Przewyższenia qqB
w roacuteżnych zakresach t i C sięgają nawet 60 Przeciętnie są na poziomie o 40 większym
Tab 65 Poroacutewnanie natężeń deszczy obliczonych z modeli roacuteżnych autoroacutew względem modelu
Błaszczyka (qqB) - najczęściej stosowanego w Polsce do wymiarowania kanalizacji
Czę
sto
ść d
eszc
zu
C
lata
Cza
s tr
wa
nia
des
zczu
t m
in
Bła
szcz
yk
qB
= 1
0
(100
)
Rei
nh
old
q151
= 1
00
dm
3s
ha
Bo
gd
an
ow
icz-
Sta
chy
- r
egio
n p
oacutełn
ocn
o-
zach
od
ni
Bo
gd
an
ow
icz-
Sta
chy
- r
egio
n c
entr
aln
y
La
mb
or
- W
rocł
aw
Lic
zna
r- Ł
om
oto
wsk
i
- W
rocł
aw-S
wo
jczy
ce
Ko
tow
ski
-
Ka
źmie
rcza
k
mo
del
fiz
yk
alny
- W
rocł
aw-
Str
ach
ow
ice
Ko
tow
ski-
Ka
źmie
rcza
k
mo
del
pro
bab
ilis
tycz
ny
- W
rocł
aw-
Str
acho
wic
e
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C = 1
10 100 125 050 050 118 127 147 138
15 100 130 050 050 121 128 149 140
30 100 127 050 050 123 125 148 141
60 100 115 050 050 123 119 144 140
120 100 098 050 050 121 117 139 138
180 100 087 050 050 107 120 136 137
C = 2
10 100 129 122 146 124 136 158 144
15 100 134 125 149 127 146 160 149
30 100 131 127 149 129 142 159 153
60 100 118 146 146 130 119 155 153
120 100 101 139 139 128 112 149 150
180 100 090 130 130 127 125 145 148
C = 5
10 100 131 128 157 144 138 146 130
15 100 136 132 161 148 141 150 139
30 100 133 134 161 150 131 149 144
60 100 120 157 157 150 113 145 144
120 100 102 149 149 149 106 139 141
180 100 091 138 138 147 113 136 138
C = 10
10 100 130 120 148 115 125 132 117
15 100 135 124 152 117 128 135 125
30 100 132 126 152 119 135 134 131
60 100 119 148 148 119 132 130 131
120 100 101 140 140 118 105 126 128
180 100 090 130 130 117 067 123 125
UWAGI Z poroacutewnania wynika konieczność zastąpienia wzoru Błaszczyka (z 1954 r)
wspoacutełczesnymi modelami opadoacutew maksymalnych Dla C = 1 rok model Bogdanowicz-Stachy
zaniża wyniki o 50 względem wzoru Błaszczyka Dla częstości C = 2 5 i 10 lat z modelu
Bogdanowicz-Stachy np dla regionu R1 otrzymamy maksymalne natężenia nieznacznie
wyższe względem zmierzonych obecnie we Wrocławiu (czyli w klasie dokładności modeli)
KANALIZACJA I
54
7 DOTYCHCZASOWE METODY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
DESZCZOWEJ
71 METODY CZASU PRZEPŁYWU
711 ZASADY OBLICZENIOWE MCP
Zjawisko opad-odpływ w danej zlewni zurbanizowanej jest zagadnieniem złożonym i
trudnym do uogoacutelnienia Proces spływu woacuted opadowych można podzielić na 3 fazy
tworzenia spływu
koncentracji terenowej
odpływu kanałowego
Tworzenie spływu obejmuje procesy fizyczne takie jak zwilżanie wypełnianie
zagłębień terenu parowanie i wsiąkanie w grunt poprzedzające przekształcenie opadu w
efektywny spływ powierzchniowy Część opadu ktoacutera nie tworzy spływu określa się jako
straty Efektywny spływ powierzchniowy zależy od wielu czynnikoacutew jak
rodzaj i stopień uszczelnienia (utwardzenia) powierzchni
nachylenie terenu (powierzchni przepuszczalnych i nie przepuszczalnych)
natężenie deszczu i czas jego trwania
rodzaj gruntu i pokrycie roślinnością powierzchni przepuszczalnych
wilgotność i temperatura powietrza
Koncentracja terenowa obejmuje przekształcenie powierzchniowo rozdzielonego
opadu efektywnego w powstający w najniższym punkcie rozpatrywanej zlewni hydrogram
odpływu Odgrywają przy tym rolę procesy spływu na powierzchni (przesunięcie w czasie) i
efekty opoacuteźniające (retencja terenowa)
Odpływ w kanałach podlega roacutewnież efektom przesunięcia w czasie i retencji min w
wyniku istnienia oporoacutew przepływu (spowodowanych chropowatością ścian kanałoacutew na
zwilżonym obwodzie) jak i wypełnianiem się kanałoacutew do przepływu obliczeniowego
Wymiarowanie kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej opiera się z konieczności
na założeniach upraszczających Mianowicie zakłada się że
dana zlewnia (F) zasilana jest deszczem o stałym natężeniu - opad blokowy
rozdział powierzchniowy opadu jest roacutewnomierny - zlewnia homogeniczna
- woacutewczas uzyskuje się miarodajny do wymiarowania systemoacutew kanalizacyjnych odpływ
woacuted deszczowych (Qm)
Rys 71 Schemat zlewni deszczowej o powierzchni F
Historycznie wzoacuter wyjściowy na miarodajny odpływ woacuted deszczowych Qm (w dm3s)
ze zlewni ma postać
FqQm (71)
gdzie
q - natężenie jednostkowe deszczu q = q(td C) dm3(s∙ha)
φ - wspoacutełczynnik opoacuteźnienia odpływu (redukcji natężenia deszczu) -
ψ - wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego -
F - powierzchnia zlewni ha
KANALIZACJA I
55
Wspoacutełczynnik opoacuteźnienia (φ) zwany też wspoacutełczynnikiem redukcji natężenia deszczu
związany jest z czasem spływu woacuted deszczowych od najdalszego punktu zlewni do przekroju
obliczeniowego Zależy od wielu czynnikoacutew (opoacuteźnienia i retencji) tj głoacutewnie od czasoacutew
przepływu w kanale (tp) oraz koncentracji terenowej (tk) i retencji kanałowej (tr)
Wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego (ψ) ujmuje stosunek wielkości spływu woacuted
opadowych Qsp ze zlewni (o powierzchni F) do wielkości opadu Qop w tej zlewni
1op
sp
Q
Q (72)
Wartość wspoacutełczynnika spływu zależy głoacutewnie od rodzaju zagospodarowania
(uszczelnienia) terenu zlewni ale także od spadkoacutew powierzchni oraz natężenia deszczu (C)
Dotychczas w wymiarowaniu kanalizacji obliczano zastępczy ndash tj średni ważony
wspoacutełczynnik spływu dla zlewni cząstkowej (podzlewni) przyporządkowanej do danego
odcinka kanału z wzoru
F
F
F
F
FFF
FFF zr
n
i
i
n
i
ii
n
nn
1
1
21
2211
)(
(73)
gdzie
ψi - wspoacutełczynnik spływu (i-tej) powierzchni składowej podzlewni kanału -
Fi - (i-ta) powierzchnia składowa podzlewni F ha
Spływ powierzchniowy utożsamiano ze zlewnią zredukowaną - o roacutewnoważnej
szczelnej powierzchni - Fzr obliczanej ze wzoru
FFzr (74)
UWAGA W projektowaniu odwodnień terenoacutew w Polsce wspoacutełczynnik spływu był błędnie
utożsamiany ndash tylko ze stopniem uszczelnienia powierzchni zlewni - niezależnie od spadkoacutew
terenu oraz natężenia deszczu obliczeniowego (q(t C)) Wartość wspoacutełczynnika spływu (ψi)
danej powierzchni cząstkowej (Fi) zlewni deszczowej określano więc wyłącznie w zależności
od rodzaju pokrycia - stopnia uszczelnienia terenu
Gdy znane były szczegoacutełowe plany zagospodarowania przestrzennego terenoacutew
dachy szczelnehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]95090[
drogi asfaltowe helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]900850[
bruki kamienne klinkierowe helliphelliphelliphelliphelliphellip ]850750[
drogi tłuczniowehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]600250[
drogi żwirowe helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]300150[
parki ogrody łąki zieleńce helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]10000[
Gdy brak było szczegoacutełowych planoacutew zagospodarowania przestrzennego miast
zabudowa zwarta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]7050[
zabudowa luźna helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]5030[
zabudowa willowahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]3020[
powierzchnie niezabudowanehelliphelliphelliphelliphelliphellip ]2010[
parki i duże obszary zieleni helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]1000[
Edel (w 2002 roku) zaproponował uzależnianie wartości wspoacutełczynnika spływu
dodatkowo od spadkoacutew powierzchni co przedstawiono w tabeli 71 Był to już pewien postęp
metodyczny Nadal jednak nie uwzględniano wpływu natężenia opadoacutew deszczu (o danej
częstości występowania) na wartość wspoacutełczynnika spływu co proponuje się obecnie w
metodzie MMN (rozdz 83 [2]) - na wzoacuter niemieckiej metody MWO (wg rozdz 73 [2])
KANALIZACJA I
56
Tab 71 Wartości wspoacutełczynnika spływu w zależności od rodzaju i spadku powierzchni wg Edela
Rodzaj powierzchni
zagospodarowanie
terenu
Spadek powierzchni []
05 10 25 50 75 100
Wartość wspoacutełczynnika spływu ψ
Dachy 085 090 096 098 099 100
Bruki szczelne 070 072 075 080 085 090
Bruki zwykłe 050 052 055 060 065 070
Aleje spacerowe 020 022 025 030 035 040
Parki i ogrody 010 012 015 020 025 030
Grunty rolne 005 008 010 015 020 025
Lasy 001 002 004 006 010 015
Zabudowa zwarta 080 082 085 090 095 100
Zabudowa luźna 060 062 065 070 075 080
Zabudowa willowa 040 042 045 050 055 060
Norma PN-EN 752 podaje tutaj ogoacutelne graniczne wartości
ψ = 10 dla dachoacutew o powierzchni F lt 100 m2 i ψ = 05 dla dachoacutew żwirowych i z
zielenią ekstensywną o F gt 1 ha
ψ = 09divide10 dla powierzchni nieprzepuszczalnych i stromych dachoacutew
ψ = 0divide03 dla powierzchni przepuszczalnych
W przypadku występowania wysokich budynkoacutew powierzchnię dachoacutew zaleca
zwiększać do 30
UWAGA Należy zdawać sobie sprawę z faktu że w wraz z rozwojem miast w efekcie
postępującego doinwestowania terenoacutew rośnie wartość wspoacutełczynnika spływu w skutek
wzrostu stopnia uszczelnienia powierzchni terenoacutew zurbanizowanych
712 WYBOacuteR CZASU TRWANIA DESZCZU MIARODAJNEGO
Po przyjęciu określonej częstości C występowania deszczu obliczeniowego (wg PN-EN
752) pojawia się pytanie jakie jest miarodajne natężenie deszczu (qm) - zależne od
miarodajnego do zwymiarowania kanału czasu jego trwania (tdm) w konkretnym węźle
obliczeniowym
Rys 72 Zależność (typu IDF) natężenia deszczu q od jego czasu trwania td
- dla danej częstości C występowania
UWAGA Każdemu przekrojowi (x) kanału na jego trasie (patrz schemat na rys 73)
odpowiada inny czas spływu deszczu a zatem inna wartość qm(tdm) jest miarodajna do
zwymiarowania kanału w kolejnym przekroju (x+1) Im dalszy przekroacutej obliczeniowy tym
dłuższy czas spływu i tym mniejsze są miarodajne wartości qm - dla danej częstości C
KANALIZACJA I
57
Rys 73 Idea wymiarowania kanałoacutew w poszczegoacutelnych węzłach obliczeniowych zlewni deszczowej
W przekroju x kanału obliczeniowy strumień objętości Qm zapisać można jako
zrdmmzrxm FtqFqQ )(
(76)
gdzie
qφ = qm(tdm) - zredukowane natężenie deszczu (w dm3(s∙ha)) względem miarodajnego do
wymiarowania kanalizacji czasu trwania tdm =
Dla ideowej - modelowej zlewni deszczowej o F = Fzr (rys 75) zostaną rozpatrzone 3
przypadki związane z czasem trwania deszczu (td) w relacji do czasu przepływu (tp) w kanale
deszczowym (A-B) tj od początku zlewni (punktu A) do przekroju obliczeniowego (p B)
I przypadek td gt tp Q max 1
II przypadek td lt tp Q max 2
III przypadek td = tp Q max 3
Okaże się że dla td = tp qm(B) Qm(B) ndash strumień ten będzie największy
Rys 74 Przykładowa krzywa natężenia deszczu o częstości występowania C
Dla przyjętej częstości występowania (C) - z krzywej deszczu typu IDF (rys 74)
ustalono następujące natężenia jednostkowe opadoacutew
dla tdm 1 gt tp q1
dla tdm 2 lt tp q2
dla tdm 3 = tp q3
Rys 75 Schemat ideowy modelowej zlewni deszczowej (F = Fzr) kanału A ndash B
KANALIZACJA I
58
I przypadek td gt tp
Dla modelowej zlewni deszczowej kanału A-B (rys 75) gdy td gt tp = t3
- po czasie t1 do punktu B spłynie deszcz z powierzchni F1 o strumieniu 111 qFQ
- po czasie t2 1212 )( qFFQ
- a po czasie t3 = tp 1max13213 )( QqFFFQ - cała zlewnia objęta już będzie spływem
Rys 76 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td gt tp = t3
II przypadek td lt tp
Na przykład gdy td = t2 lt tp = t3 woacutewczas 211
qFQ oraz 2max2212
)( QqFFQ
Ponieważ q2 gt q1 pomimo że deszcz nie objął całej zlewni to najczęściej Qmax 2 gt Qmax 1
Rys 77 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td lt tp = t3
III przypadek td = tp
Dla td = tp = t3 woacutewczas311
qFQ 3212
)( qFFQ i 3max33213
)( QqFFFQ
Ponieważ q1 lt q3 lt q2 a deszcz obejmuje całą zlewnię to przepływ Qmax 3 w punkcie B
będzie największy (rys 78)
Rys 78 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td = tp = t3
KANALIZACJA I
59
Tak więc gdy maxmpd Qtt - co jest podstawą dotychczasowych metod (czasu
przepływu) wymiarowania kanalizacji w wielu krajach świata tj
metody wspoacutełczynnika opoacuteźnienia (MWO) - w krajach niemieckojęzycznych
rational method - w krajach anglojęzycznych (RM)
metody granicznych natężeń (MGN) ndash dotychczas stosowanej w Polsce
metody maksymalnych natężeń (MMN) ndash zalecanej do stosowania w Polsce [1 2 3]
72 METODA GRANICZNYCH NATĘŻEŃ (MGN)
721 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MGN
W MGN przyjmowano że miarodajny strumień objętości ściekoacutew deszczowych (Qm) w
rozpatrywanym przekroju kanału występuje z pewnym opoacuteźnieniem w stosunku do momentu
rozpoczęcia opadu (co jest prawdą ale tylko po okresie suchej pogody ) o czas niezbędny
na
tk - koncentrację terenową - zwilżenie powierzchni wypełnienie nieroacutewności teren i
dopływ po powierzchni do kanału (poprzez wpust deszczowy)
tr - retencję kanałową - wypełnianie się kanału od wysokości bdquo0rdquo do wysokości
wypełnienia obliczeniowego h(Qm)
tp - przepływ w kanale - od początku kanału do przekroju obliczeniowego
Tak więc w MGN oproacutecz opoacuteźnienia (redukcji) odpływu związanego z czasem
przepływu (tp) uwzględniano dodatkowo czasy opoacuteźnienia-retencji tk i tr ndash czyli dodatkowo
redukujące wartość natężenia jednostkowego opadoacutew stąd dla
)()()( pmdmmdmprkdmd tQtQtqttttt (77)
gdzie FtqtQ dmdmm )()( (78)
lub FtqtQ pdmm )()( (79)
UWAGA Założenia wyjściowe metody MGN są poprawne jedynie w przypadku opadu
deszczu występującego po długim okresie suchej pogody Ponieważ opady kryterialne do
wymiarowania kanałoacutew deszczowych (o częstości C = 1divide10 lat) występują z reguły w
okresach długotrwałej mokrej pogody założenie to prowadzi do niedowymiarowania średnic
kanałoacutew bowiem miarodajny strumień objętości ściekoacutew deszczowych Qm(tdm) jest woacutewczas
zawsze mniejszy od Qm(tp) ndash wg relacji (77) Zostało to wykazane w podręcznikach [1 2] na
przykładach wymiarowania i modelowania działania kanalizacji
Czas koncentracji terenowej - tk
Czas koncentracji terenowej zależy głoacutewnie od rodzaju i stopnia uszczelnienia terenu
spadkoacutew powierzchni oraz natężenia deszczu ale także pośrednio od gęstości zabudowy czy
rozmieszczenia wpustoacutew deszczowych na trasie kanału itp Jest to czas niezbędny na
zwilżenie powierzchni wypełnienie nieroacutewności terenu (- jedynie po okresie suchej pogody)
jak i sam dopływ po powierzchni do wpustu deszczowego i dalej przykanalikiem do kanału
UWAGA 1 Z punktu widzenia niezawodności działania kanalizacji bezpieczniejsze jest
pomijanie wartości tk Czas tk powiększa bowiem czas trwania deszczu a więc redukuje
natężenie q(tdm) miarodajne do wymiarowania kanałoacutew Qm(tdm) lt Qm(td = tp)
UWAGA 2 W przypadku serii występujących po sobie intensywnych opadoacutew wartość tk jest
znikomo mała
UWAGA 3 Koncentracja terenowa jest pomijana w niemieckich metodach czasu przepływu
wymiarowania kanalizacji deszczowej
KANALIZACJA I
60
Prawdopodobieństwo p (zamiennie częstość C) pojawiania się deszczu miarodajnego
było przyjmowane w dostosowaniu do zalecanych woacutewczas standardoacutew ochrony terenoacutew
przed wylaniami ndash odrębnych dla kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej Według WTP z
1965 r uśredniony czas tk - w warunkach miejskich przyjmowano od 2 do 10 minut Wg
Zasad planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych w aglomeracjach miejsko -
przemysłowych i dużych miastach z 1984 r zmniejszono zalecane czasy koncentracji
terenowej tk z 2divide10 minut do 2divide5 minut (tab 71 [2])
Tab 71 Zalecane prawdopodobieństwa (częstości) występowania deszczu miarodajnego do
projektowania kanalizacji w Polsce wg WTP z 1965 r
Lp
Warunki terenowe w zlewni deszczowej
Prawdopodobieństwo p (częstość C)
występowanie opadoacutew dla
kanalizacji
Czas
koncentracji
terenowej
tk min - deszczowej - ogoacutelnospławnej
1 Kanały boczne w płaskim terenie 100 (C = 1 rok) 50 (C = 2 lata) 10 (5)
2 Kolektory kanały boczne przy spadku
terenu powyżej 2
50 (C = 2 lata) 20 (C = 5 lat) 5 (2)
3 Kolektory w głoacutewnych ulicach o trwałych
nawierzchniach kanały boczne przy spadku
terenu powyżej 4
20 (C = 5 lat) 10 (C = 10 lat) 2
4 Szczegoacutelnie niekorzystne warunki terenowe
(niecki o utrudnionym odpływie zbocza
głębokie piwnice przy gęstej zabudowie)
10 (C = 10 lat) 5 (C = 20 lat) 2
5 Rowy otwarte w obrębie miast 10 (C = 10 lat) 2 (C = 50 lat) 2
wartości zalecane wg bdquoZasad planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych helliprdquo z 1984 r
wartości zalecane do projektowania przepustoacutew pod torami kolejowymi w wojewoacutedztwie dolnośląskim
Czas retencji kanałowej - tr
W okresie braku opadoacutew kanały deszczowe są prawie puste Płyną jedynie wody
przypadkowe najczęściej infiltracyjne Czas wypełniania się kanałoacutew do wysokości
obliczeniowej h(Qm) tj wypełnienia normalnego hn(Qm) w ruchu roacutewnomiernym w MGN
wyrażano w procentach czasu przepływu (tp) ściekoacutew - od początku sieci do przekroju
obliczeniowego Czas ten szacowany był na
tr = (14 divide 20) tp (711)
Wg zaleceń WTP z 1965 r w MGN należało przyjmować wartość tr w wysokości 20
czasu tp czyli tr = 02tp
UWAGA 1 Z punktu widzenia niezawodności działania kanalizacji bezpieczniejsze jest
pomijanie czasu retencji kanałowej bowiem wartość tr znacznie redukuje natężenie deszczu
q(tdm) miarodajne do wymiarowania kanałoacutew w MGN
UWAGA 2 W przypadku wystąpienia serii intensywnych opadoacutew czas tr ma małą wartość ndash
kanały są częściowo wypełnione po poprzednim opadzie
UWAGA 3 Czas tr jest pomijany w obliczeniach kanalizacji metodami czasu przepływu
stosowanymi w Niemczech (MWO MZWS) gdzie przyjmuje się td = tp
722 TOK OBLICZEŃ W WYMIAROWANIU KANAŁOacuteW w MCP
Czas przepływu ściekoacutew tp (w minutach) w kanale A-B (wg rys 79) - od jego początku
(A) do przekroju obliczeniowego (B) określa się z wzoru
60
Lt p (712)
- znając długość kanału L (w m) i prędkość przepływu υ (w ms)
KANALIZACJA I
61
Przykład Dla danych Qm(B) i projektowanego spadku dna kanału ik należy dobrać przekroacutej
(średnicę) kanału i ustalić wypełnienie h( ) oraz prędkość υ( ) przepływu (dla Qm(B) ik
h( ) υ( ))
Rys 79 Schemat przykładowej zlewni deszczowej do doboru średnicy kanału A-B
UWAGA Ponieważ do obliczenia strumienia objętości Qm(B) potrzebny jest nieznany a priori
- rzeczywisty czas przepływu tp toteż wymiarowanie kanału prowadzi się iteracyjnie W
pierwszym przybliżeniu w MCP zakłada się bdquodowolnąrdquo prędkość przepływu np υz(1) = 10
ms i oblicza czas przepływu tp(1) = L60υz(1)
Przykładowo w MGN wyznaczano bdquomiarodajnyrdquo czas trwania deszczu tdm(1) z wzoru
krpdm tttt (713)
w ktoacuterym podstawiano za tr = 02tp stąd
kpkppdm tttttt 2120 (714)
Dalej - w 1 przybliżeniu w MPC należy obliczyć natężenie jednostkowe deszczu
miarodajnego q(tdm)(1) a następnie strumień objętości Qm(tdm)(1) oraz dobierać wymiar kanału
z ustaleniem jego wypełnienia h(1) oraz bdquorzeczywistejrdquo prędkość przepływu υrz(1)
W 2 przybliżeniu dla nowo założonej prędkości υz(2) = υrz(1) należy obliczyć nowe
czasy tp(2) i tdm(2) oraz strumienie q(tdm)(2) i Qm(tdm)(2) Dla dobranej już średnicy kanału należy
ustalić nowe wartości h(2) oraz υrz(2) Obliczenia należy prowadzić do momentu aż prędkość
rzeczywista w n-tym przybliżeniu υrz(n) dla Qm(n) w dobranym kanale o wypełnieniu h(n)( )
nie roacuteżni się więcej niż plusmn 01 ms od υrz(n-1)
Przykładowo w MGN dla kanału złożonego z wielu odcinkoacutew obliczeniowych czas tp
był sumowany - od początku kanału do ostatniego przekroju obliczeniowego z wzoru
kpdm ttt 21 (716)
a minimalny czas trwania deszczu miarodajnego przyjmowano jako
tdm min = 10 min
- co oznaczało w praktyce że bdquokroacutetkierdquo kanały - na początkowych odcinkach sieci gdzie tdm le
10 minut były wymiarowane na stały opad q10(C) tj dla tdm = 10 minut
724 METODA UPROSZCZONA ndash STAŁYCH NATĘŻEŃ (MSN)
Do wymiarowania kanalizacji deszczowej stosowana była też uproszczona metoda
zwana metodą stałych natężeń (MSN) mająca jednak ograniczone zastosowanie - do
projektoacutew wstępnych i do zlewni o F le 50 ha Nie wyznaczano tutaj czasu trwania deszczu
miarodajnego a natężenie deszczu redukowano najczęściej funkcją uwzględniającą przyrost
powierzchni zlewni (F) Wzoacuter do obliczania miarodajnego strumienia Qm (w dm3s) w MSN
ma postać
zrIICm FqQ )(10 (723)
gdzie
q10C - natężenie jednostkowe deszczu o czasie trwania tdm = 10 minut dla danej częstości
występowania C lat (w dm3(s∙ha)) obliczane z wzoru (717) Błaszczyka postaci
KANALIZACJA I
62
constAA
t
CHq
dm
C 64410
6316667032
3 2
10 (724)
φ(II) - wspoacutełczynnik redukcji natężenia deszczu (oznaczony w MSN indeksem II - dla
odroacuteżnienia od MGN) obliczany najczęściej z formuły Buumlrkli-Ziglera w
zależności od wielkości powierzchni zlewni dla F ge 10 ha
nII
F
1)( (725)
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha
n - parametr zależny od spadkoacutew powierzchni terenu i kształtu zlewni -
Dla przeciętnych warunkoacutew terenowych gdy spadek terenu warunkuje prędkość
przepływu w kanałach rzędu 12 ms a długość zlewni była około dwa razy większa niż jej
szerokość zalecano przyjmowanie (intuicyjnie) n = 6 Dla spadkoacutew mniejszych i zlewni
wydłużonych n = 4 a dla spadkoacutew większych i zlewni zwartych n = 8
UWAGA MSN jako nie należąca do tzw metod czasu przepływu w świetle zaleceń PN-
EN 752 nie powinna być stosowna do wymiarowania kanalizacji deszczowej
725 OSOBLIWOŚCI OBLICZENIOWE W MCP
Wszystkie metody czasu przepływu wymagają obliczeń sprawdzających tj poroacutewnań
aktualnie obliczanej wartości Qm(x) - w węźle (przekroju) niżej położonym względem
obliczonej już wartości Qm(x-1) - w węźle (przekroju) wyżej położonym W tzw zlewni
regularnej zawsze
Qm(x) ge Qm(x-1) (726)
W przypadku gdy Qm(x) lt Qm(x-1) - do wymiarowania dolnego odcinka kanału należy
przyjmować większą wartość strumienia tj Qm(x-1) - z goacuternego odcinka Dotyczy to
przypadkoacutew występowania tzw zlewni nieregularnych tj
zlewni o roacuteżniących się znacznie parametrach podzlewni (Fi ψi li iihellip)
występowania kanałoacutew tranzytowych
połączeń w węźle kilku kanałoacutew
Przykład zlewni regularnej kanału A-B-C przedstawiono poglądowo na rys 712
Rys 712 Schemat zlewni regularnej kanału deszczowego A-B-C (Fc ψsr = Fzr c Fc = F1 + F2)
Cechy szczegoacutelne przykładowej zlewni regularnej
kanał A-B-C złożony jest z dwoacutech odcinkoacutew o podobnych długościach l1 + l2 = l
podzlewnie deszczowe F1 i F2 są podobnej wielkości
wspoacutełczynniki spływu ψ1 i ψ2 są podobnej wartości
spadki terenu czy dna kanałoacutew i1 i i2 są podobnej wartości
Dla zlewni regularnej
QmC gt QmB
)(1)(2 BC DD
zrmm FqQ - strumień zwiększa się
pomimo że maleje qm ale szybciej rośnie Fzr
średnice kanałoacutew nie mogą maleć
wraz ze wzrostem długości kanału
KANALIZACJA I
63
Przykłady obliczeń zlewni nieregularnych ndash konieczne sprawdzenia Qm w węzłach
Nieregularność zlewni powodowana jest najczęściej znacznymi roacuteżnicami wielkości
powierzchni zlewni cząstkowych (Fi) bądź wspoacutełczynnikoacutew spływu (ψi) na wymiarowanych
odcinkach (i) kanału lecz nie tylko Nieregularność może być też wywołana znacznymi
roacuteżnicami wartości takich parametroacutew kanału jak długość czy spadek dna a więc
związanych z czasem przepływu (tp) Dla przykładu w podręcznikach [1 2] przedstawiono 4
klasyczne przykłady występowania zlewni nieregularnych - zwanych także wspoacutełzależnymi
lub wzajemnie oddziaływującymi na siebie Poniżej omoacutewiono 2 - najczęstsze przypadki
Przykład 1 21
Rys 713 Schemat zlewni nieregularnej gdy ψ1 gtgt ψ2
Wymiarowanie w przekroju B (odcinka A-B o długości l1 ndash rys 713)
1
1
1 )()(60
zrdmBmBdmBdmBpAB FtqQtqtl
t
Wymiarowanie w przekroju C (odcinka B-C o długości l2)
2
2
60
lt pBC )()()( 21 zrzrdmCmCdmCdmCpACpBCpABp FFtqQtqttttt
Sprawdzenie relacji wynikoacutew obliczeń strumieni QmB i QmC
- jeżeli QmB gt QmC to odcinek B-C wymiarujemy na strumień QmB Ma to miejsce zawsze
woacutewczas gdy pACpAB tt i jednocześnie 21 zrzr FF
Uzasadnienie prawdziwości hipotezy podano na rys 714
Rys 714 Wpływ relacji tpAB ltlt tpAC i Fzr1gtgt Fzr2 na wynik obliczeń strumieni QmB i QmC
KANALIZACJA I
64
Przykład 2 Połączenie dwoacutech kanałoacutew w węźle początkowym sieci
Założenie wyjściowe tp1 ltlt tp2 - wg rys 718
Rys 718 Schemat zlewni nieregularnej wywołanej połączeniem kanałoacutew węźle C gdy tp1 ltlt tp2
Kanał A-C wymiarujemy na strumień miarodajny w węźle C QmAC - dla czasu przepływu tp2
Kanał B-C wymiarujemy na strumień miarodajny w węźle C QmBC - dla czasu przepływu tp1
Kanał C-D wymiarujemy na strumień miarodajny dla węzła D - największy z 4 możliwych
1) dla sumy czasoacutew tp2 + tp3 i zlewni Fzr = Fzr1 + Fzr2 + Fzr3 (najczęściej w praktyce)
2) dla sumy czasoacutew tp1 + tp3 i zlewni Fzr = Fzr1 + Frsquozr2 + Fzr3 (sprawdzenie)
3) dla czasu tp2 i zlewni Fzr = Fzr1 + Fzr2 (sprawdzenie)
4) dla czasu tp1 i zlewni Fzr = Fzr1 + Frsquozr2 (sprawdzenie)
Aby obliczyć Frsquozr2 (do sprawdzeń 2 i 4) należy określić położenie punktu Arsquo tak aby
czas przepływu od Arsquo do C był roacutewny tp1 tzn długość odcinka ArsquoC = tp1 2 Zakładając
proporcjonalny do długości kanału przyrost powierzchni zlewni
2
2
zr
zr
F
F
AC
CA (727)
Otrzymamy
AC
FCAF zr
zr2
2
(728)
73 METODA WSPOacuteŁCZYNNIKA OPOacuteŹNIENIA
731 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MWO
W metodzie wspoacutełczynnika opoacuteźnienia (MWO) należącej do MCP pomija się czasy
retencji terenowej i kanałowej - czyli przyjmuje się z założenia td = tp Wyznaczone w ten
sposoacuteb spływy woacuted deszczowych (Qm) są miarodajne do bezpiecznego wymiarowania
kanałoacutew deszczowych (są one znacznie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN)
W MWO miarodajny strumień woacuted deszczowych Qm (dla td = tp) określa się z wzoroacutew
KANALIZACJA I
65
- dawniej (do 1999 r)
FCtqQ sdm )(115 (729)
- obecnie (od 1999 r)
FCtqQ sdm )( (730)
gdzie
q151 - wzorcowe jednostkowe natężenie deszczu - o czasie trwania td = 15 minut i
częstości występowania C = 1 rok przyjmowane dawniej jako średnie dla
Niemiec q151 = 100 dm3s ha Obecnie ustalane z atlasu KOSTRA q151 [90
170] dm3(s∙ha)
(tdC) - wspoacutełczynnik opoacuteźnienia odpływu (redukcji natężenia deszczu) dla czasu trwania
deszczu td (w minutach) i częstości wystąpienia C (w latach)
368409
38)( 4
C
tCt
d
d (731)
q(tdC) - miarodajne (maksymalne) natężenie jednostkowe deszczu (w dm3(s∙ha)) dla
czasu trwania td = tp i częstości występowania C obecnie ustalane na podstawie
krzywych IDF z atlasu KOSTRA - indywidualnie dla każdej miejscowości
ψs - szczytowy wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych przyjmowany w zależności
od stopnia uszczelnienia powierzchni nachylenia terenu i natężenia deszczu
wzorcowego - q15C -
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha
Miarodajne do wymiarowania kanalizacji - zredukowane jednostkowe natężenie deszczu
wg bdquostaregordquo wzoru (729)) wynosi więc
)36840(9
38)( 4
115115
Ct
qCtqd
d (732)
Np dla q151 = 100 dm3(s∙ha) z (732) otrzymamy natężenia deszczy zależne od C
q152 = 130 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 2 lata ((tdC) = 1300)
q155 = 180 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 5 lat ((tdC) = 1784)
q1510 = 225 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 10 lat ((tdC) = 2232)
Najkroacutetsze miarodajne czasy trwania deszczu (td min) przyjmowane są w MWO w
zależności od spadku terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni ndash wg tab 75
Tab 75 Najkroacutetsze czasy trwania deszczu (td min) w MWO w zależności
od spadku terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni wg ATV A-118
W MWO maksymalny spływ powierzchniowy (Qm dawniej wg (729) lub obecnie wg
(730)) pochodzi z miarodajnej - zredukowanej zlewni deszczowej o zastępczej
powierzchni
Fm zr = ψs middot F
Wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu (ψs) zależy od stopnia uszczelnienia
zlewni (ψ) i spadkoacutew powierzchni terenu (it) oraz od natężenia ndash częstości deszczu (C) (wg
tab 76)
Średni spadek
terenu
Stopień
uszczelnienia
Minimalny czas
trwania deszczu
Deszcz
obliczeniowy
lt 1 le 50 15 minut q15C
gt 50 10 minut
q10C 1 do 4 gt 0 10 minut
gt 4 le 50 10 minut
gt 50 5 minut q5C
KANALIZACJA I
66
Tab 76 Szczytowe wspoacutełczynniki spływu (s) dla roacuteżnych natężeń (częstości) deszczy
obliczeniowych (q15C) o czasie trwania 15 minut w zależności od grupy spadkoacutew terenu (it)
oraz stopnia uszczelnienia (ψ) wg ATV A-1181999 DWA A-1182006 cytow w [1 2]
() Stopnie uszczelnienia le 10 wymagają uwzględnienia lokalnych uwarunkowań wspoacutełczynnika s
() natężenia q15C = 100 130 180 i 225 dm3(s∙ha) odpowiadają C = 1 2 5 i 10 lat
732 OSOBLIWOSCI OBLICZENIOWE W MWO
Procedura wymiarowania hydraulicznego kanalizacji deszczowej wg MWO jest
podobna jak w MGN W szczegoacutelności dla każdego przekroju obliczeniowego kanału (węzła
x sieci) wyznacza się miarodajny czas trwania deszczu (td) odpowiadający sumarycznemu
czasowi przepływu (tp) w kanałach (sieci) wyżej położonych (td = tp)
Dla bardzo zroacuteżnicowanych powierzchni cząstkowych zlewni - pod względem kształtu
spadkoacutew terenu czy wartości wspoacutełczynnikoacutew spływu szczytowego występowanie zlewni
wspoacutełzależnych (oddziałujących na siebie) ndash czyli nieregularnych jest często spotykane [1
2] Przykładowo w przypadku połączenia większej liczby (n) kanałoacutew o zroacuteżnicowanych
czasach przepływu (tpi) wyznacza się skorygowany - średni ważony czas przepływu tps z
wzoru
n
mi
n
mipips QQtt11
(737)
8 WSPOacuteŁCZESNE STANDARDY ODWODNIENIA TERENOacuteW
ZURBANIZOWANYCH
81 WYMAGANIA DO WYMIAROWANIA KANALIZACJI DESZCZOWEJ
Z przyczyn ekonomicznych systemy kanalizacyjne na terenach zurbanizowanych nie
mogą być tak projektowane aby dla każdego intensywnego opadu deszczu w wieloleciu
mogły zagwarantować pełną ochronę terenoacutew przed wylaniem tj zapobiec w pełni szkodom
w wyniku podmoknięcia terenu czy podtopienia budowli czy też utrudnieniom
komunikacyjnym Zapewnienie odpowiedniego standardu odwodnienia terenu definiuje się
jako przystosowanie sieci kanalizacyjnej do przyjęcia maksymalnych - prognozowanych
strumieni woacuted opadowych z częstością roacutewną dopuszczalnej - akceptowalnej społecznie
częstości wystąpienia wylania na powierzchnię terenu
Określenie dopuszczalnych częstości z jaką średnio w okresie wieloletnim użytkownik
systemu kanalizacyjnego ma tolerować występowanie zaburzeń w funkcjonowaniu
kanalizacji powinno uwzględniać każdorazowo we właściwy sposoacuteb miejscowe
uwarunkowania terenu (tab 81)
Stopień
uszczel-
nienia
terenu
ψ
Szczytowe wspoacutełczynniki spływu s
Grupy spadkoacutew terenu
1) it le 1 2) 1 lt it le 4 3) 4 lt it le 10 4) it gt 10
Wzorcowe natężenie deszczu q15C - w dm3s ha ()
100 130 180 225 100 130 180 225 100 130 180 225 100 130 180 225
0 () 0 0 010 031 010 015 030 (046) 015 020 (045) (060) 020 030 (055) (075)
10 () 009 009 019 038 018 023 037 (051) 023 028 050 (064) 028 037 (059) (077)
20 018 018 027 044 027 031 043 056 031 035 055 067 035 043 063 080
30 028 028 036 051 035 039 050 061 039 042 060 071 042 050 068 082
40 037 037 044 057 044 047 056 066 047 05 065 075 050 056 072 084
50 046 046 053 064 052 055 063 072 055 058 071 079 058 063 076 087
60 055 055 061 070 060 063 070 077 062 065 076 082 065 070 080 089
70 064 064 070 077 068 071 076 082 070 072 081 086 072 076 084 091
80 074 074 078 083 077 079 083 087 078 08 086 090 080 083 087 093
90 083 083 087 090 086 087 089 092 086 088 091 093 088 089 093 096
100 092 092 095 096 094 095 096 097 094 095 096 097 095 096 097 098
KANALIZACJA I
67
Tab 81 Zalecane wg PN-EN 7522008 dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanalizacji [1 2]
Częstość deszczu
obliczeniowego C ) [1 raz na C lat]
Kategoria standardu odwodnienia terenu
(Rodzaj zagospodarowania)
Częstość
wystąpienia wylania
Cw
[1 raz na C lat] 1 na 1 I Tereny pozamiejskie (wiejskie) 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne przejścia i przejazdy
pod ulicami itp
1 na 50
) Dla deszczu obliczeniowego nie mogą wystąpić żadne przeciążenia systemoacutew
Wdrożona w Polsce norma europejska PN-EN 752 z 2008 r przyjmowała dopuszczalną
częstość wylania (Cw) jako miarę stopnia ochrony terenoacutew przed wylaniem - w zależności od
rodzaju jego zagospodarowania Jak wynika z tabeli 81 o wymaganym standardzie
odwodnienia terenu decydował rodzaj zagospodarowania w tym obecność obiektoacutew
specjalnych infrastruktury podziemnej Tym samym wyroacuteżniono cztery kategorie standardu
odwodnienia terenu roacuteżniące się istotnie dopuszczalną częstością wystąpienia wylania (Cw)
Podobną kategoryzację (I - IV) przyjęto w Polsce w latach osiemdziesiątych ubiegłego
wieku - w zależności od zagospodarowania i spadkoacutew terenu rozroacuteżniając przy tym jeszcze
rodzaj systemu kanalizacyjnego (tab 82) Były to jednak znacznie niższe dopuszczalne
wartości częstości (1 2 5 i 10 lat ndash dla kanalizacji deszczowej) wystąpienia wylania w
poroacutewnaniu do podanych w tabeli 81
Tab 82 Dopuszczalne prawdopodobieństwa (częstości) wystąpienia zalewoacutew terenu dla kanałoacutew
deszczowych i ogoacutelnospławnych wg IKŚ [1 2]
Kategoria
standardu
odwodnie-nia
terenu
Rodzaju ukształtowania i zagospodarowania terenu -
w standardach odwodnienia I II III i IV kategorii
Prawdopodobieństwo p w
(częstość Cw w latach)
- kanalizacja
deszczowa
- kanalizacja
ogoacutelnospławna
I Wszystkie rodzaje zagospodarowania z wyjątkiem dzielnic
śroacutedmiejskich centroacutew miast oraz ulic E i P - teren płaski 100 (1) 50 (2)
II
Wszystkie rodzaje zagospodarowania jw teren o spadkach
2divide4 Dzielnice śroacutedmiejskie i centra miast oraz ulice klasy E i
P na terenach płaskich
50 (2) 20 (5)
III
Wszystkie rodzaje zagospodarowania jak w 1 lecz w szczegoacutelnie
niekorzystnych warunkach ze względu na odwodnienie (niecki
terenowe) Dzielnice śroacutedmiejskie i centra miast oraz ulice klasy
E i P na terenach o spadkach 2divide4
20 (5) 10 (10)
IV
Dzielnice śroacutedmiejskie centra miast oraz ulice klasy E i P na
terenach szczegoacutelnie niekorzystnych ze względu na odwodnienie
lub form zagospodarowania wymagających wyjątkowej
pewności odwodnienia
10 (10) 5 (20)
) Instytut Kształtowania Środowiska Zasady planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych w
aglomeracjach miejsko-przemysłowych i dużych miastach Warszawa 1983
Zalecenia PN-EN 7522008 są więc na tym tle bardzo rygorystyczne a przy tym nie
roacuteżnicują częstości wylewoacutew dla kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej
Zgodnie z niemiecką praktyką kanalizacyjną
wylanie należy wiązać ze szkodami względnie zakłoacuteceniami funkcjonowania jezdni
czy podziemnych obiektoacutew komunikacyjnych spowodowanymi wystąpieniem woacuted
opadowych z systemu kanalizacyjnego na powierzchnię terenu lub niemożnością ich
odprowadzenia do systemu wskutek jego przeciążenia
samo wystąpienie wody opadowej na ulicę nie spełnia warunku faktycznego stanu
wylania dopoacuteki spływ w przekroju poprzecznym ulicy uniemożliwia dalszy wzrost
poziomu lustra wody - powyżej krawężnikoacutew i przekroczenie granic posesji
KANALIZACJA I
68
Przy niewystarczającym spadku podłużnym jezdni czy braku wpustu zwierciadło wody
może jednak podnieść się powyżej wysokości krawężnika i doprowadzić do wylania wody na
teren posesji a stamtąd do potencjalnego wnikania do budynkoacutew
Zwymiarowane metodami czasu przepływu - większe systemy kanalizacyjne (o
powierzchni zlewni F gt 2 km2 lub o tp gt 30 minut) zaleca się obecnie sprawdzać pod kątem
ich maksymalnej przepustowości hydraulicznej (sieci i obiektoacutew) w oparciu o skalibrowane
modele symulacyjne (hydrodynamiczne) dla spełnienia wymagań PN-EN 752 odnośnie
akceptowalnych społecznie częstości wylewoacutew (wg tab 81)
Zalecenia PN-EN 7522008 co do dopuszczalnych częstości wylewoacutew z kanalizacji są
trudne do weryfikacji na etapie projektowania nowych systemoacutew ponieważ nie da się
uogoacutelnić związku pomiędzy częstością opadoacutew projektowych a częstością wylewoacutew
Pomocne okazują się tutaj wytyczne ATV-A 1181999 i DWA-A 1182006 ktoacutere
wprowadzają pojęcie częstości nadpiętrzenia (Cn) jako pomocniczą wielkość wymiarującą
do obliczeń sprawdzających (w modelowaniu) działania sieci kanalizacyjnych (tab 83)
Tab 83 Zalecane wg ATV A-118 częstości nadpiętrzenia do obliczeń sprawdzających
nowoprojektowanych bądź modernizowanych systemoacutew kanalizacyjnych
(poziom odniesienia powierzchnia terenu)
Rodzaj zagospodarowania terenu Częstość nadpiętrzenia Cn
[1 raz na C lat]
I Tereny pozamiejskie 2
II Tereny mieszkaniowe 3
III Centra miast tereny usług i przemysłu rzadziej niż 5
IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp rzadziej niż 10)
) Przy przejazdach należy wziąć pod uwagę że nadpiętrzeniu powyżej powierzchni terenu z reguły towarzyszy
bezpośrednio wylanie o ile nie są stosowane lokalne środki zabezpieczające Tutaj częstości nadpiętrzenia i
wylania odpowiadają wymienionej w tabeli 81 wartości bdquo1 na 50rdquo
Przez nadpiętrzenie w sieci (studzience) kanalizacyjnej należy rozumieć przekroczenie
przyjętego poziomu odniesienia - najczęściej powierzchni terenu Obliczenia sprawdzające
przepustowości kanałoacutew ograniczono więc zatem do takich stanoacutew systemu przy ktoacuterych
lustro ściekoacutew pozostaje wewnątrz systemu względnie osiąga poziom powierzchni terenu
Takie stany dają się w poprawny sposoacuteb odwzorować przy wykorzystaniu istniejących modeli
hydrodynamicznych (np SWMM) na podstawie danych o geometrii sieci wymiaroacutew
kanałoacutew i obiektoacutew Przez to zostaje wyznaczony obliczeniowo stan przeciążenia ktoacutery jest
najbliższy potencjalnie występującemu w dalszej kolejności wylaniu (tab 83)
Trendy zmian standardoacutew wymiarowania kanalizacji deszczowej
Odnośnie europejskich standardoacutew wymiarowania systemoacutew kanalizacji deszczowej
pierwowzorem polskiej normy PN-EN 752 z 2008 roku była norma PN-EN 752 z lat
20002001 (tab 83a)
Tab 83a Historycznie zalecane częstości deszczu obliczeniowego do wymiarowania kanalizacji
deszczowej i dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew wg PN-EN 75220002001
Częstość deszczu
obliczeniowego )
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
Częstość
wylewoacutew
[1 raz na C lat]
1 na 1 Tereny wiejskie 1 na 10
1 na 2 Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 2
1 na 5
Centra miast tereny usług i przemysłu
- ze sprawdzaniem wystąpienia wylania
- bez sprawdzania wystąpienia wylania
1 na 30
----
1 na 10
Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
) Dla deszczu obliczeniowego nie mogą wystąpić żadne przeciążenia systemoacutew
KANALIZACJA I
69
Najnowsza wersja normy PN-EN 752 z 2017 roku utrzymuje zalecane wg PN-EN 752 z
2008 roku (tab 81) częstości projektowe deszczu obliczeniowego tj C = 1 rok - dla terenoacutew
pozamiejskich (wiejskich) oraz C = 2 5 lub 10 lat - dla terenoacutew miejskich (w zależności od
rodzaju zagospodarowania terenu) ale przewiduje już możliwość przyjmowania większych
niż podane w tabelach 81 i 83b - częstości projektowych deszczu obliczeniowego (C)
Biorąc pod uwagę przewidywany wzrost częstości występowania intensywnych opadoacutew
w przyszłości do wymiarowania zwłaszcza głoacutewnych kanałoacutew i przy braku możliwości
modelowania przeciążeń (nadpiętrzeń i wylewoacutew) celowe jest już obecnie przyjmowanie
większych częstości deszczu obliczeniowego niż zalecane w standardach projektowych PN-
EN 75220002001 PN-EN 7522008 PN-EN 7522017 oraz MTiGM1999 wg propozycji
podanej w tabeli 83c - na podstawie podręcznikoacutew [1 2 3]
Tab 83b Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do wymiarowania
kanalizacji deszczowej wg najnowszej normy PN-EN 7522017 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
1 na 1 Tereny pozamiejskie (wiejskie)
1 na 2 Tereny mieszkaniowe
1 na 5 Centra miast tereny usług i przemysłu
1 na 10 Podziemne obiekty komunikacyjne
Przejścia i przejazdy pod ulicami itp
Tab 83c Proponowane zmiany częstości deszczy obliczeniowych dla zachowania
w przyszłości obecnie dopuszczalnych częstości wylewoacutew wg [2 3] Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
2 zamiast 1 Tereny wiejskie
5 zamiast 2 Tereny mieszkaniowe
10 zamiast 5 Centra miast tereny usług i przemysłu
50 zamiast 10 Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp Podobne zalecenia do wymiarowania systemoacutew odwodnieniowych w tym do
sprawdzania niezawodności ich działania (z uwzględnieniem kryterium nadpiętrzeń w
kanałach) są już stosowane w Belgii (Flandria) czy w Niemczech (Nadrenia Poacutełnocna -
Westfalia - wg Merkblatt Nr 433) Pozwoli to prawdopodobnie na zachowanie także w
przyszłości obecnie dopuszczalnych częstości występowania zagrożeń wylewami z kanałoacutew
Odnośnie dopuszczalnej częstość wylewoacutew z kanalizacji normy PN-EN 752 - z
20002001 r (tab 83a) i z 2008 r (tab 81) ograniczały to zagrożenie do rzadkich częstości
(C) występowania w dostosowaniu do 4 rodzajoacutew zagospodarowania przestrzennego terenoacutew
zurbanizowanych Najnowsza wersja normy PN-EN 7522017 roacuteżnicuje już dopuszczalną
częstość wylewoacutew z kanałoacutew w siedmiostopniowej skali wpływu zagrożenia na środowisko -
dla przykładowo zdefiniowanych lokalizacji terenoacutew Jednocześnie zastrzega że podane w
tabeli 83d wartości dopuszczalnych częstości wylewoacutew mogą być zaroacutewno podwyższane bdquow
przypadku szybko przemieszczających się woacuted powodziowychrdquo ale także obniżane bdquow
przypadku przebudowy istniejących systemoacutew gdy osiągnięcie tych samych kryterioacutew
projektowych dla nowych systemoacutew pociąga za sobą zbyt wysokie kosztyrdquo Ta druga
możliwość jest dyskusyjna wobec prognozowanego wzrostu częstości występowania
intensywnych opadoacutew w przyszłości Ponieważ norma nie jest aktem prawnym (wg Ustawy o
normalizacji z 2002 r) zalecenia normatywne należy traktować jako wskazoacutewki do
autorskich projektoacutew [1 2 3]
KANALIZACJA I
70
Tab 83d Kryteria oceny zagrożeń oraz dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew i podtopień
terenoacutew wg PN-EN 7522017
Stopień zagrożenia Przykładowe lokalizacje Częstość wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Bardzo mały Drogi lub otwarte przestrzenie z dala od budynkoacutew 1
Mały Tereny rolnicze w zależności od wykorzystania (np
pastwiska grunty orne) 2
Mały do średniego Otwarte przestrzenie wykorzystane do celoacutew publicznych 3
Średni Drogi lub otwarte przestrzenie w pobliżu budynkoacutew 5
Średni do wysokiego Zalania zamieszkanych budynkoacutew z wyłączeniem piwnic 10
Wysoki Głębokie zalania zamieszkanych piwnic lub przejazdoacutew
pod ulicami 30
Bardzo wysoki Infrastruktura krytyczna 50
82 POROacuteWNANIE DOTYCHCZASOWYCH METOD WYMIAROWANIA
KANALIZACJI DESZCZOWEJ W POLSCE i W NIEMCZECH
821 Analiza jakościowa dotychczasowych metod czasu przepływu
W podręcznikach [1 2] poroacutewnano dwie metody (czasu przepływu) wymiarowania
kanalizacji deszczowej stosowanej dotychczas w Polsce - MGN z wzorem Błaszczyka oraz
podobnie w Niemczech - MWO z wzorem Reinholda
UWAGA Poroacutewnywane metody roacuteżnią się ilościowo - pod względem wartości obliczanych
strumieni Qm(C) lecz wykazują wysoką zgodność jakościową pod względem podobnych
przyrostoacutew strumieni przy zwiększaniu częstości opadoacutew projektowych (C)
Wykazane to będzie na przykładzie całkowicie wypełnionych kanałoacutew o przekroju
kołowym gdzie łatwo udowodnić że wzrost ich przepustowości całkowitej (Q) zależy od
średnicy kanału (d) w funkcji
3 8
1
3 8
11 d
d
dQ
dQ iii (81)
Dowoacuted Korzystając z wzoru Manninga na prędkość średnią [1 2 3]
21321iR
nh (82)
dla promienia hydraulicznego Rh = d4 i wspoacutełczynnika szorstkości kanału n = 0013 sm13
otrzymamy
21322132 5330)4
(1
idid
n (83)
stosując roacutewnanie ciągłości ruchu
ididd
AQ 3 821322
982353304
(84)
przy spadku linii energii roacutewnemu spadkowi dna kanału ii = i1 = idem otrzymamy
3 8
1
3 8
13 8
1
3 8
11 9823
9823
)(
)(
d
d
id
id
dQ
dQ iiiii (85)
Na wykresie na rys 81 przedstawiono bezwymiarowe zależności did1 od QiQ1 equiv
qmiqm1 ndash wyliczone z MGN i MWO Z wykresu wynika że dwukrotne zwiększenie wartości
częstości deszczu np z C = 1 rok na C = 2 lata powoduje wzrost wartości strumienia deszczu
o wartość mnożnika 127 - wg wzoru Błaszczyka (MGN) lub o 13 - wg wzoru Reinholda
(MWO) a więc wymaga wzrostu przepustowości kanału o rząd 30 co wymaga z kolei
wzrostu średnicy kanału tylko rzędu 10 Przykładowo dziesięciokrotne zwiększenie
wartości częstości deszczu np z C = 1 rok na C = 10 lat powoduje względny wzrost wartości
KANALIZACJA I
71
strumienia deszczu o wartość mnożnika ok 22 (w MGN i MWO) i wymaga wzrostu średnicy
kanału jedynie rzędu 35
Rys 81 Jakościowa zależność względnej średnicy kanału od względnego strumienia objętości
Jak z tego wynika bdquobezpiecznerdquo projektowanie średnic kanałoacutew na większą wartość C
np na C = 2 w poroacutewnaniu z C = 1 lub na C = 5 w poroacutewnaniu z C = 2 czy też na C = 10 w
poroacutewnaniu z C = 5 wymaga tylko nieznacznego wzrostu średnicy o około 10 a więc
praktycznie nie podnosi kosztoacutew budowy kanalizacji zapewniając jednocześnie większą
pewność poprawnego jej działania
Racjonalne jest więc zapewnianie bdquowyższego standardurdquo ochrony terenoacutew
zurbanizowanych przed wylaniami z kanalizacji poprzez podnoszenie (w pewnym zakresie)
wartości częstości obliczeniowych deszczy (C) - miarodajnych do projektowania kanalizacji
czyli obniżanie przyjmowanych wartości prawdopodobieństwa (p) ich pojawiania się
822 Analiza ilościowa dotychczasowych metod czasu przepływu
Obliczane wg MWO miarodajne do wymiarowania kanalizacji strumienie ściekoacutew
deszczowych (Qm) są znacznie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN Wynika to
głoacutewnie z roacuteżnic stosowanych modeli opadoacutew ale także z odmiennych założeń wyjściowych
samych metod obliczeniowych co do miarodajnego czasu trwania deszczu (w MWO td = tp)
czy też wartości wspoacutełczynnikoacutew spływu (s - w MWO) Wyniki obliczeń strumieni Qm wg
MWO mogą być nawet dwukrotnie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN - dla
tych samych parametroacutew zlewni deszczowych tj czasu przepływu i częstości występowania
deszczu obliczeniowego [1 2]
W tabeli 84 poroacutewnano natężenia deszczy 10-minutowych odczytane z atlasu
KOSTRA dla granicznych polskich miast na tle zmierzonych we Wrocławiu i w Bochum
oraz obliczonych z modeli Reinholda (612) Błaszczyka (614) i Bogdanowicz-Stachy (616)
Wzajemne roacuteżnice wynikoacutew obliczeń natężeń deszczy q10C - obliczonych z modelu
Reinholda względem obliczonych z modelu Błaszczyka są rzędu 30 (tab 84 wiersz 12) -
na niekorzyść modelu Błaszczyka Średnie wartości natężeń deszczy q10C dla polskich miast
mieszczących się w zasięgu atlasu KOSTRA (z 1997 roku) są niemal identyczne ze
zmierzonymi we Wrocławiu [1 2] i zbliżone wartościami do obliczonych z modelu
Reinholda (tab 84 - wiersze 8 9 i 10) Średnie te są znacznie wyższe od obliczonych z
modelu Błaszczyka od 44 do 19 w praktycznym do projektowania kanalizacji
deszczowej zakresie C [1 10] lat (wiersz 13)
UWAGA Wg modelu Bogdanowicz-Stachy w regionie centralnym Polski (R1) natężenia
q10C są wyższe niż w regionie poacutełnocno-zachodnim (R2) Obliczane z tego modelu natężenia
deszczy poza C = 1 rok korespondują zaroacutewno ze zmierzonymi we Wrocławiu i w Bochum
jak i podanymi w atlasie KOSTRA dla polskich miast przygranicznych
KANALIZACJA I
72
Tab 84 Poroacutewnanie natężenia deszczy 10-minutowych dla wybranych polskich miast (z atlasu
KOSTRA) na tle zmierzonych we Wrocławiu i w Bochum oraz obliczonych z modeli
Reinholda (612) Błaszczyka (614) i Bogdanowicz-Stachy (616) Lp Miejscowość Natężenie deszczu q10C (w dm3(smiddotha)
dla częstości C (w latach)
Uwagi
C = 1 C = 2 C = 5 C = 10
1 Świnoujście 1352 1640 2020 2308
[Atlas KOSTRA]
2 Szczecin 1447 1776 2211 2540
3 Kostrzyń 1441 1747 2151 2457
4 Słubice 1486 1648 1863 2025
5 Gubin 1571 2019 2611 3059
6 Zgorzelec 1477 1869 2386 2778
7 Bogatynia 1410 1866 2469 2926
8 Średnio (1divide7) 1455 1795 2244 2585
9 Wrocław [106] 1483 1833 2300 2617 1960divide2009
10 Wg modelu Reinholda 1263 1642 2254 2820 q151= 100 dm3(smiddotha)
11 Wg modelu Błaszczyka 1009 1276 1725 2173 H = 600 mm
12 Roacuteżnica (10-11) (11) 252 287 307 298 -
13 Roacuteżnica (8-11) (11) 442 407 301 190 -
14 Wg Bogdanowicz-
Stachy dla regionu
R1 506 1852 2708 3220 1960divide1990
R2 506 1547 2209 2604
15 Bochum - Niemcy [10] 1600 1984 2500 2884 1951divide1980
83 METODA MAKSYMALNYCH NATĘŻEŃ DO BEZPIECZNEGO
WYMIAROWANIA KANALIZACJI DESZCZOWEJ W POLSCE
831 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MMN
W celu zapewnienia niezawodności działania systemoacutew odwadniania terenoacutew (w tym
kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej) budowanych czy modernizowanych w Polsce
zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 752 pilna staje się potrzeba zmiany dotychczasowych
metod ich wymiarowania w tym zastąpienie modelu Błaszczyka nowymi modelami opadoacutew
maksymalnych W książkach [1 2 3] zaproponowano daleko idącą modyfikację MGN
poprzez min wyeliminowanie czasoacutew opoacuteźnienia-retencji tk i tr a więc uzależnienie
opoacuteźnienia odpływu jedynie od rzeczywistego czasu trwania opadu td - roacutewnego czasowi
przepływu tp (na wzoacuter MWO) i korzystanie z wiarygodnych polskich modeli opadoacutew
maksymalnych Wykazano bowiem że warunki hydrologiczne Polski i Niemiec są
zbliżone a ponadto miarodajne do projektowania bezpiecznych systemoacutew odwodnień
terenoacutew zurbanizowanych są maksymalne wysokości opadoacutew deszczu (o czasach trwania do
kilku godzin) ktoacutere występują z reguły w okresach długotrwałych zjawisk opadowych
(trwających nawet kilka dni) Woacutewczas znaczenie koncentracji terenowej (tk) i retencji
kanałowej (tr) jest pomijalnie małe Tak więc
MMN = zasady MWO + polskie modele opadoacutew maksymalnych
Miarodajny strumień deszczu Qm (w dm3s) wg umownie nazwanej bdquometody
maksymalnych natężeńrdquo (MMN) obliczyć należy z wyjściowej postaci wzoru [1 2 3]
FCtqQ sdm )(max (86)
gdzie
qmax(td C) - maksymalne natężenie jednostkowe deszczu (w dm3s ha) dla czasu trwania
td = tp i częstości występowania C ndash z wiarygodnych modeli opadoacutew
maksymalnych - krzywych IDF (przy td min - wg tab 75)
KANALIZACJA I
73
ψs - maksymalny (szczytowy) wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych przyjmowany
w zależności od stopnia uszczelnienia powierzchni (ψ) nachylenia terenu (it) oraz
częstości deszczy C (ψs - wg tabeli 76a)
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha W wymiarowaniu kanalizacji deszczowej oblicza się najpierw zastępczy (średni
ważony) stopień uszczelnienia powierzchni (ψ) danej zlewni obliczany z wzoru
n
i
i
n
i
ii
n
nn
F
F
FFF
FFF
1
1
21
2211
)(
(86a)
gdzie
ψi - wspoacutełczynnik spływu (i-tej) powierzchni składowej zlewnipodzlewni kanału -
Fi - (i-ta) powierzchnia składowa zlewnipodzlewni F ha
Stopień uszczelnienia powierzchni zlewni należy przyjmować z zakresu
ψ = 10 - dla szczelnych powierzchni np dachoacutew
ψ = 09divide10 - dla uszczelnionych powierzchni np jezdni placoacutew chodnikoacutew
ψ = 0divide03 - dla nieuszczelnionych powierzchni np tzw terenoacutew zielonych
Następnie ustala się wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu s wg tabeli 76 (jak
w MWO)
Tab 76a Szczytowe wspoacutełczynniki spływu (s) w zależności od stopnia uszczelnienia (ψ) i
spadkoacutew terenu (it) oraz częstości projektowych deszczy (C)
Przykład metodyczny nr 1 Dla obliczonego stopnia uszczelnienia powierzchni zlewni
ψ = 025 przy uwzględnieniu spadkoacutew terenu w granicach 1 lt it le 4 i deszczu
obliczeniowego o częstości występowania C = 5 lat na podstawie tabeli 76 interpolowana
liniowo wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu wynosi ψs = 0465
Przykład metodyczny nr 2 Dla ψ = 030 przy 4 lt it le 10 i C = 2 lata na podstawie
tabeli 76 ustalono ψs = 042
Miarodajny spływ powierzchniowy (o strumieniu Qm - z wzoru (86)) pochodzi z
miarodajnej - zredukowanej zlewni deszczowej o zastępczej powierzchni
Stopień
uszczel-
nienia
terenu
ψ
Szczytowe wspoacutełczynniki spływu s
Spadki terenu
it le 1 1 lt it le 4 4 lt it le 10 it gt 10
Częstości obliczeniowe deszczu C lata
C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 0 () 0 0 010 031 010 015 030 (046) 015 020 (045) (060) 020 030 (055) (075)
10 () 009 009 019 038 018 023 037 (051) 023 028 050 (064) 028 037 (059) (077)
20 018 018 027 044 027 031 043 056 031 035 055 067 035 043 063 080
30 028 028 036 051 035 039 050 061 039 042 060 071 042 050 068 082
40 037 037 044 057 044 047 056 066 047 05 065 075 050 056 072 084
50 046 046 053 064 052 055 063 072 055 058 071 079 058 063 076 087
60 055 055 061 070 060 063 070 077 062 065 076 082 065 070 080 089
70 064 064 070 077 068 071 076 082 070 072 081 086 072 076 084 091
80 074 074 078 083 077 079 083 087 078 08 086 090 080 083 087 093
90 083 083 087 090 086 087 089 092 086 088 091 093 088 089 093 096
100 092 092 095 096 094 095 096 097 094 095 096 097 095 096 097 098
() Stopnie uszczelnienia le 10 wymagają uwzględnienia lokalnych uwarunkowań s
KANALIZACJA I
74
Fm zr = ψs middot F (86b)
gdzie
ψs - szczytowy wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych w zlewni danego kanału -
F - powierzchnia zlewni deszczowej danego kanału ha
Najkroacutetsze czasy trwania deszczu td min (w MMN) należy dobierać w zależności od
nachylenia terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni (td min 5 10 15 minut) wg tab 75
(jak w MWO)
Tab 75 Najkroacutetsze czasy trwania deszczu (td min) w zależności
od spadku terenu (it) i stopnia uszczelnienia (ψ) do MMN
Do czasu opracowania atlasu opadoacutew maksymalnych w Polsce - na wzoacuter atlasu
KOSTRA w Niemczech (co było postulowane już w 2011 roku w I wydaniu podręcznika [1])
można sformułować następujące zalecenia co do przydatności dotychczasowych modeli
opadoacutew do wymiarowania odwodnień terenoacutew w Polsce wg MMN
odnośnie do wymiarowania sieci kanalizacyjnych
o dla częstości projektowej deszczu C = 1 rok (na terenach wiejskich) należy
stosować wiarygodne modele lokalne opadoacutew maksymalnych bądź do czasu ich
opracowania z konieczności stosować można wzoacuter Błaszczyka (dla td = tp)
jednak z niezbędną korektą częstości deszczy z C = 1 rok na C = 2 lata
o dla częstości projektowych deszczy C = 2 5 i 10 lat zaleca się stosowanie
wiarygodnych modeli lokalnych (jak np w przypadku Wrocławia) bądź modelu
Bogdanowicz-Stachy Jednak na terenach podgoacuterskich i goacuterskich (ktoacuterych nie
obejmuje model Bogdanowicz-Stachy - rys 610) z konieczności stosować można
wzoacuter Błaszczyka - z niezbędną korektą częstości deszczy (dla td = tp)
o z C = 2 lata na C = 5 lat - w II kategorii (wg tab 81)
o z C = 5 lat na C = 10 lat - w III kategorii
o z C = 10 lat na C = 20 lat - w IV kategorii odwodnienia terenu
odnośnie do wymiarowania zbiornikoacutew retencyjnych ściekoacutew deszczowych ze
względu na ich wagę w zapewnieniu niezawodności działania systemoacutew
odwodnieniowych terenoacutew należy odpowiednio zwiększyć wartości przyjmowanych
częstości projektowych opadoacutew dla zbiornikoacutew (Cz gt C) w stosunku do zalecanych
częstości projektowych do wymiarowania sieci kanalizacyjnych (na wzoacuter wytycznych
niemieckich) i korzystać tutaj z zalecanych wyżej modeli opadoacutew (tab 85)
W przypadku Wrocławia do projektowania sieci i obiektoacutew kanalizacji deszczowej
można stosować lokalny np model fizykalny opadoacutew maksymalnych zwłaszcza dla
praktycznego zakresu td [5 180] minut i C [1 10] lat postaci [1 2]
2650
max )453()530ln(681676)( dd tCCth (89)
ktoacutery po przekształceniu na maksymalne natężenia jednostkowe opadoacutew przyjmuje postać
Średni
spadek
terenu
Stopień
uszczelnienia
powierzchni
Minimalny
czas trwania
deszczu
lt 1 le 50 15 minut
gt 50 10 minut
1 do 4 gt 0 10 minut
gt 4 le 50 10 minut
gt 50 5 minut
KANALIZACJA I
75
12650
max ])453()530ln(681676[7166)(
ddd ttCCtq (89a)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu (deszczu) mm
qmax - maksymalne jednostkowe natężenie opadu dm3(smiddotha)
td - czas trwania deszczu min
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu (z przewyższeniem) lata
Tab 85 Zalecane modele opadoacutew do wymiarowania systemoacutew odwodnieniowych wg MMN [1 2]
Standard
odwodnienia
terenu
Wymagane
częstości
projektowe
Zalecane modele opadoacutew i częstości deszczy
C - do wymiarowania
sieci odwodnieniowych
Cz - do wymiarowania
zbiornikoacutew retencyjnych
- lata lata lata Tereny wiejskie C = 1 rok Modele lokalne dla C = 1 lub
model Błaszczyka dla C = 2
Modele lokalne dla Cz = 2 lub
model Błaszczyka dla Cz = 5
Tereny mieszkaniowe C = 2 lata
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 2
(Model Błaszczyka dla C = 5)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz = 5
(Model Błaszczyka dla Cz = 10)
Centra miast
tereny usług i
przemysłu
C = 5 lat
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 5
(Model Błaszczyka dla C = 10)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz ge 10
(Model Błaszczyka dla Cz ge 20)
Podziemne obiekty
komunikacyjne
przejścia przejazdy
C = 10 lat
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 10
(Model Błaszczyka dla C = 20)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz ge 20
(Model Błaszczyka dla Cz ge 30)
Metoda maksymalnych natężeń (MMN) pozwoli osiągnąć w Polsce roacutewnie bezpieczne
rezultaty wymiarowania systemoacutew kanalizacyjnych jak w wypadku metod czasu przepływu
stosowanych w Niemczech (MWO i MZWS) zaroacutewno pod względem wartości miarodajnych
strumieni deszczy (Qm) jak i osiąganych częstości nadpiętrzeń (Cn) czy wylewoacutew (Cw)
Ponadto zaleca się przyjąć w Polsce jako zasadę doboacuter średnic grawitacyjnych kanałoacutew
deszczowych i ogoacutelnospławnych na niecałkowite wypełnienie ndash do 90 przepustowości
przekroju przy strumieniu Qm (według zaleceń ATV A-118)
Tak zwymiarowane (MMN) systemy kanalizacyjne obejmujące zlewnie deszczowe o
powierzchni F gt 2 km2 zaleca się dodatkowo sprawdzać pod kątem ich przepustowości
hydraulicznej (sieci i obiektoacutew) w oparciu o skalibrowane modele symulacyjne -
hydrodynamiczne dla spełnienia wymagań PN-EN 752 co do akceptowalnych społecznie
częstości nadpiętrzeń czy wylewoacutew (wg tab 81 83 i 85) Zastosowanie mają tutaj
zwłaszcza probabilistyczne modele opadoacutew maksymalnych
W przypadku Wrocławia korzystać można np z modelu opartego na rozkładzie
prawdopodobieństwa Fishera-Tippetta (typu IIImin) dla zakresu td [5 4320] minut i p [1
001] czyli C [1 100] lat o postaciach (DDF i IDF) [1 2]
8090022202420
max ln 68981197417584)( pttpth ddd (810)
lub
1
8090
022202420
max ]1
ln68981197417584[7166)(
dddd t
CttCtq (810a)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu (deszczu) mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(smiddotha)
td - czas trwania deszczu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p C -
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu z przewyższeniem lata
KANALIZACJA I
76
852 WYMIAROWANIE PRZYKŁADOWYCH SIECI KANALIZACYJNYCH
Na potrzeby ilustracji metod wymiarowania a następnie modelowania działania
hydrodynamicznego - przykładowo zwymiarowanych sieci kanalizacji deszczowej przyjęto
modelową zlewnię deszczową o powierzchni F = 2025 ha (tj ok 2 km2) położoną w terenie
płaskim we Wrocławiu przedstawioną schematycznie na rysunku 85 Przykład zaczerpnięto
z pracy doktorskiej B Kaźmierczaka z 2011 r pt Badania symulacyjne działania przelewoacutew
burzowych i separatoroacutew ściekoacutew deszczowych w warunkach ruchu nieustalonego do
wspomagania projektowania sieci odwodnieniowych cytowanej w [1 2]
1
2
5
4
3
6
7
10
9
8
11
12
15
14
13
16
17
20
19
18
21
22
25
24
23
26
27
30
29
28
31
32
35
34
33
86
87
90
89
88
81
82
85
84
83
76
77
80
79
78
71
72
75
74
73
66
67
70
69
68
61
62
65
64
63
56
57
60
59
58
51
52
55
54
53
46
47
50
49
48
41
42
45
44
43
36
37
40
39
38 out
Rys 85 Plan zintegrowanych powierzchni cząstkowych modelowej zlewni deszczowej
Kanalizowana zlewnia deszczowa w zabudowie mieszkaniowej składa się z 90 zlewni
cząstkowych - modułoacutew o powierzchniach 225 ha i wymiarach 150 na 150 m Średni ważony
wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego wynosi ψ = 025 stąd powierzchnia zredukowana
zlewni Fzr = 50625 ha Projektowane kanały boczne (w liczbie 36) mają długość po 300 m
(2 odcinki po 150 m) Kolektor ma całkowitą długość 2700 m (18 odcinkoacutew po 150 m)
Obliczenia hydrologiczne i hydrauliczne kanalizacji deszczowej przeprowadzono dla 3
wariantoacutew wymiarowania sieci metodami czasu przepływu a mianowicie
(I) MGN - z modelem opadoacutew Błaszczyka (717) dla H = 590 mm (Wrocław)
(II) MGN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia (810a)
(III) MMN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia (810a)
Zestawienie założeń wyjściowych do obliczeń hydrologicznych i hydraulicznych dla 3
wariantoacutew obliczeniowych sieci kanalizacji deszczowej przedstawiono w tabeli 814
Tabela 814 Zestawienie założeń wyjściowych do obliczeń hydrologicznych i hydraulicznych
przykładowych sieci kanalizacji deszczowej (dla trzech wariantoacutew wymiarowania)
Wariant
metoda
Częstość deszczu
obliczeniowego
C lata
Czas koncentracji
terenowej
tk min
Czas
retencji
kanałowej
tr min
Minimalny czas
trwania deszczu
miarodajnego
tdm min min
Maksymalne
wypełnienie
kanału
D kanały
boczne kolektor
kanały
boczne kolektor
I MGN z
wzorem (717) 1 2 10 5 02 tp 10 do 100
II MGN z
wzorem (810a) 1 2 10 5 02 tp 10 do 100
III MMN z
wzorem (810a) 2 2 0 0 0 15 do 75
KANALIZACJA I
77
Wyniki wymiarowania
I MGN z modelem opadoacutew Błaszczyka
W I wariancie obliczeniowym - wymiarowania kanalizacji deszczowej opracowano
krzywe natężenia deszczu z wzoru Błaszczyka (717) Zredukowane (dla czasu przepływu tp)
krzywe IDF dla częstości występowania opadoacutew C = 1 i 2 lata przedstawiono na rys 86
W I wariancie dobrano średnice kanałoacutew bocznych pierwszy odcinek (150 m) ma
K030 m oraz drugi odcinek (150 m) ma K040 m Kolektor składa się z 18 odcinkoacutew o
średnicach od K080 do K160 m Obliczeniowy czas przepływu wynosi 456 min
Miarodajny strumień odpływu ściekoacutew deszczowych wynioacutesł Qm(I) = 1948 m3s
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
C=2
C=1
p Rys 86 Zredukowane krzywe natężenia deszczu (IDF) z wzoru Błaszczyka do MGN
II MGN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W II wariancie obliczeniowym opracowano krzywe natężenia deszczu do MGN z
modelu opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia Zredukowane (od czasu przepływu tp) krzywe
IDF z wzoru (810a) dla częstości występowania opadoacutew C = 1 i 2 lata przedstawiono na
rys 87
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
p
C=2
C=1
Rys 87 Zredukowane krzywe natężenia deszczu (IDF) z modelu opadoacutew
maksymalnych dla Wrocławia do MGN
W II wariancie kanały boczne mają średnice K040 m i K050 m Kolektor składa się z
18 odcinkoacutew o średnicach K080 m do K20 m Czas przepływu w sieci wynosi 4385 min
Przyjmując miarodajny strumień odpływu ściekoacutew deszczowych z I wariantu Qm(I) = 1948
m3s za 100 to strumień odpływu w II wariancie Qm(II) = 3049 m3s jest wyższy o 56
III MMN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W III wariancie obliczeniowym na podstawie założeń wyjściowych (tab 814)
opracowano krzywą natężenia deszczu do MMN - z modelu (810a) opadoacutew maksymalnych
dla Wrocławia Krzywą IDF dla C = 2 lata i td min = 15 minut przedstawiono na rysunku 88
KANALIZACJA I
78
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
p
C=2
Rys 88 Krzywa natężenia deszczu (IDF) z modelu opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia do MMN
W III wariancie kanały boczne mają średnice K040 m i K060 m a kolektor - od
K080 m do K220 m Czas przepływu wynosi 433 min Strumień ściekoacutew deszczowych w
III wariancie Qm(III) = 3700 m3s jest wyższy aż o 90 wzgl I wariantu (Qm(I) = 1948 m3s)
853 MODELOWANIE DZIAŁANIA PRZYKŁADOWO ZWYMIAROWANYCH SIECI
KANALIZACYJNYCH
W celu weryfikacji występowania nadpiętrzeń w kanałach w przykładowo
zaprojektowanych sieciach należy zgodnie z zaleceniami DWA-A 1182006 obciążyć
zlewnię modelową deszczem o częstości występowania C = 3 lata (wg tab 83) i czasie
trwania dwukrotnie przewyższającym czas przepływu w sieci Ponieważ w zaprojektowanych
zlewniach modelowych (średni) czas przepływu jest rzędu 45 min opracowano na podstawie
wzoru (810) na maksymalną wysokość deszczu we Wrocławiu opad modelowy o czasie
trwania t = 90 min Do symulacji działania sieci wykorzystano oprogramowanie SWMM 50
Ideą opadoacutew modelowych jest oddanie w sposoacuteb zbliżony do rzeczywistości przebiegu
typowych opadoacutew - o zmiennej w czasie intensywności Przykładem jest model Eulera typu
II zalecany min do symulacji działania kanalizacji w Niemczech a obecnie w Polsce [1 2]
Jego przydatność potwierdziła Wartalska w pracy doktorskiej z 2019 r oraz w monografii ndash wg Wartalska KE Kotowski A Metodyka tworzenia wzorcoacutew opadoacutew do modelowania odwodnień
terenoacutew Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2020
Rys 3 Opad modelowy Eulera typu II o C = 3 lata i t = 90 min dla Wrocławia [1 2]
Wyniki modelowania
Ad I Sieć deszczowa zwymiarowana MGN z modelem opadoacutew Błaszczyka
W celu weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zwymiarowanej w 3 wariantach obciążono zlewnię opracowanym opadem modelowym
Eulera typu II dla warunkoacutew wrocławskich Z sumarycznej wysokości opadu (2675 mm)
czwarta jego część (ψ = 025) przekształcana była w spływ powierzchniowy i trafiała do
kanalizacji Profil kolektora wraz z maksymalnymi wypełnieniami w czasie trwania opadu
(31-sza min) dla zwymiarowanej w I wariancie sieci kanalizacyjnej podano na rys 810
KANALIZACJA I
79
Rys 810 Profil kolektora w 31 minucie trwania opadu modelowego
w I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Zaprojektowana w I wariancie sieć kanalizacji deszczowej nie ma odpowiedniej
przepustowości hydraulicznej aby bez nadpiętrzeń do poziomu terenu odprowadzać
modelowane spływy ściekoacutew deszczowych Jak pokazano na rysunku 810 praktycznie cały
kolektor poza ostatnim odcinkiem pracuje pod ciśnieniem w czasie trwania zadanego
opadu modelowego Nadpiętrzenia rzędu kilku metroacutew w tym do powierzchni terenu (i
wylania) występują w większości węzłoacutew obliczeniowych kolektora W przypadku kanałoacutew
bocznych roacutewnież mamy do czynienia z licznymi nadpiętrzeniami
Sumaryczna objętość ściekoacutew ktoacutere podczas trwania opadu modelowego nie zmieściły
się lub wylały się z sieci wynosi 1291 m3 Większa część z tej objętości to ścieki deszczowe
ktoacutere wylały się w początkowych odcinkach sieci - w węzłach obliczeniowych gdzie
zagłębienie kolektora jest najmniejsze Łącznie wylania zanotowano aż w 71 węzłach
obliczeniowych czyli w 71 zintegrowanych zlewniach cząstkowych
Węzły obliczeniowe w ktoacuterych nastąpiły wylania przedstawiono schematycznie na
rysunku 814 Tylko w przypadku 19 z 90 węzłoacutew napiętrzenia nie osiągnęły w żadnej chwili
czasowej trwania opadu modelowego poziomu terenu
Rys 814 Miejsca spiętrzeń powyżej poziomu terenu w modelowej zlewni
w I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
W I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej maksymalny modelowy
strumień objętości na ostatnim odcinku kolektora wynioacutesł Qmax(I) = 516 m3s
Ad II Sieć deszczowa zwymiarowana MGN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W celu weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zaprojektowanej w II wariancie obciążono ją roacutewnież opadem modelowym Eulera typ II o
częstości występowania C = 3 lata i o czasie trwania t = 90 min (analogicznie jak w
przypadku I wariantu) Profil kolektora wraz z wypełnieniami w wybranym czasie trwania
opadu (31 minuta) przedstawiono na rysunku 816
KANALIZACJA I
80
Rys 816 Profil kolektora w 31 minucie trwania opadu modelowego
w II wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Jak widać z rysunku 816 napiętrzenia na początkowych odcinkach kolektora w
przedstawionej chwili czasowej symulacji osiągają poziom terenu Środkowe i po części
końcowe odcinki kolektora pracują już pod niewielkim ciśnieniem W przypadku
początkowych kanałoacutew bocznych także mamy do czynienia z nadpiętrzeniami do poziomu
terenu Sumaryczna objętość ściekoacutew ktoacutere podczas trwania deszczu modelowego nie
zmieściły się lub wylały się z sieci wynosi 20 m3 Łącznie wylania zanotowano w 12
węzłach (rys 819)
Rys 819 Miejsce nadpiętrzeń do poziomu terenu w modelowej zlewni
w II wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Maksymalny modelowy strumień objętości (w II wariancie) na ostatnim odcinku
kolektora wynosił Qmax(II) = 611 m3s
Ad III Sieć deszczowa zwymiarowana MMN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
Do weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zaprojektowanej w III wariancie obciążono ją roacutewnież opadem modelowym Eulera typ II o
częstości C = 3 lata i o czasie trwania t = 90 min Profil kolektora (34 minuta) przedstawiono
na rysunku 821
Rys 821 Profil kolektora w 34 minucie trwania opadu modelowego
w III wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
KANALIZACJA I
81
Jak wynika z rysunku 821 praktycznie cały kolektor pracuje ze swobodnych lustrem
ściekoacutew W przypadku wszystkich kanałoacutew bocznych nadpiętrzenia do poziomu terenu
roacutewnież nie występują - brak wylewoacutew z kanałoacutew Maksymalny strumień objętości
przepływu (w III wariancie) na ostatnim odcinku kolektora wynosił Qmax(III) = 695 m3s
854 WNIOSKI Z ANALIZ DZIAŁANIA PRZYKŁADOWO ZWYMIAROWANYCH SIECI
KANALIZACYJNYCH
Przeprowadzone badania miały na celu weryfikację przydatności do bezpiecznego
projektowania sieci (i obiektoacutew) kanalizacyjnych tzw metod czasu przepływu Zestawienie
wynikoacutew wymiarowania i analiz działania modelowych sieci kanalizacyjnych (dla trzech
wariantoacutew) przedstawiono w tabeli 818
Tab 818 Zestawienie wynikoacutew wymiarowania i modelowania działania przykładowych sieci
kanalizacyjnych w terenie płaskim w warunkach wrocławskich
Wariant
obliczeń
Parametry projektowe kanalizacji deszczowej Parametry modelowe
Strumień
odpływu
Qm
Objętość
sieci
VK
Wskaźnik
objętości
VKj
Rezerwa
systemu
VR
Maksymalny
wymiar
kolektora
Maksymalne
zagłębienie
kolektora
Strumień
modelowy
Qmax
Liczba
wylewoacutew
Lw
Objętość
wylewoacutew
Vw
m3s m3 m3ha m m ppt m3s - m3
I 1948 4849 239 22 K16 599 516 71 1291
II 3049 7234 357 22 K20 591 611 12 20
III 3700 9825 485 28 K22 533 695 0 0
Przeprowadzone analizy wskazały jednoznacznie że bezpieczną metodą czasu
przepływu jest MMN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia ze względu na
brak nadpiętrzeń do powierzchni terenu i wylewoacutew z kanalizacji Wzoacuter Błaszczyka i ogoacutelnie
MGN znacznie niedoszacowuje miarodajny do wymiarowania sieci strumień objętości
ściekoacutew deszczowych ze względu na licznie występujące nadpiętrzenia do powierzchni
terenu i wylania Proacuteba zastosowania w MGN wzoru opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
też nie przyniosła zadawalających wynikoacutew - zmalała jedynie liczba nadpiętrzeń i objętość
wylewoacutew z kanalizacji
UWAGA Praktyczne wskazoacutewki do symulacji działania kanalizacji podano w monografiach
1 Kaźmierczak B Kotowski A Weryfikacja przepustowości kanalizacji deszczowej w
modelowaniu hydrodynamicznym Oficyna Wyd Politechniki Wrocławskiej 2012
2 Nowakowska M Kotowski A Metodyka i zasady modelowania odwodnień terenoacutew
zurbanizowanych Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2017
Zalecenia do doboru wymiaroacutewśrednic kanałoacutew deszczowych
Biorąc pod uwagę prognozowany wzrost intensywności opadoacutew w przyszłości jako
minimalną średnicę kanałoacutew deszczowych w miastach zaleca się już obecnie przyjmować
Dmin = 040 m a tylko w uzasadnionych przypadkach można stosować Dmin = 030 m (jak wg
dotychczasowych WTP) - na początkowych odcinkach sieci przy znacznych spadkach terenu
- na podstawie wynikoacutew modelowania hydrodynamicznego w wyżej omoacutewionym
przykładzie a także dla obciążeń zlewni w przyszłości tj symulacji komputerowych
obecnymi opadami o C = 5 lat i 100 lat ndash wg rozdz 855 w podręczniku [2])
Analogicznie uwzględniając zmiany klimatu celowe jest także zwiększenie minimalnej
średnicy przykanalikoacutew deszczowych z wpustoacutew ulicznych - z obecnej D = 015 m na
D = 020 m a także zwiększenie ich liczby (z typowym rusztem 04x06 m) tj zmniejszenie
rozstawoacutew z obecnie zalecanych le 30 m do rozstawoacutew le 25 m - w zależności od klasy drogi
i spadkoacutew niwelety jezdni - wg tabeli 10
KANALIZACJA I
82
Tab 10 Zalecane odstępy między wpustami ulicznymi podane w [1 2]
Maksymalny odstęp
między wpustami [m]
Spadek podłużny
niwelety drogi []
le 25 gt 10
le 15 05 do 10
le 10 lt 05
Minimalne spadki dna kanałoacutew deszczowych można określać ze znanej formuły
imin = 1D (imin w [permil] dla D w [m]) Przykładowo dla Dmin = 040 m imin = 1040 = 25permil
przy czym dla D ge 10 m imin = 10permil Spadek maksymalny kanałoacutew deszczowych (imax)
powinien wynikać z warunku nieprzekraczania prędkości maksymalnej Vmax = 50 ms ndash w
warunkach całkowitego wypełnienia danego przekroju (średnicy) kanału Przykładowo dla
Dmin = 040 m imax = 90permil [1 2 3]
Kanały deszczowe należy dobierać na niecałkowite wypełnienie - odpowiednio do 90
przepustowości całkowitej (Qo) danego przekroju (np średnicy D) kanału - wg zaleceń DWA-
A118 z 2006 r czyli do względnego wypełnienia [1 2 3]
hD lt 075 - dla kanałoacutew o przekroju kołowym (o średnicy D)
hH lt 079 - dla kanałoacutew jajowych (o wysokości przekroju H = 15B) oraz
hH lt 072 - dla kanałoacutew dzwonowych (o wysokości przekroju H = 085B gdzie B
oznacza szerokość przekroju w tzw pachach)
Przykład metodyczny Przyporządkowanie pośrednich średnic kanałoacutew na odcinkach
kolektora A-B-C-D Kolektor ściekowy AD podzielono na 3 odcinki i obliczono miarodajne
strumienie ściekoacutew QB QC i QD
ndash dla odcinka AB ndash dla QB i spadku dna kanału ik1 dobrano D1 = 06 m
ndash dla odcinka BC ndash dla QC i spadku dna kanału ik2 dobrano D2 = 08 m
ndash dla odcinka CD ndash dla QD i spadku dna kanału ik3 dobrano D3 = 12 m
Do wyznaczenia położenia pośrednich średnic kolektora pomocny jest wykres (rys 58)
Q = f(LAD) na podstawie ktoacuterego zakładając proporcjonalny przyrost strumienia na długości
można określić położenie innych średnic np D = 03 m D = 04 m D = 05 m i D = 10 m
Rys 58 Wykres metodyczny do określania położenia pośrednich średnic kanałoacutew
UWAGA Spadek dna kanału o średnicy Di musi być odpowiedni dla tej średnicy (ik min ge
1Di)
KANALIZACJA I
83
9 PODSTAWY WYMIAROWANIA HYDRAULICZNEGO PRZEWODOacuteW
ŚCIEKOWYCH I KANAŁOacuteW
91 RODZAJE I KLASYFIKACJE PRZEPŁYWOacuteW CIECZY
W kanałach przewodach ściekowych i obiektach kanalizacyjnych wyroacuteżnić można pod
względem hydraulicznym trzy zasadniczo roacuteżniące się przepływy cieczy [2 39 64 69 72
84 189 232]
pod ciśnieniem - pełnym przekrojem przewodu ściekowego (kanału)
o swobodnej powierzchni - przy częściowym wypełnieniu kanału
o swobodnej strudze - np przez koronę przelewu
Odrębną grupę stanowią przepływy ciśnieniowe o ruchu wirowym spotykane min w
urządzeniach do dławienia energii czy regulatorach hydrodynamicznych
Gdy parametry ruchu cieczy takie jak ciśnienie prędkość przepływu i przyspieszenie
nie zmieniają się w czasie i w przestrzeni to taki ruch jest ustalony W przeciwnym
wypadku tj gdy parametry ruchu są funkcjami zaroacutewno położenia jak i czasu ruch taki jest
nieustalony Powiązanie parametroacutew ruchu cieczy z geometrią przewodoacutew ściekowych czy
kanałoacutew ujmują układy roacutewnań roacuteżniczkowych de Saint-Venanta o roacuteżnym stopniu
uproszczeń stosowanych do ich wymiarowania (tab 91)
Tab 91 Założenia wyjściowe do obliczeń hydraulicznych kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych
odnośnie rodzaju ruch cieczy wg ATV-A110 [1 2]
Oznaczenia do tabeli 91
x ndash wspoacutełrzędna drogi t ndash wspoacutełrzędna czasu Q ndash strumień objętości q ndash jednostkowy
dopływodpływ boczny (przyjmowany jako ustalony) A ndash powierzchnia przekroju poprzecznego
strumienia cieczy i ndash spadek dna J ndash spadek linii energii wywołany tarciem h ndash wysokość
napełnienia kanału względnie wysokość ciśnienia w przewodach całkowicie wypełnionych v ndash
średnia prędkość przepływu g ndash przyspieszenie ziemskie
Przy rozwiązaniu pełnego układu roacutewnań roacuteżniczkowych ruchu cieczy tj roacutewnania
zachowania pędu i roacutewnania zachowania masy (ciągłości przepływu) - oznaczonego w tab
91 jako bdquo0rdquo - metoda obliczeniowa jest dokładna dla roacuteżnych stanoacutew i uwarunkowań
systemowych w wyniku powiązania strumieni przepływu i poziomoacutew cieczy z parametrami
geometrycznymi przewodoacutew a także średnią prędkością przepływu Znajduje zastosowanie
do modelowania działania systemoacutew kanalizacyjnych w czasie rzeczywistym Układ roacutewnań
oznaczony jako bdquo1rdquo ma ścisłe zastosowanie do kanałoacutewprzewodoacutew tranzytowych - bez
KANALIZACJA I
84
bocznych dopływoacutewodpływoacutew Dalsze uproszczenia tj pominięcie pierwszego czy drugiego
członu roacutewnania ruchu (postaci bdquo1rdquo) może już prowadzić do błędoacutew obliczeniowych (postać
bdquo4rdquo) Jednak błędy te mogą mieć tendencje przeciwstawne - w części znoszące się
Układy roacutewnań roacuteżniczkowych ruchu cieczy (de Saint-Venanta) nie są rozwiązywalne
analitycznie - poza postacią oznaczoną w tab 91 jako bdquo7rdquo - bdquoprzepływ normalnyrdquo
Konieczne jest więc stosowanie metod numerycznych przybliżonego ich rozwiązywania
Odcinki kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych cechuje na ogoacuteł stały przekroacutej poprzeczny
niezmienny spadek podłużny dna i stała na ogoacuteł chropowatośćszorstkość ścian Przy ich
wymiarowaniu przepływy ściekoacutew są traktowane najczęściej jako ustalone i roacutewnomierne
(chwilowo niezmienne) co dla strumienia miarodajnego (maksymalnego) Qm jest jak
dotychczas podstawą doboru wymiaroacutew liniowych kanału czy przewodu Dla kanałoacutew
częściowo wypełnionych zakłada się że rozwiązanie roacutewnania ruchu cieczy (postaci bdquo7rdquo ndash
tab 91) i = J mieści się w klasie dokładności danych wyjściowych dotyczących głoacutewnie
strumienia przepływu
92 PRZEPŁYWY PEŁNYM PRZEKROJEM PRZEWODU
921 METODY I WZORY WYJŚCIOWE
Podczas przepływu cieczy newtonowskiej (ścieki - woda) w przewodach zamkniętych
powstają naprężenia styczne (opory ruchu) wywołane lepkością określane jako straty
hydrauliczne Wysokość liniowych strat hydraulicznych (Δh) w całkowicie wypełnionym
rurociągu o długości l i średnicy wewnętrznej d wyraża wzoacuter Darcy-Weisbacha
gR
l
gd
lh
h 242Δ
22
(93)
gdzie
λ - wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych (tarcia) -
- średnia prędkość strumienia cieczy w przekroju poprzecznym rurociągu ms
g - przyśpieszenie ziemskie ms2
Rh - promień hydrauliczny stosunek powierzchni przekroju poprzecznego (A) strumienia
cieczy do obwodu zwilżonego (U) Rh = d4 - dla przewodoacutew o przekroju kołowym
całkowicie wypełnionych m
Dla izotermicznych (bez wymiany ciepła) przepływoacutew turbulentnych cieczy mających
znaczenie praktyczne w sieciach kanalizacyjnych (i wodociągowych) tzn przy wartościach
liczby Reynoldsa Re gt 4000 (gdzie Re = d1306middot10-6) w literaturze naukowo-technicznej
dostępnych jest wiele wzoroacutew określających wartość wspoacutełczynnika λ - najczęściej w
odniesieniu do konkretnych materiałoacutew przewodoacutew Ich ogoacutelna postać zależy od strefy w
jakiej odbywają się przepływy wodyściekoacutew
W ruchu turbulentnym wyodrębnia się trzy takie strefy a mianowicie
strefę I - przepływoacutew w przewodach hydraulicznie gładkich gdzie λ = f1 (Re)
strefę II - przepływoacutew przejściowych λ = f2 (Re kd)
strefę III - przepływoacutew o kwadratowej zależności oporoacutew λ = f3 (kd)
Wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych (λ) zaleca się obliczać z uwikłanej postaci wzoru
Colebrooka-Whitersquoa
hR
k
d
k
4713Re
512log2
713Re
512log2
1
(94)
gdzie
k - zastępcza chropowatość wewnętrznych ścian przewodu m
KANALIZACJA I
85
Re - liczba Reynoldsa Re = dν equiv 4Rhν -
ν - wspoacutełczynnik lepkości kinematycznej cieczy m2s
Wzoacuter (94) ma uniwersalny charakter obejmujący swoim zakresem wszystkie 3 strefy
przepływoacutew turbulentnych
Dla przepływoacutew w III strefie jako alternatywną do metody bazującej na wzorach
Darcy-Weisbacha (93) i Colebrooka-Whitersquoa (94) do wymiarowania przewodoacutew wodnych
w tym kanałoacutew ściekowych całkowicie wypełnionych stosowana jest metoda oparta na
wzorze Chezy-Manninga na prędkość średnią (w ms) o dogodnej postaci analitycznej
21321JR
nJRC hhM (99)
gdzie
n - wspoacutełczynnik szorstkości przewodu sm13
Rh - promień hydrauliczny m
J - jednostkowy spadek energii wywołany tarciem (J = Δhl) -
CM - wspoacutełczynnik Cheacutezy do wzoru Manninga m12s
61
61
4
11
d
nR
nC hM (910)
Wspoacutełczynnik szorstkości (n) zależy od stanu hydraulicznego przewodoacutew - analogicznie
jak zastępcza chropowatość (k) [1 2] W normie PN-EN 752 definiowany jest jako
wspoacutełczynnik Manninga K = 1n ktoacuterego wartość w III strefie określa wzoacuter
k
d
dgK
73log
324
61
(911)
923 DOBOacuteR PRZEKROJOacuteW PRZEWODOacuteW I KANAŁOacuteW CIŚNIENIOWYCH
W praktyce na wartość wspoacutełczynnika oporoacutew liniowych (λ) wpływ mają roacutewnież
straty miejscowe - na połączeniach odcinkoacutew rur na niedokładnościach osiowego ułożenia
przewodu na zmianach spadkoacutew dna czy kierunkoacutew tras przewodu czy też niecałkowicie
kołowego kształtu przekroju poprzecznego rur (zwłaszcza tworzywowych - wynikających z
wad zabudowy) a także wynikające z efektoacutew starzenia się przewodoacutew wodnych w czasie
eksploatacji (prowadzących do spadku przepływności) możemy zapisać
ggR
lhhh
h
ml224
Δ22
(929)
Nieliniowe straty miejscowe (Δhm w m) można rozłożyć roacutewnomiernie na długości
przewodu uzyskując tym samym zastępczą chropowatość eksploatacyjną (ke) i woacutewczas
l
Rhe
4 (930)
gdzie
λe - wspoacutełczynnik oporoacutew dla zastępczej chropowatości eksploatacyjnej ke -
λ - wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych wywołany chropowatością k wg (94) -
ξ - wspoacutełczynnik oporoacutew miejscowych wywołany zaburzeniem rozkładu prędkości -
Po uwzględnieniu (929) i (930) i przekształceniu (928) na spadek linii energii
otrzymamy
gRl
hJ
h
e24
1 2
(931)
gdzie
KANALIZACJA I
86
J - jednostkowy sumaryczny spadek energii (spadek hydrauliczny) wywołany tarciem i
oporami miejscowymi na odcinku kanału o długości l
Przekształcając (931) ze względu na
gdJJgRe
h
e
21
81
(932)
i wykorzystując ogoacutelną postać wzoru (94) Colebrooka-Whitersquoa dla liczby Reynoldsa
Re = 4Rh ν equiv d ν zapisanego jako
h
e
eheR
k
R 47134
512log2
1
(933)
po podstawieniu (933) do (932) i dalszych przekształceniach otrzymamy wzoacuter na średnią
prędkość przepływu (w ms)
JgRR
k
JgRRh
h
e
hh
8471384
512log2
(934)
Stosując roacutewnanie ciągłości ruchu Q = A (gdzie A - pole powierzchni przekroju
poprzecznego przewodu m2) otrzymamy ostatecznie ogoacutelny wzoacuter analityczny na strumień
objętości przepływu (Q w m3s)
AJgRR
k
JgRRQ h
h
e
hh
8
471384
512log2
(935)
skąd dla przewodoacutewkanałoacutew o kołowym kształcie przekroju poprzecznego - o średnicy d (w
m) całkowicie wypełnionych Rh = d4
dJdd
k
dJdQ e 2
713
5670log 9576
(936)
Wg ATV-A110 do wymiarowania przewodoacutew ściekowych i kanałoacutew tranzytowych
działających pod ciśnieniem (w tym tworzywowych) zaleca się przyjmować uśrednioną
wartość zastępczej chropowatość eksploatacyjnej w wysokości ke = 025 mm Wartość ta nie
uwzględnia jednak strat miejscowych na armaturze kolanach i łukach kształtkach
połączeniowych wlotach i wylotach ściekoacutew w obiektach kanalizacyjnych takich jak syfony
rury dławiące czy reduktory ciśnienia Straty te należy ustalać indywidualnie Wskazoacutewki
znaleźć można min w pracy [2] Wspoacutełczynnik lepkości kinematycznej wody w temperaturze 10ordmC (28315 K) wynosi
ν10 = 1306 10-6 m2s a dla ściekoacutew przyjmuje się odpowiednio [1 2 3]
ν10 = 133 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 100 mgdm3
ν10 = 137 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 300 mgdm3
ν10 = 143 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 600 mgdm3
W celu ułatwienia doboru przekroi - średnic przewodoacutew czy kanałoacutew ciśnieniowych (np
przewodoacutew tłocznych pompowni ściekoacutew) można posługiwać się nomogramami
opracowanymi do wzoru Colebrooka-Whitersquoa dla przyjętej wartości zastępczej chropowatości
eksploatacyjnej k = ke Przykładowo wykorzystując nomogramem logarytmiczny
przedstawiony na rysunku 95 dotyczący ciśnieniowych przewodoacutewkanałoacutew żelbetowych o
przekroju kołowym dla k = ke = 10 mm i lepkości wody ν10 = 1306 10-6 m2s można dla
ustalonej wartości strumienia Q (w dm3s) i założonej prędkości przepływu ( w ms)
dobierać średnicę (d w mm) przewodu a następnie odczytać wartość spadku linii ciśnienia (J
w promilach)
KANALIZACJA I
87
Rys 95 Przykładowy nomogram logarytmiczny do doboru przewodoacutew żelbetowych (ciśnieniowych)
o przekroju kołowym wg wzoru Colebrooka-Whitersquoa dla k = 10 mm (ν10 = 1306 10-6 m2s)
93 PRZEPŁYWY W KANAŁACH CZĘŚCIOWO WYPEŁNIONYCH
931 METODY I WZORY WYJŚCIOWE
U podstaw obliczeń hydraulicznych służących do doboru wymiaroacutew liniowych kanałoacutew
czy przewodoacutew grawitacyjnych działających ze swobodnym zwierciadłem cieczy (tj
częściowo wypełnionych) leży założenie upraszczające iż mamy do czynienia z ruchem
ustalonym i roacutewnomiernym Odcinki kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych cechuje na ogoacuteł stały
przekroacutej poprzeczny niezmienny spadek podłużny dna oraz stała chropowatośćszorstkość
ścian W ruchu roacutewnomiernym (ustalonym) występuje wzajemna roacutewnoległość dna kanału
(i) wysokości zwierciadła cieczy (hn(Q)) i linii wysokości energii (J = i) a rozkłady
prędkości są jednakowe we wszystkich przekrojach poprzecznych na danym odcinku kanału
( = idem)
Wychodząc z ogoacutelnej postaci wzoru Darcy-Weisbacha (93) na wysokość liniowych
strat hydraulicznych po uwzględnieniu dodatkowo oporoacutew miejscowych wg (929)divide(931)
otrzymamy dla przewodoacutew i kanałoacutew ściekowych częściowo wypełnionych wzoacuter na spadek
hydrauliczny
gR
il
h
h
e24
1 2
(940)
gdzie
Δh - roacuteżnica wysokości den kanału na odcinku o długości l roacutewna roacuteżnicy wysokości
wypełnień normalnych h = hn (w ruchu roacutewnomiernym) Δh = imiddotl m
i - spadek dna kanału roacutewny sumarycznemu spadkowi linii energii - wywołanej tarciem i
oporami miejscowymi (na odcinku l) -
λe - wspoacutełczynnik oporoacutew dla zastępczej chropowatości eksploatacyjnej ke -
KANALIZACJA I
88
Rh - promień hydrauliczny Rh = AU m
A - powierzchnia przekroju poprzecznego strumienia cieczy m2
U - obwoacuted zwilżony m
- średnia prędkość strumienia cieczy ms
g - przyśpieszenie ziemskie ms2
Promień hydrauliczny w przypadku przewodoacutew i kanałoacutew całkowicie wypełnionych
jest miarą hydrauliczną roacuteżnych kształtoacutew przekroi poprzecznych (kołowych jajowych
dzwonowych itp) W przypadku przewodoacutew i kanałoacutew częściowo wypełnionych pełni
dodatkowo rolę miary hydraulicznej stopnia wypełnienia przekrojoacutew - np hD ndash wg rysunku
96
Rys 96 Schemat hydrauliczny kanału zamkniętego częściowo wypełnionego (AU = Rh)
Pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy w kanale o przekroju
kołowym przy częściowym - względnym wypełnieniu ηh = hD oblicza się z zależności
geometrycznych
22
2112121arccos4 D
h
D
h
D
hDAn
(941)
gdzie
An ndash pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy przy wypełnieniu
(normalnym) h = hn m2
D - wewnętrzna średnica kanału m
Zależność pomiędzy polem powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy przy
częściowym wypełnieniu (An) a polem powierzchni całego przekroju poprzecznego kanału
(A) - o średnicy D ujmuje wskaźnik względnej powierzchni (ηA) postaci
D
h
D
h
A
An
A 21arccos2sin21arccos22
1
(942)
Promień hydrauliczny Rh w tym dla względnego wypełnienia przekroju hD oblicza się
z ogoacutelnej postaci wzoru
Dh
DhDhDRh
21arccos
211211
4
2
(943)
Związek pomiędzy promieniem hydraulicznym przy częściowym wypełnieniu a
promieniem hydraulicznym całego przekroju poprzecznego rur określa się z zależności
geometrycznych dla przekroju kołowego
Dh
Dh
R
R
h
hn
Rh21arccos2
21arccos2sin1
(944)
gdzie
ηRh - wskaźnik względnego promienia hydraulicznego -
Rh - promień hydrauliczny przewodu o (wewnętrznej) średnicy D przy całkowitym
wypełnieniu Rh = AU = D4 m
Rhn - promień hydrauliczny strumienia cieczy przy częściowym wypełnieniu
(normalnym) h = hn m
Obliczanie przepływoacutew cieczy w kanałach czy przewodach ściekowych częściowo
wypełnionych zaleca się obecnie opierać na wzorze Colebrooka-Whitersquoa przy przyjęciu
KANALIZACJA I
89
zastępczej chropowatości eksploatacyjnej (ke) Tym samym odstępuje się od stosowania
wzoru Manninga ze wspoacutełczynnikiem szorstkości (n) jako mniej uniwersalnego właściwego
jedynie dla przepływoacutew turbulentnych w III strefie (tzw kwadratowego prawa oporoacutew)
Norma PN-EN 7522008 dopuszcza jednak stosowanie wzoru Manninga w zmienionej
postaci [1 2] (ze wspoacutełczynnikiem Manninga K = 1n - wg wzoru (911))
2132
6173
log32
4 iRk
D
Dg h
(945)
gdzie ogoacutelnie D = 4Rh
Przekształcając wzoacuter Darcy-Weisbacha (93) - ściślej roacutewnanie (940) ze względu na
igRh
e
81
(946)
i wykorzystując wzoacuter (94) Colebrooka-Whitersquoa dla Re = 4Rhν po odpowiednich
przekształceniach otrzymamy wzoacuter na średnią prędkość przepływu (w ms)
igRR
k
igRRh
h
e
hh
8471384
512log2
(947)
Stosując roacutewnanie ciągłości ruchu Q = An gdzie An - pole powierzchni przekroju
poprzecznego strumienia cieczy przy częściowym wypełnieniu (hn = h) otrzymamy postać
ogoacutelną wzoru analitycznego na strumień objętości przepływu w ruchu roacutewnomiernym
ustalonym (i = J)
nhn
hn
e
hnhn
n AigRR
k
igRRQ
8
471384
512log2
(948)
ktoacutery dla przekroju kołowego uwzględniając zapis An wg (941) przyjmie szczegoacutełową
postać (949) dla h = hn
22 211
21
21arccos8
84148
62750log2
4 D
h
D
h
D
higR
R
k
igRR
DQ hn
hn
e
hnhn
n
(949)
Wg ATV-A110 do wymiarowania grawitacyjnych przewodoacutew ściekowych i kanałoacutew
działających przy częściowym wypełnieniu zaleca się przyjmować uśrednione wartości
zastępczej chropowatość eksploatacyjnej w wysokości
ke = 050 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew tranzytowych ze studzienkami o kinetach do
wysokości przekroju kanału
ke = 075 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew zbierających ścieki ze studzienkami o
kinetach do wysokości przekroju kanału
ke = 15 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew zbierających ścieki ze studzienkami o
kinetach do wysokości połowy przekroju kanału
Podane wartości nie uwzględniają strat miejscowych na armaturze zmianach
kierunkoacutew tras wlotach i wylotach ściekoacutew w obiektach kanalizacyjnych Straty te należy
ustalać dodatkowo
932 DOBOacuteR PRZEKROJOacuteW PRZEWODOacuteW I KANAŁOacuteW CZĘŚCIOWO
WYPEŁNIONYCH
Posługiwanie się wzorami analitycznymi na strumień Q a zwłaszcza na Qn stwarza dużą
trudność ze względu na ich uwikłaną postać W celu ułatwienia obliczeń hydraulicznych
kanałoacutew niecałkowicie wypełnionych opracowano charakterystyki sprawności hydraulicznej
roacuteżnych przekroi kanałoacutew tj zależności na wskaźniki względnych prędkości przepływu η =
n oraz względnych strumieni objętości ηQ = QnQ Przykładowo dla przekroju kołowego
KANALIZACJA I
90
stosując metodologię opartą na wzorze Colebrooka-Whitersquoa przy przyjęciu pewnych
uproszczeń (bowiem przy częściowym wypełnieniu zaroacutewno jak i Q zależą roacutewnież od i
oraz k) otrzymamy wg Franke [2 54]
85
h
hnn
R
R
(952)
oraz
85
h
hnnn
QR
R
A
A
Q
Q (953)
gdzie
η - wskaźnik względnych prędkości przepływu stosunek prędkości n przy częściowym
wypełnieniu (h = hn) do prędkości przy całkowitym wypełnieniu przekroju (h = D)
Rh - promień hydrauliczny przy całkowicie wypełnionym kanale (Rh = D4) m
Rhn - promień hydrauliczny przy częściowym wypełnieniu - normalnym hn m
ηQ - wskaźnik względnych strumieni objętości stosunek strumienia Qn przy częściowym
wypełnieniu (h = hn) do strumienia Q przy całkowitym wypełnieniu przekroju (h = D)
A - pole powierzchni przekroju kanału przy całkowitym wypełnieniu (A = πD24) m2
An - pole powierzchni przekroju poprzecznego kanału przy częściowym wypełnieniu - hn
(wg wzoru (941)) m2
Na rysunku 97 przedstawiono krzywe sprawności hydraulicznej η i ηQ od hD (w )
dla kanału o przekroju kołowym o średnicy D
Rys 97 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju kołowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Według metodologii opartej na wzorze Colebrooka-Whitersquoa całkowita przepustowość
kanału (100) tj przy całkowitym wypełnieniu przekroju (100) osiągana jest już przy
względnym wypełnieniu hD = 0827 - w kanałach o przekroju kołowym bądź hH = 0867 -
w kanałach jajowych czy też hH = 0807 - w kanałach dzwonowych (gdzie H oznacza
wysokość przekroju kanału proporcjonalną do jego szerokości B) wg rys 97divide99
Promień hydrauliczny osiąga woacutewczas (prawie) maksymalne wartości a warunki
przepływu odpowiadają panującym w kanałach otwartych Krzywe sprawności hydraulicznej
kanałoacutew interpretuje się więc tylko do wymienionych wyżej względnych wypełnień
UWAGA Kanały grawitacyjne należy dobierać na przepływ ze swobodnym zwierciadłem
roacutewnież ze względu na niestabilne warunki przepływu przy całkowitych wypełnieniach ndash
gdzie powstawać mogą woacutewczas poduszki powietrzne na załamaniach spadkoacutew odcinkoacutew
kanałoacutew
KANALIZACJA I
91
Rys 98 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju jajowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Rys 99 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju dzwonowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Wymiarowany przekroacutej kanału powinno dobierać się tak aby teoretyczna jego
przepustowość całkowita Q (przy danym spadku dna) była zawsze większa od strumienia
obliczeniowego Wg zasad wypracowanych w Niemczech (ATV A-118) w przypadku
kanałoacutew deszczowych bądź ogoacutelnospławnych zaleca się dobierać następny większy przekroacutej
jeżeli strumień obliczeniowy przekracza 90 przepustowości całkowitej (Q) danego
przekroju kanału - przy danym spadku dna (i) Odpowiada to zasadzie wymiarowania takich
kanałoacutew na względne wypełnienia
hD le 075 - w wypadku kanałoacutew o przekroju kołowym bądź
hH le 079 - w przypadku kanałoacutew jajowych czy też
hH le 072 - w przypadku kanałoacutew dzwonowych
W praktyce inżynierskiej występują najczęściej dwa typy zadań hydraulicznych
doboacuter wymiaru - przekroju poprzecznego kanału (kołowego o średnicy D lub innego
o wysokości przekroju H) dla danego strumienia (Qn) i spadku dna (i) z określeniem
wypełnienia normalnego hn(Qn) oraz średniej prędkości przepływu n(Qn)
obliczenie przepustowości (Q lub Qn) kanału o danym spadku dna (i)
Do wymiarowania kanałoacutew ściekowych deszczowych i ogoacutelnospławnych stosowany
jest powszechnie wzoacuter Manninga (99) w ktoacuterym wspoacutełczynnik szorstkości kanału
przyjmowany jest najczęściej w stałej wartości n = 0013 m13s (ogoacutelnie n [0010 0016]
sm13 czemu odpowiada w przybliżeniu k [025 50] mm)
W celu ułatwienia doboru przekrojoacutew kanałoacutew wykorzystuje się wykresy i nomogramy
do wzoru Manninga przedstawiające graficznie zależności pomiędzy parametrami
konstrukcyjnymi takimi jak średnica (przekroacutej) kanału spadek dna szorstkość a
hydraulicznymi takimi jak wypełnienie prędkość i strumień objętości przepływu
Najczęściej stosowane są 2 rodzaje pomocy graficznych mianowicie
KANALIZACJA I
92
nomogramy drabinkowe - przedstawiające zależności D Q i dla kanałoacutew
całkowicie wypełnionych ktoacutere wymagały dodatkowo posługiwania się wykresami
sprawności hydraulicznej przekrojoacutew kanałoacutew przy niecałkowitym wypełnieniu
nomogramy logarytmiczne (scalone) - opracowane dla roacuteżnych przekrojoacutew kanałoacutew
niecałkowicie wypełnionych (dla n = constans)
Przykład obliczeniowy z zastosowaniem nomogramu drabinkowego i krzywych sprawności
przekroju kołowego (wg rys 910 i 911) Należy dobrać średnicę kanału (ściekowego) dla
obliczeniowego strumienia Q = 15 dm3s i spadku dna i = 5 permil
Rys 910 Przykład nomogramu drabinkowego do doboru kanałoacutew kołowych
(oznaczono Qc equiv Q oraz Vc equiv )
Tok postępowania
1 Prowadzimy prostą (1) przechodząca przez punkty i = 5permil oraz Q = 15 dm3s (rys 910)
Dobieramy pierwszą większą (katalogową) średnicę tj D = 020 m Przez punkty D = 02 m
oraz i = 5 permil prowadzimy prostą (2) i odczytujemy strumień objętości przy całkowitym
wypełnieniu Q = 22 dm3s oraz prędkość przy całkowitym wypełnieniu = 080 ms
2 Następnie korzystamy z krzywej sprawności hydraulicznej przekroju kołowego
przedstawiającej zależność pomiędzy względnym wypełnieniem kanału (hD) a względnym
strumieniem przepływu (ηQ) - wyrażonych w (rys 911) Krzywa ta umożliwia ustalenie
wartości względnego wypełnienia przekroju kanału i względnej prędkości przepływu - dla
odczytanych z nomogramu drabinkowego parametroacutew hydraulicznych całkowicie
wypełnionego kanału (tj strumienia Q i prędkości )
Dla ustalonej z nomogramu drabinkowego (rys 910) wartości strumienia przy
całkowitym wypełnieniu Q = 22 dm3s obliczamy wartość funkcji sprawności przepływu
ηQ = 1522 = 0682 asymp 68 Następnie z krzywej sprawności (rys 911) dla ηQ = 68
odczytujemy
po lewej stronie hD = 61 = 061
po prawej stronie ηυ = 108 = 108
Stąd wypełnienie (normalne) w dobranym kanale wyniesie hn = 061∙D = 061∙02 = 012 m
a prędkość przepływu n = η middot = 108∙080 = 086 ms
Rys 911 Idea korzystania z wykresu sprawności hydraulicznej przekroju kołowego
(oznaczono QQC equiv QnQ oraz vvC equiv n)
ηQ = QQc
η = c
KANALIZACJA I
93
Dla innych niż kołowy przekrojoacutew poprzecznych kanałoacutew np jajowych jajowych
podwyższonych gruszkowych czy dzwonowych korzystamy z właściwych nomogramoacutew
drabinkowych i krzywych sprawności danego przekroju kanału
Tok postępowania przy korzystaniu z nomogramoacutew scalonych - opracowanych dla roacuteżnych (typowych) przekrojoacutew kanałoacutew wg idei na rysunku 912
Rys 912 Idea korzystania z nomogramu logarytmicznego do doboru kanałoacutew kołowych
(wg wzoru Manninga)
Przykłady obliczeniowe - z zastosowaniem nomogramoacutew scalonych
1) Dla danych Q = 20 dm3s oraz i = 40permil należy dobrać kanał (ściekowy) o przekroju
kołowym dla n = 0013 sm13 Wychodząc od strumienia Q = 20 dm3s (wg idei na rys 912)
po prawej stronie nomogramu - dobrano średnicę D = 025 m i odczytano
wypełnienie h = hn = 013 m a następnie
po lewej stronie nomogramu - dla D = 025 m i h = 013 m odczytano prędkość
przepływu = n = 080 ms
2) Dla danych Q = 400 dm3s oraz i = 20permil należy dobrać kanał (deszczowy) o przekroju
jajowym dla n = 0013 sm13 Z nomogramu scalonego podanego na rysunku 913 dobrano
kanał jajowy J06 x 09 m i odczytano wypełnienie h = hn = 070 m (hH = 078 lt 079 ndash dla
90 przepustowości Q wg rys 98) oraz ustalono = 12 ms (Dokładny wynik obliczeń hn i
n uzyskamy tylko po zastosowaniu wzoroacutew analitycznych)
Rys 913 Przykładowy nomogram logarytmiczny do wzoru Manninga do doboru kanałoacutew
grawitacyjnych o przekroju jajowym (dla n = 0013 m13s)
KANALIZACJA I
94
94 ZALECANE SPADKI DNA KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
W systemach kanalizacyjnych spadek dna (i) kanałoacutew grawitacyjnych powinien
zawierać się w granicach
imin i imax (955)
- zależnie od wymiaru (średnicy D) kanału i spadku terenu
Spadek mniejszy od minimalnego (imin - dla danej średnicy) w efekcie zbyt małych
prędkości przepływu ściekoacutew prowadziłyby do odkładania się osadoacutew i w efekcie do
zamulenia kanału Spadek większy od maksymalnego (imax - dla danej średnicy)
prowadziłyby do niszczenia kanałoacutew - wskutek erozji powodowanej głoacutewnie zawiesiną
mineralną przy znacznych prędkościach przepływu
Powszechnie w literaturze zalecana jest formuła Imhoffa na spadek minimalny (imin)
D
i1
min (956)
gdzie
imin w promilach gdy wymiar średnicy D wyrażony jest w metrach lub w ułamku gdy D w mm
W przypadku kanałoacutew o innym przekroju niż kołowy (np jajowy gruszkowy) za bdquoDrdquo do
wzoru (956) bezpieczniej jest przyjmować szerokość przekroju w tzw pachach (np dla
ogoacutelnospławnego kanału jajowego J 06x09 m - bdquoDrdquo = 06 m)
Według badań prof Suligowskiego formuła (956) może być stosowana dla
względnych wypełnień kanałoacutew większych od 30 (hD gt 03)
Historycznie w wytycznych technicznych projektowania (WTP) miejskich sieci
kanalizacyjnych z 1965 roku sformułowano zasadę zachowania minimalnej prędkości (min)
przepływu ściekoacutew przy całkowitym wypełnieniu kanałoacutew jako warunku ich
bdquosamooczyszczania sięrdquo tj odpowiednio
w systemie kanalizacji rozdzielczej - w kanałach bytowo-gospodarczych
przemysłowych oraz deszczowych min = 08 ms
w systemie kanalizacji ogoacutelnospławnej min = 10 ms
Wychodząc z powyższych założeń stosując wzoacuter Manninga (99) dla n = 0013 sm13
możliwie było ustalenie wartości minimalnych spadkoacutew dna kanałoacutew ze względu na
bdquosamooczyszczanierdquo podanych w tabeli 94 - dla przykładowych średnic Wyższe wartości
spadkoacutew minimalnych względem obliczonych z formuły 1D (956) wyboldowano
Tab 94 Obliczone z formuły 1D wg wzoru Manninga (dla n = 0013 sm13
i min) minimalne spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych ( - stosowane w praktyce)
Lp
Średnica
kanału
D
Minimalne spadki dna kanałoacutew imin
Obliczone z
formuły
1D
Obliczone z wzoru
Manninga dla prędkości
min = 08 ms min = 10 ms
- m permil permil permil 1 020 50 587 918
2 025 40 436 681
3 030 333 (30) 342 534
4 040 25 233 364
5 050 20 173 270
6 060 167 136 212
7 080 125 092 145
8 100 100 069 107
9 150 067 (05) 040 062
10 200 05 027 043
Maksymalne spadki (imax) dna kanałoacutew określano (wg WTP) w podobny sposoacuteb tj przy
całkowitym wypełnieniu prędkość przepływu ściekoacutew nie powinna przekraczać wartości
KANALIZACJA I
95
max = 30 ms - w kanałach bytowo-gospodarczych i przemysłowych dla rur
betonowych i ceramicznych
max = 50 ms - w kanałach bytowo-gospodarczych i przemysłowych dla rur
żelbetowych i żeliwnych
max = 70 ms - w kanałach deszczowych i ogoacutelnospławnych niezależnie od
materiału kanałoacutew jako że kanały takie przy znacznym wypełnieniu działają
okresowo w poroacutewnaniu z kanałami bytowo-gospodarczymi i przemysłowymi
W tabeli 95 podano obliczone z wzoru Manninga (99) dla n = 0013 sm13 wartości
maksymalnych spadkoacutew dna kanałoacutew dla prędkości max ndash przy całkowitym wypełnieniu
Tabela 95 Obliczone z wzoru Manninga (99) dla n = 0013 sm13
maksymalne spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych
Lp
Średnica
kanału
D
Maksymalne spadki dna kanałoacutew imax z wzoru
Manninga dla prędkości
max = 3 ms max = 5 ms max = 7 ms - m permil permil permil
1 020 828 2300 4508
2 025 603 1675 3283
3 030 477 1325 2597
4 040 324 900 1764
5 050 243 675 1323
6 060 189 525 1029
7 080 135 375 735
8 100 99 275 539
9 150 56 156 306
10 200 38 106 209
W pracy IKŚ z 1983 roku zalecono ograniczenie maksymalnych prędkości przepływu
ściekoacutew niezależnie od materiałoacutew rur do
max = 30 ms - w kanałach ściekowych i ogoacutelnospławnych
max = 50 ms - w kanałach deszczowych i burzowych
co jest racjonalne ze względu na trwałość bezawaryjnego działania kanalizacji
Grawitacyjne przewody i kanały transportujące ścieki tj mieszaniny ciał stałych i
cieczy powinny być układane z takim spadkiem aby możliwy był zaroacutewno transport
zanieczyszczeń zawartych w ściekach w tym wleczonych przy dnie jak i rozmywanie już
odłożonych (przy mniejszych strumieniach przepływu) złogoacutew i osadoacutew
Z punktu widzenia hydromechaniki transport zanieczyszczeń można zapewnić jeżeli
opoacuter tarcia wyrażony stycznymi naprężeniami ścinającymi ( ) pomiędzy ścianką rury a
ściekami będzie większyroacutewny min
min ge 20 Pa - dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
min ge 15 Pa - dla kanałoacutew deszczowych
przy czym iR Rhh - dla małych kątoacutew α pochylenia kanałoacutew (woacutewczas i asymp sinα) W
przypadku przekroju kołowego otrzymamy
iR
RD
h
hn 4
(957)
gdzie
- naprężenia ścinające Pa
- ciężar właściwy ściekoacutew Nm3
D - średnica wewnętrzna przewodu (kanału) m
Rhn - promień hydrauliczny przy częściowym wypełnieniu kanału (normalnym hn) m
Rh - promień hydrauliczny przy całkowitym wypełnieniu kanału (Rh = D4) m
i - spadek dna ułamek
KANALIZACJA I
96
Stąd ogoacutelnie
DR
R
gi
hn
h 14 min
min
(958)
a dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych (dla 02min Pa)
DR
Ri
hn
h 1108160 3
min
(959)
i dla kanałoacutew deszczowych (dla 51min Pa)
DR
Ri
hn
h 1106120 3
min
(960)
Przykłady obliczeniowe
Dla kanału o średnicy D = 030 m z formuły (956) spadek minimalny wynosi imin = 1030 =
333permil (w praktyce przyjmowany jako 3permil) Z obliczeń wg wzoru (959) otrzymamy dla
kanału bytowo-gospodarczego o D = 03 m dla wypełnień względnych
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 00107 = 107permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000564 = 564permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000398 = 398permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000317 = 317permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000272 = 272permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000225 = 225 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000272 = 272permil
Podobnie z obliczeń wg wzoru (960) dla kanału deszczowego o średnicy D = 03 m
otrzymamy
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 000803 = 803permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000423 = 423permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000298 = 298permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000238 = 238permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000204 = 204permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000170 = 170 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000204 = 204permil
UWAGA 1 Obliczone wyżej spadki imin spełniają kryterium hydromechaniczne
samooczyszczania się kanałoacutew co jest ważne dla małych wypełnień Są one znacznie większe
niż z formuły bdquo1Drdquo (przewyższenia dla D = 030 m wyboldowano) a także od obliczonych z
warunku min = 08 ms [1 2]
UWAGA 2 Formuła imin = 1D ma praktyczne zastosowanie dla względnych wypełnień
kanałoacutew większych od 30
UWAGA 3 Dla względnych wypełnień hD gt 03 spadki imin z kryterium
hydromechanicznego są nieco mniejsze od imin = 1D
Według badań prof Dąbrowskiego uwzględniając nieroacutewnomierność godzinową
strumienia ściekoacutew w wymiarowaniu kanałoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
należy przyjmować 52min Pa - dla średnic 020 i 025 m oraz 22min Pa - dla średnic
030 035 040 i 050 m Przyjmowane dotychczas naprężenia minimalne 02min Pa są
właściwe dla średnic ge 060 m
Dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych przyjmując 22min Pa otrzymamy
DR
Ri
hn
h 1108970 3
min
(961)
KANALIZACJA I
97
woacutewczas dla przykładowej średnicy D = 03 m minimalne wartości spadkoacutew wyniosą już
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 00118 = 118permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000620 = 620permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000437 = 437permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000349 = 349permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000299 = 299permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000248 = 248 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000299 = 299permil
Na tym tle zalecone w pracy IKŚ z 1984 r minimalne spadki dna kanałoacutew ściekowych
dla jednostek osadniczych o liczbie mieszkańcoacutew le 1000 imin = 10permil są uzasadnione [1 2]
UWAGA Przytoczone dane podkreślają wagę i znaczenie obliczeń hydraulicznych kanałoacutew
do prawidłowego funkcjonowania sieci i zarazem uzasadniają konieczność ich wykonywania
już na etapie koncepcji programowo-przestrzennej (KPP) a także w projektach budowlanych
(PB i PBW) Jest to często pomijane a projektanci dobierają bdquoświadomierdquo większe średnice
kanałoacutew dążąc za wszelką cenę do wypłycenia kanalizacji ściekowej co jest błędnym i
drogim w eksploatacji rozwiązaniem
95 STOSOWANE PRZEKROJE KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Wyboacuter kształtu przekroju poprzecznego kanałoacutew zależy od
warunkoacutew hydraulicznych tj strumienia i nieroacutewnomierności przepływu ściekoacutew
(w dobie) oraz wymaganych prędkości samooczyszczania
warunkoacutew statycznych zabudowy kanału tj zagłębienia dna i przykrycia wierzchu
rury (sklepienia)
rodzaju materiału i sposobu wykorzystania kanału w tym dostosowania do
pokonania przeszkoacuted terenowych uniknięcia kolizji itp
Najczęściej stosowane są przekroje kołowe praktycznie we wszystkich systemach
kanalizacyjnych Pod względem statycznym przekroacutej ten jest właściwy zaroacutewno dla małych
jak i znacznych zagłębień kanału Łatwy w prefabrykacji w montażu i budowie ze względu
na pełną symetrię przekroju (w przypadku braku tzw stopki)
Polska norma PN-71B-02710 dopuszcza do stosowania 5 podstawowych kształtoacutew
przekroi poprzecznych kanałoacutew Przykładowo w Niemczech obowiązują 3 znormalizowane
kształty i wymiary przekroi kanałoacutew (kołowy jajowy i dzwonowy)
1 Kanały kołowe o średnicach wewnętrznych d equiv D = h = b (w m) - oznaczone jako K
K 015 020 025 030 040 050 060 080 10 12 14 16 18 20 m i większe o
wielokrotności 05 m tj np K 25 30 35 40 m
Rys 914 Geometria kanałoacutew kołowych (K)
KANALIZACJA I
98
Przekroje kołowe są powszechnie stosowane w kanalizacji bytowo-gospodarczej i
przemysłowej deszczowej oraz ogoacutelnospławnej przy czym w kanalizacji ogoacutelnospławnej
najczęściej do wymiaru K le 05 m
2 Kanały jajowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość przekroju (h
=15b) oznaczone jako J (J 06 x 09 m 07 x 105 m 08 x 12 m 10 x 15 m 12 x 18 m)
Rys 915 Geometria kanałoacutew jajowych (J)
Przekroje jajowe były powszechnie stosowane w kanalizacji ogoacutelnospławnej (powyżej
K05 m) do wymiaru J12 x 18 m Powyżej tego wymiaru należało stosować przekroje
złożone - z kinetami na ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe (Z poroacutewnania sprawności
hydraulicznej kanału kołowego o średnicy D z jajowym o przekroju D x 15D wynika że przy
całkowitym wypełnieniu Q(J) = 161Q(K) oraz (J) = 110(K))
3 Kanały jajowe podwyższone o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość
przekroju (h =175b) oznaczone jako JP (JP 06 x 105 m 07 x 1225 m 08 x 140 m 10 x
175 m 12 x 210 m
Rys 916 Geometria kanałoacutew jajowych podwyższonych (JP)
4 Kanały gruszkowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość przekroju
(h =125b) oznaczone jako GR (GR 14 x 175 m 16 x 20 m 18 x 225 m 20 x 25 m i
większe o wielokrotności 05 m)
Rys 917 Geometria kanałoacutew gruszkowych (GR)
KANALIZACJA I
99
5 Kanały dzwonowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość
przekroju (h =085b) oznaczone jako DZ (DZ 14 x 119 m 16 x 136 m 18 x 153 m 20
x 170 m i większe o wielokrotności 05 m)
Rys 918 Geometria kanałoacutew dzwonowych (DZ)
Kanały dzwonowe ze względu na małą wysokość przekroju h lt b znajdują
zastosowanie wszędzie tam gdzie nie ma wystarczającej wysokości bądź przykrycia terenem
czy też przy występujących kolizjach z istniejącym uzbrojeniem Geometria sklepienia
kanałoacutew DZ - jak kanałoacutew GR
UWAGA Zgodnie z Ustawą z 12 września 2002 r o normalizacji (Dz U Nr 169 poz 1386)
stosowanie Polskich Norm jest bdquodobrowolnerdquo Jednak unifikacja geometrii kanałoacutew jest
niezbędna ze względoacutew praktycznych (budowy napraw konserwacji czy przyszłościowej
wymiany) Odniesienie do problemoacutew prawnych jest omoacutewione w rozdz 1 i 10 w [1 2]
W uzasadnionych przypadkach (np napraw istniejących kanałoacutew) dopuszczalne jest
stosowanie innych nietypowych kształtoacutew i wymiaroacutew kanałoacutew jako poza normowych
podanych dla przykładu na rysunkach 919divide923
Przekroacutej eliptyczny
Rys 919 Geometria kanałoacutew eliptycznych (h = 067b)
Przekroacutej kołowo-troacutejkątny
Rys 920 Geometria kanałoacutew kołowo-troacutejkątnych
Przekroacutej prostokątny
Rys 921 Geometria kanałoacutew prostokątnych
KANALIZACJA I
100
Przekroacutej pięciokątny (tzw bdquofuumlnfeckrdquo)
Rys 922 Geometria kanałoacutew pięciokątnych
Przekroacutej kołowy z kinetą ściekową (tzw bdquoLindleyrsquoardquo)
Rys 923 Geometria kanałoacutew kołowych z kinetą ściekową
Złożone przekroje kanałoacutew nie mają na ogoacuteł opracowanych charakterystyk przepływu -
h = f(Q) woacutewczas należy je wyznaczyć doświadczalnie lub analitycznie opierając się na
podanych już roacutewnaniach ruchu np
AQ oraz 21321 iR
nh przy UARh
Rys 924 Przykładowa charakterystyka przepływu h = f(Q) złożonego przekroju kanału
96 PRZEPEŁNIANIE SIĘ KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Przepełnianie się kanałoacutew grawitacyjnych i praca pod ciśnieniem jest problemem
eksploatacyjnym zwłaszcza w systemach kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej
podczas występowania deszczu o rzadszej powtarzalności niż częstość (C) przyjęta do
zwymiarowania kanałoacutew Woacutewczas kanały zaczynają działać z większym niż projektowane
wypełnienie (- dla strumienia Q(C)) następnie z całkowitym wypełnieniem i w końcu pod
ciśnieniem (przy Qmax) W efekcie prowadzić to może do wylewania się ściekoacutew z kanałoacutew w
tzw punktach krytycznych sieci tj np w piwnicach czy w najniżej położonych ulicznych
wpustach deszczowych podwoacuterzowych itp
Na profilu kanału wg rysunku 925 maksymalny spadek linii ciśnienia (Jmax) jest
ograniczony przez punkt krytyczny - przecięcie się linii ciśnienia z powierzchnią terenu
Wartości spadku Jmax odpowiada maksymalny strumień przepływu Qmax - zgodnie z wzorem
Manninga (99) w połączeniu z roacutewnaniem ciągłości ruchu
21
max
32
max 1
JRn
AQ h (962)
gdzie
A - powierzchnia przekroju poprzecznego kanału przy całkowitym wypełnieniu m2
KANALIZACJA I
101
Rh - promień hydrauliczny przy całkowitym wypełnieniu m
J = Jmax ndash maksymalny spadek linii ciśnienia (energii) -
Rys 925 Przebieg linii ciśnienia (ilcmax equiv Jmax) wzdłuż trasy kanału grawitacyjnego podczas działania
pod ciśnieniem dla Qmax (skreślenia oznaczają nieaktywność parametroacutew Qn i hn dla spadku dna ik)
Woacutewczas spadek linii ciśnienia Jmax jest większy od spadku dna kanału ik Większy
strumień deszczu niż Qmax nie zmieści się już w kanale pozostanie więc na powierzchni
terenu jako nieodebrany - rozlewając się po powierzchni i niewiele podnosząc spiętrzone w
kanale (studzience) zwierciadło ściekoacutew Stąd na podstawie (962) możemy napisać
maxmax JaQ (963)
przy czym constRn
Aa h 321 oraz idem
l
HHJ
min
max - wg rys 925
Strumień objętości Q przy całkowitym wypełnieniu kanału o spadku dna ik wynosi
kiaQ (964)
Oznaczając ik =l
H (wg rys 925) stąd stosunek strumieni
1minminmaxmax
H
H
H
HH
ia
Ja
Q
Q
k
(965)
Oznaczając sH
Hmin otrzymamy 1max s
Q
Q a stąd 1max sQQ więc
Qmax gt Q ponieważ 1s gt 1
Wynika stąd że strumień Qmax ograniczony jest zagłębieniem kanału Hmin - w punkcie
krytycznym (rys 925) Im większa będzie wartość Hmin tym większa jest wartość 1s i
tym większy będzie strumień Qmax
Z powyższej analizy wynika że kanały mają w sobie pewną rezerwę przepustowości
ktoacutera może być wykorzystywana w przypadku pojawienia się większego strumienia
przepływu niż obliczeniowy - przyjęty do wymiarowania kanału Q(C) Jednak po
przeanalizowaniu oddziaływania spiętrzonych ściekoacutew w danym kanale (np kolektorze) na
warunki odbioru ściekoacutew w kanałach bocznych (zbieraczach) powyższy wniosek nie musi
odnosić się do całej sieci
Praca kolektoroacutew kanalizacyjnych pod ciśnieniem powoduje wzrost ich przepustowości
ale jednocześnie wywołuje podtapianie kanałoacutew bocznych (zbierających roacutewnież ścieki
opadowe) mogąc przyczynić się z kolei do obniżenia ich przepustowości hydraulicznej Wg
rysunku 926 rozpatrzono 3 przypadki relacji spadkoacutew linii ciśnienia w kanałach bocznych
względem spadku dna tych kanałoacutew wymuszone przez roacuteżne poziomy ściekoacutew w kolektorze
(analogia do hydraulicznych naczyń połączonych)
KANALIZACJA I
102
Rys 926 Trzy przypadki wpływu wysokości ciśnienia w kolektorze
na działanie kanałoacutew bocznych o spadku dna ik (b)
Analiza zjawisk
1 Przypadek - przepływ w kolektorze ze swobodnym zwierciadłem dla spadku linii
ciśnienia w kanale bocznym ilc equiv Jb = Jbmax gt ik(b) woacutewczas
Qbmax gt Qb(C)
2 Przypadek - przepływ w kolektorze pod ciśnieniem dla spadku linii ciśnienia w kanale
bocznym Jb = ik(b)
Qb = Qb(C)
3 Przypadek - przepływ w kolektorze pod znacznym ciśnieniem dla spadku linii ciśnienia
w kanale bocznym Jb lt ik(b)
Qb lt Qb(C)
Z rysunku 926 wynika że kolektor podtopiony do poziomu w 3-cim przypadku wywoła
spadek linii ciśnienia Jb w kanale bocznym mniejszy od spadku dna kanału bocznego ik(b) i
woacutewczas strumień przepływu pod ciśnieniem Qb w tym kanale będzie mniejszy niż jego
strumień obliczeniowy Qb(C) Wystąpi więc dławienie przepływu i spadek przepustowości
kanału bocznego - brak odbioru ściekoacutew w studzience na jego początku Przy roacuteżnicach
rzędnych studzienek ścieki mogą nawet wylewać się z kolektora na powierzchnię terenu
poprzez kanał boczny
W Polsce sformułowano jako zasadę ndash już nieaktualną iż
o kolektory powinny być wymiarowane na większy strumień przepływu tj na większą
wartość częstości deszczu C np C = 2 lata - dla kanalizacji deszczowej czy C = 5 lat
ndash w kanalizacji ogoacutelnospławnej (w płaskim terenie - tab 71) a
o kanały boczne (zbieracze) na mniejszy strumień tj na mniejszą wartość częstości
deszczu np C = 1 rok - dla kanalizacji deszczowej czy C = 2 lata - w kanalizacji
ogoacutelnospławnej (w przypadku płaskiego terenu - tab 71)
Powyższą zasadę uzasadniano ekonomicznie tym że jednostkowy koszt budowy
kolektoroacutew jest znacznie większy ale dotyczy mniejszej długości w sieci w poroacutewnaniu z
kosztem budowy kanałoacutew bocznych o zdecydowanie większej sumarycznej długości
UWAGA Zasada ta straciła swą aktualność w świetle normy PN - EN 752 - ujednolicenia
częstości deszczy dla kolektoroacutew i kanałoacutew bocznych
KANALIZACJA I
103
10 ZASADY PROJEKTOWANIA BUDOWY I EKSPLOATACJI SIECI
KANALIZACYJNYCH
101 UKŁADY SIECI KANALIZACYJNYCH
Topologia (układ) sieci kolektoroacutew i kanałoacutew bocznych zależy głoacutewnie od
konfiguracji terenu (spadkoacutew podłużnych i poprzecznych) względem odbiornika
układu geometrycznego ciągoacutew komunikacyjnych (pieszo-jezdnych)
zabudowy terenu
Ogoacutelną zasadą jest lokalizowanie - ze względoacutew hydraulicznych
kanałoacutew głoacutewnych (kolektoroacutew) na kierunkach najmniejszych spadkoacutew
powierzchni terenu
kanałoacutew bocznych (zbieraczy) na kierunkach największych spadkoacutew powierzchni
terenu tj w miarę prostopadle do warstwic terenu
przykanalikoacutew w miarę prostopadle do zbieraczy i kolektoroacutew
W konkretnych warunkach terenowych układ sieci kanalizacji grawitacyjnej zaroacutewno
ogoacutelnospławnej rozdzielczej czy poacutełrozdzielczej może być zrealizowany w oparciu o
poniższe schematy ideowe - ogoacutelnomiejskie (w skali całego miasta) bądź lokalne
1011 UKŁADY OGOacuteLNOMIEJSKIE
I Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacyjnych
II Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacyjnych z kolektorem zbiorczym
III Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacyjnych
IV Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacyjnych z kanałami odciążającymi
Rys 101 Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej
Rys 102 Układ poprzeczny kanalizacji grawitacyjnej - z kolektorem zbiorczym
KANALIZACJA I
104
Rys 103 Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej
Rys 104 Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej - z kanałami odciążającymi
1012 UKŁADY LOKALNE
V Układ promienisty
VI Układ pierścieniowy
VII Układy strefowe
Rys 105 Układ promienisty kanalizacji grawitacyjnej ndash w kotlinie
Rys 106 Układ pierścieniowy kanalizacji grawitacyjnej ndash na wzgoacuterzu
KANALIZACJA I
105
a) b)
Rys 107 Układy strefowe kanalizacji grawitacyjno-pompowej
a) z wododziałem b) w niecce terenowej
Na wyboacuter układu systemu kanalizacyjnego - w danych warunkach terenowych wpływ
mają także inne czynniki [1 2]
102 PROJEKTOWANIE TRAS KANAŁOacuteW
1021 SYTUOWANIE KANAŁOacuteW W PLANIE
Położenie sytuacyjne osi przewodoacutew kanalizacyjnych (podobnie jak wodociągowych
ciepłowniczych gazowych itp) powinno być roacutewnoległe względem
osi ulic (krawężnikoacutew chodnikoacutew)
linii rozgraniczających zabudowy
istniejącego zbrojenia podziemnego
W szerokich ciągach komunikacyjnych (pieszo-jezdnych) ndash o szerokości
przekraczającej 30 m i obustronnej zabudowie należy projektować dwa roacutewnoległe kanały
bytowo-gospodarcze Liczba i układ kanałoacutew deszczowych zależy od warunkoacutew
miejscowych Uzyskamy woacutewczas ciągi kanałoacutew o stosunkowo płytkim posadowieniu o
mniejszych średnicach i mniejszych kosztach budowy (mniej kolizji z istniejącym
uzbrojeniem)
Wymagane odległości projektowanych kanałoacutew od istniejącego uzbrojenia
podziemnego i nadziemnego terenu regulowane są odpowiednimi przepisami miejscowymi
(np powiatowymi czy wojewoacutedzkimi) ustalanymi w Zespołach Uzgadniania Dokumentacji
Projektowych (ZUDP) Przykładowo we Wrocławiu minimalna odległość zewnętrznego
obrysu kanału od
krawężnika - wynosi 20 m (wg [] 12 m)
budynku mieszkalnego 50 m (wg [] 40 m)
toroacutew kolejowych 50 m (wg [] od skrajnej szyny torowiska)
autostrad 50 m
drzew krzewoacutew 10 m (wg [] 20 m)
drenażu podziemnego 20 m
przewodu ciepłowniczego 30 m (wg [] 12divide14 m w zależności od średnicy)
przewodu wodociągowego 20 m (wg [] 12divide17 m w zależności od średnicy)
kabli energetycznych i telekomunikacyjnych 20 m
wg [] Warunki techniczne wykonania i odbioru sieci kanalizacyjnych Wydawnictwo COBRTI
INSTAL Warszawa 2003
KANALIZACJA I
106
Zmiany kierunkoacutew tras kanałoacutew
Kanały nieprzełazowe - o wysokości przekroju H = D lt 10 m należy układać
odcinkami prostymi pomiędzy studzienkami rewizyjnymi (inspekcyjnymi) Każda zmiana
kierunku trasy musi odbywać się więc w studzience
Rys 108 Trasowanie kanałoacutew o wysokościach H = D lt 10 m - w łukach droacuteg
Kanały przełazowe - o wysokości przekroju H = D 10 m można budować w łukach
o łagodnych krzywiznach o promieniu R przy czym Rmin ge 5b gdzie b = D - szerokość
kanału w tzw pachach oraz Rmin ge 50 m Na początku i końcu łuku właściwe jest
lokalizowanie studzienek rewizyjnych aby umożliwić wejście i czyszczenie takiego odcinka
Rys 109 Trasowanie kanałoacutew o wysokościach przekroju H = D 10 m - w łukach droacuteg
Łączenie kanałoacutew
Łączenie tras kanałoacutew powinno odbywać się w studzienkach tzw połączeniowych pod
kątem 90 do kierunku przepływu ściekoacutew (rys 1010)
Rys 1010 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew dla tras pod kątem 90
Gdy z układu tras łączonych kanałoacutew wychodzi kąt ostry 90 należy zastosować
dodatkową studzienkę rewizyjną - wg rys 1011
Rys 1011 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew dla tras pod kątem 90
Kanały nieprzełazowe (H lt 10 m) łączymy w studzienkach połączeniowych (o
przekroju kołowym) a kanały przełazowe (H 10 m) w komorach połączeniowych -
najczęściej o przekroju wieloboku
KANALIZACJA I
107
a) b)
Rys 1012 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew
A) nieprzełazowych - w studzienkach połączeniowych (StP) ndash studzienka kołowa
B) przełazowych - w komorach połączeniowych (KP) - wielobok foremny
1022 WYSOKOŚCIOWE SYTUOWANIE KANAŁOacuteW
Ogoacutelną zasadą jest układanie kanałoacutew możliwie jak najpłycej względem powierzchni
terenu (najmniejsze koszty budowy) Jednakże zagłębienie kanału determinowane jest przez
minimalne zagłębienie kanału Zmin umożliwiające grawitacyjny dopływ ściekoacutew tzw
przykanalikami - z budynkoacutew wpustoacutew ulicznych podwoacuterzowych itp
strefę przemarzania gruntu Hz stąd wynika minimalne przykrycie kanału Hmin gt Hz
spadki i ukształtowanie terenu po trasie kanału
inne czynniki jak np kolizje z istniejącym uzbrojeniem podziemnym (rys 1013)
Rys 1013 Przykładowy profil kanału grawitacyjnego
Rys 1014 Podział Polski na strefy głębokości przemarzania gruntu (HZ) wg PN-81B-03020
O niezbędnym przegłębieniu kanałoacutew ulicznych decydują najczęściej tzw punkty
krytyczne sieci tj najniżej zlokalizowane wpusty uliczne lub podwoacuterzowe czy też piwniczne
UWAGA Należy zwroacutecić uwagę na cechy wytrzymałościowe stosowanych rur
kanalizacyjnych oraz warunki ich zabudowy - wynikające z obciążeń statycznych - naziomem
gruntu i obciążeń dynamicznych - z ruchu pojazdoacutew
Minimalne zagłębienia przykanalikoacutew i kanałoacutew Zmin
Minimalne przykrycie przykanalikakanału deszczowego (Hmin gt HZ) przyjmuje się
najczęściej od 10 do 16 m w zależności od rejonu Polski - strefy przemarzania gruntu (wg
rys 1014) - z zapasem minimum 02 m Zasadniczo przykanaliki i kanały ściekowe powinny
być układane głębiej
Hmin ge Hz + (02divide04) m
KANALIZACJA I
108
Minimalne zagłębienie przykanalikakanału (Zmin) zależy od jego średnicy Dla
przykanalika ściekowego o np D = 020 m woacutewczas Zmin(02) ]02 41[ m - w zależności od
strefy przemarzania - z zapasem minimum 04 m Gdy zagłębienie kanału na jego trasie jest
mniejsze niż Zmin woacutewczas należy go docieplić materiałem o małym wspoacutełczynniku
przewodzenia ciepła np keramzytem lub nasypem ziemnym ndash wg schematoacutew w [1 2]
Maksymalne zagłębienia kanałoacutew Zmax
Najczęściej przyjmuje się obecnie Zmax le 60 m ppt (wg WTP z 1965 r Zmax [6 8]
m ppt) Gdy Z gt Zmax stosuje się pompownie strefowe lub bdquogoacuterniczerdquo metody budowy
kanałoacutew tj tzw wiercenia bdquopoziomerdquo lub przeciski (rys 1016)
Rys 1016 Sposoby pokonywania wzniesień na trasie kanału
Obliczenia niezbędnego zagłębienia kanałoacutew ulicznych
W przeciętnych warunkach terenowych miast jako niezbędne (i zarazem minimalne)
zagłębienie kanałoacutew ulicznych przyjmuje się na ogoacuteł
Z [18 23] m ppt - w kanalizacji deszczowej
Z [23 28] m ppt - w kanalizacji bytowo-gospodarczej i przemysłowej
Z [25 30] m ppt - w kanalizacji ogoacutelnospławnej
Takie zagłębienia kanałoacutew umożliwiają min
prawidłowe podłączenie przykanalikoacutew i kanałoacutew bocznych - zbieraczy
nie powodują na ogoacuteł kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym terenu np z
przewodami wodociągowymi Z [15 18] m ppt
Szczegoacutełowo niezbędne zagłębienie kanałoacutew ustalić można na podstawie obliczeń
według poniższych schematoacutew (w zależności od rodzaju kanalizacji)
Kanalizacja ściekowa - schemat obliczeniowy
Rt Rt
Ru
Z2 Z3 Z1
l2
l3
l1
h
h = i l1 1
d p1
p1
pp = 000
i2i1
g1
Rys 1017 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału ściekowego alternatywnie
wariant z 2 kanałami (o zagłębieniu Z1 i Z2) i wariant z jednym kanałem (o Z3)
Wzoacuter wyjściowy na niezbędne zagłębienie kanałoacutew
Z = g + p + dp + il + h ndash (Rt ndash Ru) (101)
gdzie
g - zagłębienie posadzki piwnicy względem rzędnej terenu przy budynku Rt m
KANALIZACJA I
109
p - położenie przykanalika względem fundamentu (pmin = 05 m dla kamionki i 03 m dla
żeliwa) m
dp - średnica przykanalika (dp min = 015 m) m
i - spadek dna przykanalika (imin = 15permil dla dp = 015 m i imin = 10permil dla dp = 020 m)
h - wypełnienie w kanale ulicznym (najczęściej przyjmuje się h = 05d) m
Ru - rzędna osi ulicy (ewentualnie rzędna terenu nad kanałem) m npm
Rt - rzędna terenu przy budynku (ewentualnie poziom progu - pp = 000 m npm)
Kanalizacja deszczowa - schemat obliczeniowy
Z = H + dp + il + h ndash (Rt ndash Ru) (102)
Rys 1018 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału deszczowego
Kanalizacja ogoacutelnospławna - schemat obliczeniowy
Rys 1019 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału ogoacutelnospławnego h - wypełnienie w
kanale (do tzw pach przekroju jajowego) Zp - zamknięcie przeciwcofkowe
Do obliczeń zagłębienia kanału ogoacutelnospławnego stosujemy wzory (101) lub (102)
1023 WYBOacuteR SPADKOacuteW DNA KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych (ik) powinny być dostosowane do spadku terenu
(it) ale jednocześnie muszą spełniać warunek hydrauliczny ikmin le ik le ikmax [1 2]
I przypadek gdy minkt ii - spadek terenu jest mniejszy od minimalnego spadku dna kanału
woacutewczas na trasie występuje systematyczny wzrost zagłębienia kanału od Zmin do Zmax
Rys 1020 Racjonalny spadek dna kanału w terenie płaskim ik = ik min
KANALIZACJA I
110
II przypadek gdy maxmin ktk iii - kanał roacutewnoległy do terenu tj ik = it woacutewczas
zagłębienie kanału na jego trasie jest niezmienne i wynosi np Zmin
Rys 1021 Racjonalny spadek dna kanału w terenie pochyłym
zgodnym z kierunkiem przepływu ściekoacutew ik = it
III przypadek gdy maxkt ii
Rys 1022 Racjonalny spadek dna kanału w stromym terenie ik = ik
1024 SPOSOBY POŁĄCZEŃ KANAŁOacuteW
Mamy do dyspozycji 4 sposoby połączeń kanałoacutew przy wzroście wymiaroacutew (średnic
bądź wysokości przekroju) kanałoacutew mianowicie poprzez
a) wyroacutewnanie den kanałoacutew - tanie w budowie jednak hydraulicznie nie poprawne
b) wyroacutewnanie sklepień - drogie w budowie (zagłębienie) poprawne hydraulicznie
c) wyroacutewnanie osi ndash trudne w budowie poprawne hydraulicznie
d) wyroacutewnanie zwierciadeł ściekoacutew - trudne w budowie hydraulicznie właściwe
Ad a) 0h
Rys 1023 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu den
Ad b) 12 ddh
Rys 1024 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu sklepień
KANALIZACJA I
111
Ad c) 2
12 ddh
Rys 1025 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu osi kanałoacutew
Ad d) 12 hhh 21 hhh
Rys 1026 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu zwierciadeł ściekoacutew
Przykłady sposoboacutew łączenia kanału bocznego (zbieracza) z kolektorem bądź
przykanalika z kanałem bocznym podano na schematach wg [1 2]
Rys 1027 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem o przekroju kołowym - przy
wyroacutewnaniu sklepień
Rys 1028 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem o przekroju jajowym - przy
wyroacutewnaniu sklepień
Rys 1029 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem (widok z goacutery)
KANALIZACJA I
112
W sieciach kanalizacyjnych nie dopuszcza się do zmniejszenia przekroju kanału na jego
trasie - niezależnie od wypełnień w kanałach Przykład takiej potencjalnej możliwości -
sytuacji podano na rysunku 1030 [2]
Rys 1030 Sytuacja terenowa stwarzająca potencjalną możliwość zmniejszenia przekroju
kanału na dolnym odcinku (przyjmujemy jednak d1 = d2)
Dolny (drugi) odcinek kanału o bardzo dużym spadku dna przy danym strumieniu
objętości wymaga hydraulicznie mniejszej średnicy kanału (d2) w poroacutewnaniu do średnicy
(d1) - na goacuternym (pierwszym) odcinku kanału - o małym spadku dna przyjmujemy jednak d1
= d2 - ze względoacutew praktycznych np nie zatykania się kanałoacutew ściekowych Woacutewczas
wypełnienie kanału dolnego (h2) będzie mniejsze niż goacuternego (h1)
Przypadek odwrotny do sytuacji podanej na rys 1030 - niekorzystne hydraulicznie
połączenie kanałoacutew o roacuteżnych spadkach dna i terenu zobrazowano na rysunku 1031
Woacutewczas h2 gt h1 oraz d2 gt d1
Rys 1031 Niekorzystny przypadek połączenia kanałoacutew (d2 gt d1) - występuje
cofka piętrząca i praca goacuternego odcinka kanału pod ciśnieniem
1025 RODZAJE I DOBOacuteR STUDZIENEK KANALIZACYJNYCH
Rozstaw włazowych studzienek kanalizacyjnych na kanałach nieprzełazowych - o
wysokości przekroju kanału H lt 10 m i przełazowych - do H lt 14 m nie powinien być
większy niż
50divide75 m wg zaleceń [1]
60divide80 m wg zaleceń []
Natomiast dla kanałoacutew przełazowych o H 14 m
75divide120 m wg [1]
80divide120 m wg [] wg [] Warunki techniczne wykonania i odbioru sieci kanalizacyjnych Wydawnictwo COBRTI
INSTAL Warszawa 2003
Każda zmiana spadku na trasie kanału grawitacyjnego musi rozpoczynać się i kończyć
w studzience kanalizacyjnej podobnie jak i zmiana przekroju kanału czy wysokości dna
kanału na odpływie czy zmiana trasy kanału - dla średnic lt 10 m
Polska norma (branżowa - budowlana) PN-B-10729 z 1999 r zalecała minimalne
średnice betonowych (tzw włazowych) studzienek kanalizacyjnych jako
Dmin = 10 m - dla kanałoacutew o średnicach D le 03 m
Dmin = 12 m - dla kanałoacutew o średnicach D = 04divide06 m
Dmin = 14 m - dla kanałoacutew o średnicach do D = 08 m
Dmin = 16 m - dla kanałoacutew o średnicach powyżej D gt 08 m
KANALIZACJA I
113
Podobne zalecenia w tym zakresie wynikają z aktualnej normy PN-EN 19172004
Zgodnie z Ustawą z 2002 roku o normalizacji norma nie jest aktem prawnym Tak więc
unormowane wartości są jedynie wskazoacutewkami - zalecanymi jednak do stosowania
UWAGA Klasyczne betonowe studzienki kanalizacyjne jak wykazała praktyka sprawdzają
się w warunkach występowania naprężeń dynamicznych i są niewrażliwe na wyparcie przez
wodę ze względu na swoacutej ciężar
Przykładowe ndash klasyczne konstrukcje betonowych włazowych studzienek rewizyjnych
(tzw inspekcyjnych) i połączeniowych przedstawiono na rysunkach 1032 1033 i 1034 [2]
Rys 1032 Betonowa studzienka rewizyjna o głębokości lt 30 m ndash zlokalizowana w jezdni (1- właz
żeliwny 2- płyta pokrywowa z pierścieniem podporowym 3 - krąg studzienny komina złazowego 4 -
krąg przejściowy 5 - krąg komory roboczej 6 - betonowa kineta ściekowa 7 - krąg fundamentowy
monolityczny 8 - fundament 9 - stopnie złazowe)
Rys 1033 Betonowa studzienka rewizyjna o głębokości lt 30 m ndash zlokalizowana w trawniku
(1- właz żeliwny 2- płyta pokrywowa 3 i 4 - kręgi studzienne 5 - fundament 6- stopnie złazowe)
KANALIZACJA I
114
Rys 1034 Betonowa studzienka połączeniowa o głębokości gt 30 m (w przypadku lokalizacji w
jezdni niezbędne jest oparcie płyty pokrywowej z włazem na pierścieniu podporowym wg rys 1032)
UWAGA Obecnie dopuszcza się do stosowania tzw nie włazowe studzienki kanalizacyjne
(zaroacutewno rewizyjne ndash przelotowe jak i połączeniowe) tj o małych średnicach szybu studni
rzędu 03divide06 m wykonanych z tworzyw sztucznych Jednak stosowanie takich studzienek
ograniczone jest do małych średnic kanałoacutew (015divide03 m) płytko ułożonych
Studzienki kaskadowe i komory kaskadowe służą do pokonywania roacuteżnic wysokości
przy zmianach zagłębień kanałoacutew Studzienki kaskadowe stosowane są zazwyczaj dla małych
średnic kanałoacutew (mała energia kinetyczna strumienia ściekoacutew) Przykładowo dla kanałoacutew
bytowo-gospodarczych należy stosować studzienki kaskadowe z dodatkowym pionowym
bądź ukośnym przewodem spadowym (o mniejszej średnicy) na zewnątrz studzienki
Roacuteżnica poziomoacutew den kanałoacutew (Hmax) przy takiej konstrukcji studzienek kaskadowych nie
powinna przekraczać 4 m (rys 1035 i 1036)
Rys 1035 Schemat studzienki kaskadowej dla kanałoacutew ściekowych o d 04 m
KANALIZACJA I
115
Rys 1036 Przykład połączeniowej studzienki kaskadowej
W kanalizacji deszczowej dla małych spadoacutew (Hmax le 06 m) i średnic kanałoacutew (d le 06
m) stosowane są pionowe studzienki kaskadowe ewentualnie z obniżeniem dna - tworzącym
tzw poduszkę wodną do tłumienia energii spadającego swobodnie strumienia ściekoacutew
Rys 1037 Schemat studzienki kaskadowej dla kanałoacutew deszczowych
Komory kaskadowe stosowane są zazwyczaj dla dużych średnicprzekroi kanałoacutew (d gt
06 m) w tym do pokonywania dużych roacuteżnic wysokości zagłębień kanałoacutew Kaskady mają
specjalnie formowaną pochylnię - kinetę spadową (rys 1038) Niszczenie (dławienie)
nadmiaru energii kinetycznej strumienia cieczy poruszającej się po pochylni odbywa się w
zagłębieniu dna komory - poniżej dna kanału odpływowego Towarzyszy temu odskok
hydrauliczny zwany odskokiem Bidonersquoa
Rys 1038 Schemat komory kaskadowej dla kanałoacutew o d gt 06 m
Niezbędne zagłębienie progu (p) w dnie komory kaskadowej po wyznaczeniu grubości
tzw poduszki wodnej oblicza się z wzoroacutew na głębokości sprzężone Następnie oblicza się
długość komory (L) z wzoru
)( ee HHHL 33032 (103)
gdzie
He - wysokość energii rozporządzalnej w goacuternym kanale He = hg + υ22g m
H - roacuteżnica rzędnych dna kanałoacutew goacuternego i dolnego (wysokość spadu) m
hg - wypełnienie normalne w goacuternym kanale m
υ - średnia prędkość przepływu w goacuternym kanale ms
Obliczenia wspoacutełrzędnych (x y) kształtu krzywizny pochylni wykonuje się zadając
wartości y i wyliczając x z roacutewnania
HyLx 2 (104)
KANALIZACJA I
116
103 PROJEKTOWANIE SYFONOacuteW KANALIZACYJNYCH
Syfony kanalizacyjne służą do pokonywania przeszkoacuted terenowych takich jak koryta
rzeczne niecki czy kolidujące z trasą kanału podziemne obiekty pod tymi przeszkodami
Rys 1039 Przykład syfonu pod dnem rzeki (1- komora rozdzielcza na dopływie
2- przewoacuted płuczący 3 - komora połączeniowa na odpływie)
Przepływ w syfonie złożonym z jednego lub z kilku przewodoacutew odbywa się pod
ciśnieniem ze stratą energii sh - na pokonanie oporoacutew liniowych i miejscowych
Rys 1040 Schemat działania syfonu pod dnem rzeki
Ze względu na występujące wytrącanie się i odkładanie osadoacutew należy przewidzieć
możliwość płukania i czyszczenia (mechanicznego lub hydrodynamicznego) przewodoacutew
syfonowych zwłaszcza odcinkoacutew wznoszących się Celowa jest więc budowa przed syfonami
(na kierunku napływu ściekoacutew) studzienki jako piaskownika oraz studzienki (na wylocie z
syfonu) umożliwiającej płukanie i zbieranie popłuczyn Ogoacutelnie syfony kanalizacyjne są w
praktyce wysoce awaryjne - wymagają częstego czyszczenia
Prędkość przepływu ściekoacutew w przewodach syfonowych - przy minimalnych
przepływach powinna być większa od prędkości samooczyszczania [1 2]
09 ms w kanalizacji rozdzielczej (przy przepływach nocnych ściekoacutew pogody
bezdeszczowej - nie mniej niż 07 ms)
12 ms w kanalizacji ogoacutelnospławnej
Z drugiej strony prędkość przepływu nie powinna być zbyt duża gdyż prowadzi do
dużych wartości strat hydraulicznych (Δhs) i w konsekwencji do dużych niezbędnych roacuteżnic
den kanałoacutew na wlocie i wylocie z syfonu
W kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej stosuje się najczęściej kilka przewodoacutew
syfonowych o roacuteżnych średnicach i o wlotach na roacuteżnych poziomach włączających się do
pracy kolejno w miarę zwiększania się strumienia dopływających ściekoacutew pogody
deszczowej ndash schematy podano w [1 2] Minimalna średnica syfonu to 015 m Stosuje się
tutaj najczęściej rury żeliwne stalowe czy żelbetowe Obecnie coraz częściej roacutewnież
wzmocnione tworzywa sztuczne
Obliczenia hydrauliczne syfonoacutew sprowadzają się do
doboru średnic przewodoacutew syfonowych (ds) ze względu na prędkość przepływu υs
KANALIZACJA I
117
określenia strat hydraulicznych w syfonie (Δhs) tj roacuteżnicy zwierciadeł ściekoacutew w
studzienkach 1 i 2 (lub roacuteżnicy rzędnych dna kanałoacutew dopływowego i odpływowego)
Rys 1042 Schemat do obliczeń hydraulicznych syfonu
gd
lh s
s
s
i
is2
)(2
(105)
gdzie
ξi - wspoacutełczynniki strat miejscowych na wlocie i zmianach kierunkoacutew - łuki 1 i 2
- wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych na długości odcinkoacutew l1 l2 i l3 - z wzoru Colebrooka
- Whitersquoa lub z formuły Chezy-Manninga (dla strefy oporoacutew kwadratowych)
= 8g n2 (ds4)13 (106)
s - wspoacutełczynnik energii kinetycznej roacutewny wspoacutełczynnikowi strat wylotowych
s = 1 + 293 ndash 155 32 (107)
Gdy występuje kilka rur syfonowych np 3 o roacuteżnych średnicach di
woacutewczas
2QKh zs (108)
przy czym
2
1
1
i
z
K
K (109)
oraz
Ki = Kli + Kmi = Ci il + SKi ( i ) (1010)
Wielkości poszukiwane
i
s
iK
hQ
(1011)
stąd
)(42
iii dQ (1012)
gdzie
Kz - zastępczy wspoacutełczynnik oporności układu roacutewnolegle połączonych przewodoacutew
syfonowych s2m5
Ki - wspoacutełczynnik oporności przewodu syfonowego o średnicy di
Kli - wspoacutełczynnik oporności liniowej przewodu di o długości Σ li
Kmi - wspoacutełczynnik oporności miejscowej Σ ξi przewodu di
Ci - wspoacutełczynnik oporności właściwej przewodu di (do strat liniowych) s2m6
KANALIZACJA I
118
iii
i
i ddg
C
5
52082660
18 (1013)
SKi - wspoacutełczynnik oporności przewodu di (do strat miejscowych) s2m5
SKi = 4
082660
id (1014)
Ogoacutelnie
2QlChl (1015)
2QSh iKm (1016)
Wartości wspoacutełczynnikoacutew C (dla wg 106) oraz SK dla przewodoacutew żeliwnych i
stalowych o średnicy d i wspoacutełczynniku szorstkości n = 0012 sm13 (k asymp 10 mm) podano w
tabeli 101
Tab 101 Wartości wspoacutełczynnikoacutew do wymiarowania przewodoacutew syfonowych dla n = 0012 sm13 Parametr Wartości wspoacutełczynnikoacutew dla średnic przewodoacutew
d [m] 010 015 020 025 030 040 050 060 080 100
[-] 00386 00337 00306 00285 00268 00243 00226 00213 00193 00179
C [s2m-6] 3191 3671 7916 2408 09108 01964 005974 002260 0004872 0001595
SK [s2m-5] 8266 1633 5166 2116 1020 3229 1323 06378 02018 008266
104 PROJEKTOWANIE POMPOWNI SIECIOWYCH
1041 WYMIAROWANIE STUDNI ZBIORCZYCH POMPOWNI ŚCIEKOacuteW
W niekonwencjonalnych (ciśnieniowych) systemach kanalizacji ściekowej stosuje się
obecnie przepompownie wyposażone w pompy zatapialne instalowane w studniach
zbiorczych Klasyczne konstrukcje przepompowni (z tzw mokrą komorą czerpną i suchą
komorą pompową) stosuje się nadal w dużych grawitacyjno-pompowych systemach
kanalizacji rozdzielczej (ściekowej) czy ogoacutelnospławnej gdzie pełnią funkcję pośrednich
pompowni ściekoacutew [2]
O kosztach pompowania ściekoacutew decydują koszty inwestycyjne i eksploatacyjne
Istotną częścią kosztoacutew inwestycyjnych jest koszt wykonania studnikomory zbiorczej
pompowni ktoacutery zależy od jej niezbędnej objętości retencyjnej Natomiast w kosztach
eksploatacyjnych najistotniejszy jest koszt energii elektrycznej potrzebnej do
przepompowania określonego strumienia ściekoacutew (Q H) ktoacutery zależy też od sprawności
dobranych pomp
Do określenia wymaganych wymiaroacutew studni zbiorczych - komoacuter czerpalnych w
przepompowniach ściekoacutew niezbędne jest obliczenie ich objętości czynnej (Vcz) ktoacutera zależy
od liczby pomp (i) strumienia dopływu ściekoacutew (Q) oraz przyjętej liczby cykli załączeń
pomp w godzinie (1Tmin) Dopuszczalną liczbę załączeń silnika elektrycznego pompy w
godzinie należy przyjmować według zaleceń producenta pomp Jeżeli nie ma takich danych
można kierować się minimalnym czasem trwania jednego cyklu pracy pompy (Tmin)
przykładowo podanych w tabeli 102
Tab 102 Zalecane czasy minimalnych cykli pracy pomp
w zależności od mocy silnikoacutew napędowych Moc znamionowa
silnika [kW]
Czas Tmin
[min]
0 - 11 50
14 - 22 65
25 - 44 80
48 - 74 100
110 - 147 130
KANALIZACJA I
119
Dla jednej czynnej pompy maksymalna dopuszczalna liczba załączeń w godzinie
występuje wtedy gdy przez połowę cyklu pompa pracuje a przez drugą połowę jest
wyłączona [1] Wynika to z analizy wzoroacutew na cykl pracy (T) ktoacutery jest sumą czasu pracy
(ts) i czasu postoju (tp) danej pompy
inin
psQ
V
VttT
(1017)
gdzie
V ndash objętość retencyjna studni zbiorczej pompowni dm3
Qin ndash strumień objętości dopływu ściekoacutew dm3s
Q ndash strumień objętości (wydajność) pompy dm3s
Minimalną objętość czynną studni (Vcz) dla jednej pompy oszacować można z wzoru
4
min QTVcz
(1018)
Dla przepompowni z większą liczbą czynnych pomp (i gt 1) niezbędna objętość studni
zbiorczej zależy nie tylko od wydajności pracujących pomp (Q) i liczby dopuszczalnych cykli
włączeń silnika napędowego pomp (1Tmin) ale także od charakterystyki hydraulicznej sieci
kanalizacyjnej oraz od kolejności załączania i wyłączania pomp po osiągnięciu określonego
poziomu ściekoacutew w studni Przykładowo dla 4 czynnych pomp włączenie do pracy drugiej
pompy powoduje zwiększenie wydajności pompowni o 455 trzeciej o 251 a czwartej
już tylko o 148 - wg rys 1045
Rys 1045 Zmiany parametroacutew hydraulicznych przepompowni (H Q) i poszczegoacutelnych pomp
(Hi Qi) w zależności od liczby roacutewnocześnie czynnych pomp
Objętość czynna studni zbiorczej zależy w tym przypadku od charakterystyki sieci (strat
hydraulicznych) liczby pracujących pomp i ich charakterystyki przepływu (rys 1046)
Istotny jest przy tym sam kształt charakterystyki hydraulicznej (tzw przepływność) sieci do
ktoacuterej tłoczone są ścieki [2]
1042 ZALECENIA DO DOBORU POMP
Przyjmując liczbę czynnych pomp w przepompowni należy brać pod uwagę wielkość
systemu kanalizacyjnego wartości strumieni Qmax i Qmin nachylenie charakterystyki
przepływu danej pompy H = f(Q) a także sam kształt charakterystyki strat hydraulicznych
danej sieci kanalizacyjnej
Zużycie energii elektrycznej przez pompę w ciągu roku obliczyć można z wzoru
tPE (1019)
gdzie
E ndash roczne zużycie energii elektrycznej kWh
P ndash moc pompy kW
t ndash roczny czas pracy pompy h
Moc na wale pompy wynosi
KANALIZACJA I
120
QHP
(1020)
gdzie
γ ndash ciężar właściwy ściekoacutew Nm3
H ndash wysokość podnoszenia pompy m
Q ndash strumień objętości pompy m3s
η ndash sprawność całkowita pompy -
Roczne zużycie energii E jest proporcjonalne do iloczynu parametroacutew H Q i t Z
uwagi na jej zużycie znaczenie ma kształt charakterystyki hydraulicznej sieci co wykazano
w [2] 1043 ROZMIESZCZENIE POMP ZATAPIALNYCH
Pompy w przepompowniach ściekoacutew powinny być tak rozmieszczone - w hali pomp
(dla tzw pomp suchych) lub zamocowane do dna w komorze pomp (dla pomp zatapialnych)
aby zapewnić niezawodne działanie bezpieczną obsługę i możliwe najkroacutetsze prowadzenie
rurociągoacutew w obiekcie Dla walcowych studni zbiorczych przepompowni ściekoacutew
rozmieszczenie pomp i podstawowe wymiary komoacuter czerpalnych można przyjmować
przykładowo wg wytycznych firmy KSB podanych w [2] i przedstawionych na rys 1049
Rys 1049 Przykład zabudowy pomp KSB w studniach walcowych
Gabaryty komory pompowej powinny zapewniać ciągły ruch ściekoacutew w całej objętości
aby nie dochodziło do zagniwania zanieczyszczeń na jej dnie oraz właściwie zasilać czerpnie
poszczegoacutelnych pomp tj bez zasysania powietrza do kroacutećcoacutew ssących pomp Montaż pomp
wykonać należy wg zaleceń zawartych w DTR producenta urządzeń W przypadku dużych
pompowni ściekoacutew sposoby doprowadzenia ściekoacutew do komory pompowej podano w
podręczniku [2]
105 MATERIAŁY TECHNIKI BUDOWY I RENOWACJI KANAŁOacuteW
1051 MATERIAŁY
Do budowy przewodoacutew i kanałoacutew ściekowych stosowane są
tradycyjne materiały (już nowej generacji) jak np kamionka klinkier żeliwo
sferoidalne (z wewnętrzną wykładziną) beton wodoszczelny czy też bazalt o
przewidywanej żywotności technicznej rzędu 100 lat ale także
nowoczesne materiały tworzywowe jak np polimerobeton (PMB) polietylen
(PE) polichlorek winylu (PVC) utwardzony polichlorek winylu (PVC-U)
KANALIZACJA I
121
polipropylen (PP) polibutylen (PB) czy żywice poliestrowe wzmacniane włoacuteknem
szklanym (GRP) o przewidywanej żywotności co najmniej 50 lat
Materiały tworzywowe powinny być stosowane w uzasadnionych sytuacjach
terenowych np na obszarach oddziaływań goacuterniczych zagrożonych osuwiskami dużego
natężenia ruchu pojazdoacutew itp Przykłady tradycyjnych wyroboacutew stosowanych do budowy
nowych kanałoacutew czy modernizacji istniejących sieci podano na rysunkach [1 2]
Rys 1054 Kształtki rury i elementy kamionkowe (spody i łuski do wykonania kinet ściekowych)
Rys 1055 Rury betonowe o przekroju kołowym a) bez stopki b) ze stopką c) o przekroju jajowym
(1- wpust 2- pioacutero)
50080
512
Wpust uliczny
2 x łuk 45deg
DN 150
Wstawkadł min100mm
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIE
WŁĄCZENIA DO WPUSTU 90deg
50080
512
2 x łuk 45deg
Wpust uliczny
Zamknięcie wodne częściowe
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIE
WŁĄCZENIA DO WPUSTU 90deg
Zamknięcie wodne pełne
Rysunek 1
100
Po
zio
m H
2
Po
zio
m H
1
Rysunek 1a
H1H2
lt
DN 150
Rys 1057 Przykładowe rozwiązania wpustoacutew deszczowych zalecane we Wrocławiu
KANALIZACJA I
122
Wpusty deszczowe - na kanalizacji ogoacutelnospławnej muszą być wyposażone w pełne
zamknięcie wodne na odpływie (z łukiemkolanem skierowanym do goacutery) oraz w osadnik
(o głębokości min 05 m) Przykrycie nad syfonem nie może być mniejsze od 08 m (wg rys
1057 ndash po lewej) Wpusty deszczowe - na kanalizacji deszczowej muszą być wyposażone
w osadnik oraz opcjonalnie w częściowe zamknięcie wodne ndash z łukiemkolanem do goacutery (wg
rys 1057 ndash po prawej)
UWAGA W praktyce stosowanie zamknięć syfonowych na odcinkach droacuteg z płytko
posadowioną kanalizacją deszczową jest trudne do spełnienia ze względu na brak możliwości
zachowania strefy przemarzania gruntu
1052 TECHNIKI BUDOWY I RENOWACJI KANAŁOacuteW
Do złego stanu technicznego kanałoacutew przyczynia się najczęściej słaba jakość materiału
konstrukcyjnego nieprawidłowy transport jak i sam montaż Precyzja wykonania rur
uszczelnienia i rozwiązania konstrukcyjne połączeń mają zasadniczy wpływ na trwałość
eksploatacyjną przewodukanału Przyczyny uszkodzeń kanałoacutew mogą być zaroacutewno fizyczne
jak i chemiczne
czynniki fizyczne to obciążenia zewnętrzne oraz naprężenia wewnętrzne
spowodowane wahaniami temperatury zmianami wilgotności i zmęczeniem
materiału
czynniki chemiczne to głoacutewnie korozja i starzenie się materiału
Powodem tzw odnowy kanałoacutew jest więc najczęściej zły stan techniczny i występujące
awarie systemu Czasem wystarczające jest wyczyszczenie kanału jednak zazwyczaj istnieje
potrzeba punktowej naprawy renowacji lub wymiany całego przewodu Przedsięwzięcia te
mogą być przeprowadzane w sposoacuteb klasyczny - w wykopie otwartym bądź też z
zastosowaniem technologii bezwykopowych
Naprawa kanału jest przeprowadzana gdy występują drobne pojedyncze uszkodzenia
konstrukcji Wśroacuted sposoboacutew punktowych napraw kanałoacutew rozroacuteżnić można chemiczną
stabilizację uszczelnianie połączeń wprowadzanie żywic impregnacja przewodu czy
przywracanie pierwotnego kształtu
Renowacja kanału jest preferowana gdy uszkodzenia są rozległe a średnica przewodu
może ulec nieznacznej redukcji Renowacje dotyczą zwykle dłuższych odcinkoacutew przewodoacutew
Ich celem jest ochrona ścian kanału uszczelnienie alboi wzmocnienie konstrukcji
Pokrywanie wnętrza warstwą izolacyjną służy oddzieleniu materiału konstrukcyjnego od
transportowanego agresywnego medium Alternatywnie gdy stan techniczny kanału tego
wymaga do wnętrza jest wprowadzany specjalny liner (rękaw) o odpowiednio dobranych
parametrach wytrzymałościowych - grubości ścianek (związanej z redukcją średnicy
istniejącego przewodu)
Wymiana przewodu na nowy jest najbardziej kosztowną formą odnowy starego
przewodu - konieczna woacutewczas gdy jego konstrukcja nie jest w ogoacutele zdolna do
przenoszenia obciążeń bądźi gdy celowe jest zwiększenie wymiaru (średnicy) przewodu
Stosowane tutaj linery mają dużą wytrzymałość i są w stanie przejąć wszystkie obciążenia
dotychczas przenoszone przez stary kanał Przykładowo w metodzie Burstlining stara rura
jest rozkruszana przez specjalną głowicę prowadzącą ktoacutera roacutewnocześnie wpycha odłamki
ściany starego przewodu do otaczającego gruntu Następnie wprowadzana jest nowa rura
Renowacja bądź wymiana przewodu może być więc przeprowadzana metodami
tradycyjnymi bądź bezwykopowymi Te pierwsze mają mniej zalet jednak w niektoacuterych
przypadkach np gdy kanał jest płytko zagłębiony i położony poza jezdnią są one nadal
preferowane W innych sytuacjach stosowane są coraz częściej nowoczesne i coraz tańsze
technologie bezwykopowe ktoacutere mają wiele zalet min
KANALIZACJA I
123
wykopy są całkowicie wyeliminowane lub znacznie ograniczone
zredukowana jest objętość powstających odpadoacutew
występują małe zakłoacutecenia w ruchu i aktywności ekonomicznej społeczeństwa
instalacja przebiega szybko i sprawnie
Technologie bezwykopowe mają też istotne wady m in
trudności z podłączeniem istniejących przykanalikoacutew
dodatkowe koszty związane z kontrolą jakości i monitoringiem prac
brak możliwości dokładnego nadzorowania położenia linera
wysokie koszty związane z powtoacuterzeniem instalacji w wypadku komplikacji
Częstym błędem przy wyborze metody odnowy przewodu jest kierowanie się tylko
kryterium ekonomicznym inwestycji - pomijanie kosztoacutew społecznych ponoszonych przez
mieszkańcoacutew Negatywny wpływ na społeczeństwo mają zaburzenia komunikacyjne
wywołują min obniżenie aktywności ekonomicznej generowane zanieczyszczenia i ogoacutelnie
zagrożenie dla zdrowia ludzi i środowiska naturalnego
UWAGA Koszty społeczne w przypadku metod tradycyjnych mogą być poroacutewnywalne do
kosztoacutew inwestycyjnych a w przypadku metod bezwykopowych są zazwyczaj mniejsze
106 EKSPLOATACJA SIECI KANALIZACYJNYCH
1061 WYMIAROWANIE PŁUCZEK KANAŁOWYCH
Sieci kanalizacyjne w terenach płaskich ilub o bardzo małych spadkach dna kanałoacutew
(nawet o ik lt ik min) a zwłaszcza o małych średnicach i wypełnieniach wymagają częstego
płukania w celu usunięcia zawiesin wytrącających się ze ściekoacutew i odkładających się osadoacutew
na dnie kanałoacutew Kanały mogą być płukane
wodą wodociągową ndash ze specjalnych zbiornikoacutew (studzienek) zwanych płuczkami
ściekami ndash z innych kanałoacutew (sterowanie poprzez klapy i zastawki piętrzące)
wodąpłynem z wozoacutew asenizacyjnych (ciśnieniowo)
Płukanie kanałoacutew polega na wytworzeniu fali płuczącej poruszającej się cieczy z dużą
prędkością najczęściej υ gt 10 m tj większą niż prędkość samooczyszczania się kanałoacutew
Płuczki kanałowe umieszcza się na końcoacutewkach sieci lub centralnie jako zbiorniki
podziemne (o objętości od kilku do kilkudziesięciu m3) Płuczki zasilane są najczęściej wodą
wodociągową głoacutewnie ze względoacutew praktycznych ndash sanitarnych Mogą być też zasilane
wodą drenażową opadową czy też ściekami Studzienki płuczące jako zbiorniki do płukania
kanałoacutew lokalizuje się najczęściej w najwyżej położonych punktach sieci
Rys 1058 Schemat płuczki kanałowej (sterowanej ręcznie)
Objętość cieczy V (w m3) niezbędną do przepłukania danego odcinka kanału oblicza
się ze wzoru Hansena [1 2]
2
2
2
1
2 )(40
km iiLAV (1021)
gdzie
KANALIZACJA I
124
A - powierzchnia przekroju poprzecznego płukanego kanału m2
L - zasięg płukania (zasięg fali płuczącej) 100divide200 m
ik - spadek dna kanału permil
im - spadek miarodajny linii energii permil
2321
)( hmm Rn
i (1022)
υm - prędkość miarodajna ms
2
1
2
2
2
12 3050)ln1(
m
(1023)
υ1 - prędkość początkowa (maksymalna) υ1 = 075 gh2 ms
h - wysokość ciśnienia roacutewna wysokości cieczy w płuczce m
υ2 - minimalna prędkość płukania υ2 = 08 ms
n - wspoacutełczynnik szorstkości kanału sm13
Płuczki zaopatrzone są często w urządzenia do automatycznego działania jak np
płuczka lewarowa czy płuczka z naczyniem wywrotnym - opis działania podano w [1 2]
Rys 1059 Schemat ideowy płuczki automatycznej - lewarowej
Rys 1060 Schemat ideowy płuczki automatycznej - z naczyniem wywrotnym
1062 ROZMIESZCZANIE PŁUCZEK KANAŁOWYCH
Odcinki kanałoacutew wykonanie z przyczyn technicznych (np kolizji z istniejącym
uzbrojeniem terenu) o spadku dna ik mniejszym niż dopuszczalny hydraulicznie ikmin wymagają częstego płukania (3divide6 razy na dobę) Efektywny zasięg fali płuczącej jest
ograniczony zwykle do 100divide200 m Dłuższe odcinki wymagają rozmieszczenia kilku płuczek
na trasie kanału gdy ik lt ikmin
Rys 1062 Schematyczne rozmieszczenie płuczek na trasie kanału
ułożonego z nieodpowiednim hydraulicznie spadkiem dna ik lt ik min
Przykłady sytuowania płuczek kanałowych w tzw punktach węzłowych sieci tj
połączeń kilku kanałoacutew sterowanych zasuwami bądź zastawkami do przemiennego płukania
określonych odcinkoacutew kanałoacutew podano na rysunkach w [1 2]
KANALIZACJA I
125
Rys 1064 Przykładowe lokalizacje płuczek kanałowych w węzłach sieci (P ndash płuczka)
1063 STOSOWANIE PŁUCZEK I KANAŁOacuteW PŁUCZĄCYCH
Kanały płuczące w komunalnych systemach kanalizacyjnych stosowane są sporadycznie
ze względu na wysokie koszty budowy Na rysunkach 1067divide1069 przedstawiono 3
przykłady rozwiązań koncepcyjnych płukania sieci kanalizacyjnych w zależności od spadkoacutew
terenu przy łącznym stosowaniu płuczek i kanałoacutew płuczących
Rys 1067 Wariat płukania sieci kanalizacyjnej 2 płuczkami i 2 kanałami płuczącymi
Rys 1068 Wariant płukania sieci kanalizacyjnej 3 płuczkami
Rys 1069 Wariant płukania sieci kanalizacyjnej płuczką z kanałem płuczącym
KANALIZACJA I
126
107 ETAPY I ZAWARTOŚĆ TEMATYCZNA OPRACOWAŃ PROJEKTOWYCH
Zgodnie z art 5 ust 3 Ustawy z 12 września 2002 r o normalizacji (DZ U Nr 169 poz
1386) stosowanie Polskich Norm (PN) jest bdquodobrowolnerdquo podobnie też Norm Europejskich
(EN) w tym tzw zharmonizowanych PN-EN a także Norm Międzynarodowych (ISO)
Rangę prawną mają np ustawy czy rozporządzenia do ustaw Norma nie jest obecnie aktem
prawnym Nie oznacza to jednak że nie należy je stosować a zwłaszcza zaleceń
wynikających z treści bdquoduchardquo norm jako źroacutedła przepisoacutew pozaprawnych na roacutewni z np
aktualnymi wytycznymi technicznymi projektowania (WTP) czy publikowanymi wynikami z
prac badawczych - odnośnie np metod wymiarowania kanalizacji
Obecny stan prawny nakłada więc na projektantoacutew i wykonawcoacutew obiektoacutew
budowlanych większą odpowiedzialność i obowiązek starannego w tym bezpiecznego
projektowania i wykonywania obiektoacutew ndash zgodnie ze sztuką budowlaną wynikającą z
najnowszej dostępnej wiedzy technicznej (np BAT ndash best available techniques)
Idea ta znajduje zastosowanie min w odniesieniu do nowych metod wymiarowania
systemoacutew odwodnień terenoacutew [1 2 3] - wg zaleceń normy PN-EN 752 Uwzględniono przy
tym najnowsze branżowe propozycje niemieckiego Stowarzyszenia Techniki Ściekowej
(ATV obecnie DWA) oraz postulat Europejskiego Komitetu Normalizacji (CEN)
osiągnięcia w państwach członkowskich Unii Europejskiej daleko idącego ujednolicenia
poziomu wymagań co do ochrony przed wylaniem z systemoacutew odwodnieniowych
Dokumentacje projektowe do budowy nowych systemoacutew kanalizacyjnych czy
modernizacji istniejących sporządza się zwykle etapami w kolejności
Koncepcja Programowo Przestrzenna (KPP) - dawniej nazywana bdquoZałożenia
Techniczno - Ekonomicznerdquo (ZTE)
Projekt Budowlany (PB) - dawniej zwany bdquoProjekt Technicznyrdquo (PT) ndash ogoacutelny
Projekt Budowlany Wykonawczy (PBW) - dawniej bdquoProjekt Technicznyrdquo (PT) ndash
szczegoacutełowy
Przykładowy zakres dokumentacji technicznej odnośnie systemu kanalizacyjnego
jednostki osadniczej (w etapach KPP PB lub PBW) obejmuje
1 Opis uwarunkowań sytuacyjno-wysokościowych terenu i odbiornikoacutew ściekoacutew
2 Wyboacuter systemu kanalizacyjnego pod kątem wymagań ochrony środowiska
rozdzielczy - w przypadku budowy nowych sieci
poacutełrozdzielczy - w przypadku modernizacji istniejącej sieci rozdzielczej
ogoacutelnospławny - istniejący w przypadku braku możliwości przebudowy
3 Koncepcja rozplanowania sieci i obiektoacutew
kanałoacutew bocznych (zwykle na dużych spadkach terenu)
kolektoroacutew (na małych spadkach terenu)
lokalizacja obiektoacutew odciążających separatoroacutew przelewoacutew burzowych
zbiornikoacutew retencyjnych regulatoroacutew przepływu ściekoacutew pompowni itp)
lokalizacja wylotoacutew ściekoacutew deszczowych czy zmieszanych do odbiornikoacutew wraz
z urządzeniami do ich podczyszczania
lokalizacja oczyszczalni ściekoacutew wraz ze strefą ochronną
2 Bilans ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
5 Określanie powierzchni zlewni cząstkowych dopływu ściekoacutew do kanałoacutew
bytowo-gospodarczych i przemysłowych (czy ogoacutelnospławnych)
deszczowych
6 Obliczenia hydrauliczne sieci z doborem średnic spadkoacutew i zagłębień kanałoacutew
KANALIZACJA I
127
7 Wymiarowanie i projekty technologiczne obiektoacutew sieciowych (separatoroacutew
przelewoacutew burzowych zbiornikoacutew retencyjnych osadnikoacutew syfonoacutew płuczek
kanałowych pompowni oczyszczalni ściekoacutew itp) w tym projekty branżowe
8 Plan sieci kanalizacyjnej z obiektami
9 Profile kolektoroacutew i kanałoacutew z obiektami
10 Opis techniczny rozwiązań projektowych wraz z częścią kosztorysową i towarzyszącą
zgodnie z aktualnymi wymogami prawa [1 2 3]
Wzory tabelek rysunkowych do ćwiczeń projektowych i dyplomoacutew z kanalizacji
A Tabelka na mapy profile schematy hellip
Temat pracyprojektu
(np) ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z KANALIZACJI 2
Tytuł rysunku
(np) PLAN SYTUACYJNY SIECI KANALZACYJNEJ
Funkcja Tytuł imię i nazwisko Nr uprawnień Data Podpis
Projektant helliphellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphellip - 10012020 r helliphelliphellip
Sprawdzający helliphellip helliphelliphellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphellip 10012020 r helliphelliphellip
Wydział Katedra PWr
W07 K42
Stadium
KPP
Skala
(np) 12500
Nr rys
X
B Tabelka na rysunki obiektoacutew ndash z wyszczegoacutelnieniem i opisem elementoacutew (UWAGA Wymiarowanie obiektoacutew budowlanych - w cm )
hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphellip
1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphellip
Nr Nazwa elementu Ilość Wymiar materiał Katalog norma
Temat pracyprojektu
(np) PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA (lub) MAGISTERSKA
Tytuł rysunku
(np) PROJEKT STUDZIENKI POŁĄCZENIOWEJ NR hellip
Funkcja Tytuł imię i nazwisko Nr uprawnień Data Podpis
Projektant hellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphellip - 10012020 r helliphelliphellip
Sprawdzający helliphellip helliphelliphellip helliphelliphellip helliphelliphelliphellip 10012020 r helliphelliphellip
WydziałKatedra PWr
W07 K42
Stadium
KPP (lub) PB
Skala
(np) 150
Nr rys
Y
Dziękujemy za dotrwanie do końca
KANALIZACJA I
6
Do projektowania nowych systemoacutew kanalizacyjnych cytowane normy (PN-EN
75220082017) zalecają przyjmowanie następujących częstości deszczu obliczeniowego
1 raz na rok - dla terenoacutew pozamiejskich
1 raz na 2 5 lub 10 lat dla terenoacutew miejskich
- przy czym nie mogą występować woacutewczas żadne przeciążenia w działaniu systemoacutew
grawitacyjnych (np praca pod ciśnieniem) co jest roacutewnoznaczne z projektowaniem kanałoacutew
na niecałkowite wypełnienia
Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do projektowania odwodnień droacuteg - wg
Rozporządzenia MTiGM z 1999 r podano w tabeli 12
Tab 12 Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do projektowania
odwodnień droacuteg w Polsce - wg Rozporządzenia MTiGM1999
Rodzaj ndash klasa drogi
Częstości projektowe
opadoacutew deszczu
[1 raz na C lat]
Lokalna (L) dojazdowa (D) 1 na 1
Głoacutewna (G) zbiorcza (Z) 1 na 2
Głoacutewna ruchu przyspieszonego (GP) 1 na 5
Autostrada (A) ekspresowa (S) 1 na 10
Ustalenie związku pomiędzy częstością deszczu obliczeniowego i częstością wylania
nie jest jednak możliwe do uogoacutelnienia zwłaszcza na etapie projektowania kanalizacji
Pomocne okazują się tutaj zalecenia niemieckie wg DWA-A 118 z 2006 r wprowadzające
pojęcie częstości nadpiętrzenia do poziomu terenu do obliczeń sprawdzających przy pomocy
modelowania hydrodynamicznego przez co staje się możliwe wyznaczenie stanu
przeciążenia ktoacutery jest najbliższy potencjalnie występującemu w dalszej kolejności wylaniu
Tab 13 Dopuszczalne częstości nadpiętrzenia do obliczeń sprawdzających nowoprojektowanych
bądź modernizowanych systemoacutew kanalizacyjnych wg DWA-A 1182006
Rodzaj zagospodarowania terenu Częstość nadpiętrzenia
[1 raz na C lat]
Tereny wiejskie 1 na 2
Tereny mieszkaniowe 1 na 3
Centra miast tereny usług i przemysłu rzadziej niż 1 na 5
Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp rzadziej niż 1 na 10
Wymiarowanie kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej w Polsce napotyka na
podstawową trudność wynikającą z braku wiarygodnego modelu opadoacutew do określania
miarodajnego natężenia deszczu Dotychczas stosowany wzoacuter Błaszczyka - oparty na opadach
z przełomu XIX i XX wieku (zarejestrowanych przeszło100 lat temu) zaniża bowiem wyniki
obliczeń obecnych natężeń deszczy o rząd 40 Ponadto stosowana dotychczas w Polsce
tzw metoda granicznych natężeń (MGN) dodatkowo redukuje strumień spływu woacuted
opadowych (Qm) w stosunku do innych metod - stosowanych przykładowo w Niemczech
(MWO i MZWS) - w podobnych warunkach hydrologicznych Roacuteżnice obliczanych strumieni
Qm sięgają nawet 100 - na niekorzyść MGN Metoda ta wymagała więc pilnej modyfikacji
co zostało zaproponowane w podręcznikach [1 2 3]
Systemy kanalizacyjne projektowane są zwykle na perspektywę minimum 50divide100 lat Z
powodu systematycznego ocieplania się klimatu w przyszłości wystąpi jeszcze więcej
ekstremalnych zjawisk opadowych prowadzących do tzw powodzi miejskich [2] ktoacutere
powodować będą jeszcze większe niż obecnie straty gospodarcze i społeczne (fot 1divide4)
Uwzględnienie tych prognoz w perspektywie 2100 roku jest niezbędne już dzisiaj do
bezpiecznego wymiarowania wspoacutełcześnie budowanych systemoacutew odwodnień terenoacutew
KANALIZACJA I
7
Fot 1 Warszawa - Trasa Toruńska w dn 9062013 r (httpkontakt24tvn24pl)
Fot 2 Gdańsk - Wrzeszcz w dn 25062013 r (httpnaszafotografiapl)
Fot 3 Wrocław ul Legnicka w dn 27052014 r (httpwwwgazetawroclawskapl)
STAN PRAWNY PROJEKTOWANIA KANALIZACJI w POLSCE
Zgodnie Ustawą z 12 września 2002 roku o normalizacji (Dz U Nr 169 poz 1386)
stosowanie Polskich Norm (PN) jest bdquodobrowolnerdquo podobnie też norm europejskich (EN) w
tym zharmonizowanych (PN-EN) a także norm międzynarodowych (ISO) Rangę prawną
mają ustawy czy rozporządzenia do ustaw Ustawa z 2002 roku dostosowała więc krajową
normalizację do reguł europejskiego systemu prawnego (UE) Dla projektantoacutew
wykonawcoacutew czy eksploatatoroacutew obiektoacutew budowlanych branży sanitarnej (i nie tylko) od
lat przyzwyczajonych do obowiązkowego stosowania polskich norm (w tym branżowych)
jest to istotna zmiana Normy nie są obecnie aktami prawnymi Oznacza to tyle że należy je
traktować jako źroacutedło przepisoacutew pozaprawnych na roacutewni np z aktualnymi wytycznymi
technicznymi projektowania (WTP) czy też publikowanymi wynikami z prac badawczych ndash
odnośnie np nowych metod wymiarowania kanalizacji [1 2 3]
Obecny stan prawny nakłada więc na projektantoacutew i wykonawcoacutew obiektoacutew
budowlanych większą odpowiedzialność tym obowiązek bezpiecznego wymiarowania i
starannego wykonywania inwestycji ndash zgodnie ze sztuką budowlaną wynikającą z najlepszej
dostępnej wiedzy technicznej (BAT ndash Best Available Techniques BMP ndash Best Menagment
Practices LID ndash Law Impact Development ZWT ndash Zasad Wiedzy Technicznej) Idea ta
znajduje zastosowanie w podręcznikach [1 2 3] w odniesieniu do nowych zasad i metod
KANALIZACJA I
8
wymiarowania systemoacutew odwodnień terenoacutew ndash w duchu zaleceń normy PN-EN 752
dostosowanej do postulatu Europejskiego Komitetu Normalizacji (CEN) - ujednolicenia
poziomu wymagań co do ochrony terenoacutew zurbanizowanych przed wylewami z systemoacutew
kanalizacyjnych w państwach UE Uwzględniono przy tym najnowsze branżowe wytyczne
Niemieckiego Stowarzyszenia Gospodarki Wodnej Ściekowej i Odpadowej wg ATV-A 110
DWA-A 117 i DWA-A 118 czy też zalecenia Krajowego Urzędu ds Środowiska Bawarii wg
Merkblatt Nr 433 i Merkblatt Nr 439
Na podstawie doniesień literaturowych odnośnie prognozowanego wzrostu
intensywności opadoacutew w perspektywie 2100 roku zaproponowano podjęcie już dzisiaj
odpowiednich działań zaradczych w tym zaprezentowano scenariusze opadoacutew do
modelowania przeciążeń kanałoacutew w przyszłości ndash stosowane już w wielu krajach
europejskich - dla zachowania obecnych standardoacutew odwodnień terenoacutew (tab 11divide13) także
w przyszłości
W II wydaniu podręcznika Podstawy bezpiecznego wymiarowania odwodnień terenoacutew
(z 2015 r) przedstawiono aktualne podstawy bezpiecznego projektowania grawitacyjnych
systemoacutew (tj sieci i obiektoacutew) kanalizacyjnych w Polsce
tom I dotyczy metod wymiarowania sieci kanalizacyjnych [2]
tom II ndash dotyczy obiektoacutew specjalnych takich jak przelewy burzowe separatory
strumieni objętości zbiorniki retencyjne regulatory hydrodynamiczne czy separatory
sedymentacyjno-flotacyjne [3]
W celu ułatwienia percepcji treści II wydania książki ndash w prezentowanych notatkach
do wykładoacutew zachowano oryginalną numerację rysunkoacutew tabel i wzoroacutew jak w [2 3]
(Wydaw Seidel-Przywecki Warszawa 2015) - dostępne na
wwwandrzejkotowskipl
II wydanie książki zawiera uaktualnienie i rozszerzenie treści - względem I wydania z
2011 r [1] min o
charakterystykę niekonwencjonalnych systemoacutew kanalizacyjnych
zagrożenia dla infrastruktury miast wywoływane zmianami klimatu w przyszłości
zasady kalibracji i walidacji modeli hydrodynamicznych zjawiska opad-odpływ
przykłady modelowania przeciążeń hydraulicznych w kanalizacji deszczowej
zasady projektowania i metody wymiarowania przepompowni sieciowych ściekoacutew
najnowsze wytyczne techniczne wymiarowania (WTW) systemoacutew kanalizacyjnych
bezpieczną metodę obliczania objętości użytkowej zbiornikoacutew retencyjnych ściekoacutew
Podręczniki [1 2 3] adresowane są do studentoacutew i pracownikoacutew naukowych wyższych
uczelni technicznych i rolniczych a także do projektantoacutew wykonawcoacutew i eksploatatoroacutew
systemoacutew usuwania ściekoacutew oraz zagospodarowania spływoacutew woacuted deszczowych miast i
gmin
2 OGOacuteLNA CHARAKTERYSTYKA SYSTEMOacuteW
KANALIZACYJNYCH
21 RYS HISTORYCZNY ROZWOJU KANALIZACJI
Bliski Wschoacuted Na najstarsze ślady starożytnych przewodoacutew wodnych natrafiono w
Syrii (dawniej Asyria) gdzie już ok 3500 lat pne w miejscowości Habuba Kabira nad
brzegiem Eufratu istniała rozwinięta cywilizacja Znaleziono tam ślady przewodoacutew o
przekroju kołowym z rur ceramicznych (łączonych na bdquobosy koniec-kielichrdquo) lub
prostokątnym układanych z kamieni i cegieł doprowadzających wodę pitną bądź
odprowadzających wody opadoweścieki (rys 21)
KANALIZACJA I
9
Rys 21 Historyczne sposoby budowy przewodoacutew i kanałoacutew wodnych
Historia budowy i rozwoju systemoacutew odwodnień terenoacutew (kanalizacji) sięga 3000 lat
przed narodzeniem Chrystusa Przykładowo w Babilonie stosowano już woacutewczas drenaże i
studnie chłonne do odprowadzania woacuted deszczowych z dachoacutew czy utwardzonych placoacutew i
ulic do gruntu
W Egipcie w grobowcu z ok 2700 r pne w miejscowości Saqquara przy ujściu Nilu
odkryto pierwszą bdquotoaletęrdquo ndash bdquoprzeznaczonąrdquo dla zmarłych Około roku 2500 r pne w
miastach Mezopotamii budowane były już pierwsze sieci kanałoacutew do odprowadzania ściekoacutew
z toalet domowych spłukiwanych wodą - do dołoacutew kloacznych Kanały były budowane z rur
miedzianych
Europa Początki rozwoju systemoacutew kanalizacyjnych w starożytnym Rzymie sięgają
VIII do VII wieku pne Około 610 roku pne zaczęto budować głoacutewny kanał ściekowy
zwany bdquoCloaca Maximardquo ktoacutery funkcjonuje do dzisiaj (wymiar odcinka końcowego 31541
m) Początkowo służył do odprowadzania woacuted deszczowych a poacuteźniej i ściekoacutew bytowych
Retencjonowano też wody deszczowe w zbiornikach zwanych cysternami Powstanie
nowoczesnych systemoacutew kanalizacyjnych w Europie - z oczyszczaniem ściekoacutew włącznie
wiązało się z tzw rewolucją przemysłową i burzliwym rozwojem miast w w XIX wieku
Wybuch epidemii cholery w 1831 r zdecydowanie przyspieszył ten proces
Polska Początki rozwoju kanalizacji na ziemiach polskich sięgają XIV wieku ndash
Gdańsk Krakoacutew Kamieniec Bolesławiec Reszel i inne Przykładowo na Dolnym Śląsku w
Bolesławcu od 1531 roku ścieki komunalne odprowadzane były nie do rzeki Boacutebr lecz na
łąki w celu ich rolniczego wykorzystania (naturalny nawoacutez) a jednocześnie
unieszkodliwiania (oczyszczania) System eksploatowany był do początku XX wieku W
Reszlu natomiast pozostają nadal w eksploatacji kanały bdquokrzyżackierdquo stanowiące istotny
element systemu kanalizacyjnego miasta Pierwsze bdquokompleksowerdquo systemy kanalizacyjne na
ziemiach polskich powstały w Gdańsku (1871) we Wrocławiu (1881-90) i w Warszawie
(1900 - inż Lindley) Zaczęto też wprowadzać coraz powszechniej w większych miastach
tzw klozety wodne - bdquoWCrdquo
Jak uczy historia cywilizacji powinniśmy dążyć wspoacutełcześnie do projektowania i
budowy systemoacutew kanalizacyjnych w taki sposoacuteb - stosując odpowiednie metody
obliczeniowe oraz materiały i technologie - aby mogły one sprawdzać się w działaniu za 100 i
więcej lat
22 RODZAJE I POCHODZENIE ŚCIEKOacuteW
Ścieki - definiowane jako wody zużyte odprowadzane przez kanalizację zbierane są z
gospodarstw domowych (budownictwo jedno- i wielorodzinne)
obiektoacutew użyteczności publicznej i zakładoacutew usługowych (biur urzędoacutew instytucji
szkoacuteł szpitali sklepoacutew myjni pralni basenoacutew kąpielowych itp)
zakładoacutew przemysłowych i rzemieślniczych
Ścieki powstają w wyniku wykorzystania wody wodociągowej lub z własnych ujęć na
cele
spłukiwania fekalioacutew - w ubikacjach (WC)
higieniczne - związane z myciem się kąpielami itp
KANALIZACJA I
10
gospodarcze - związane z praniem bielizny przygotowywaniem posiłkoacutew
utrzymaniem czystości pomieszczeń itp
technologiczno-produkcyjne - związane z przetwarzaniem surowcoacutew wytwarzaniem
żywności produkcją wyroboacutew itp
Ze względu na skład fizyko-chemiczny ścieki można podzielić na
ścieki bytowo-gospodarcze nazywane też bytowymi (a w żargonie inżynierskim
bdquosanitarnymirdquo) pochodzące z gospodarstw domowych zakładoacutew usługowych i
obiektoacutew użyteczności publicznej
ścieki przemysłowe zwane też poprodukcyjnymi pochodzące z zakładoacutew
przemysłowych i rzemieślniczych
Odrębne grupy stanowią
ścieki opadowe (deszczowe i roztopowe) pochodzące z opadoacutew deszczu bądźi
topnienia śniegu czy lodu - spłukujące zanieczyszczenia z uszczelnionych powierzchni
zlewni po okresach tzw suchej pogody (pogody bezopadowej bezdeszczowej)
ścieki ogoacutelnospławne (komunalne) będące najczęściej mieszaniną ściekoacutew bytowo-
gospodarczych przemysłowych woacuted podziemnych (infiltrujących do kanałoacutew przez
nieszczelności) oraz ściekoacutew opadowych
23 KLASYFIKACJA SYSTEMOacuteW USUWANIA ŚCIEKOacuteW
Kanalizacja to zespoacuteł urządzeń - czyli system (sieci i obiekty) do zbierania i
odprowadzania ściekoacutew i woacuted opadowych z terenoacutew zurbanizowanych i przemysłowych do
oczyszczalni gdzie następuje ich unieszkodliwienie Elementy składowe systemu
kanalizacyjnego jako całości to [1 2]
kanalizacja wewnętrzna (instalacje wewnętrzne) - w budynkach z przyborami
sanitarnymi (WC wanny umywalki natryski wpusty podłogowe itp)
kanalizacja zewnętrzna
sieć osiedlowa lub zakładowa (komunalna prywatna wspoacutelnotowa)
sieć zbiorcza miejska (komunalna)
specjalne obiekty sieciowe (pompowanie zbiorniki retencyjne przelewy burzowe
separatory syfony)
oczyszczalnie ściekoacutew
Kanalizację zewnętrzną można podzielić według następujących kryterioacutew
A Strumienia odprowadzanych ściekoacutew
pełna - wszystkie rodzaje ściekoacutew
częściowa - np tylko ścieki bytowo-gospodarcze
mieszana - fragmentami pełnaczęściowa
B Zasięgu terytorialnego
lokalna - osiedlowa zakładowa wspoacutelnotowa
miejska - całe miasto
grupowa - kilka miast wsi
C Konstrukcji kanałoacutew
kryta - podziemna
otwarta - powierzchniowa (rowy koryta)
mieszana
D Sposobu przepływu ściekoacutew
grawitacyjna
KANALIZACJA I
11
ciśnieniowa (pneumatyczna lub hydrauliczna)
podciśnieniowa (proacuteżniowa)
mieszana
E Rodzaju odprowadzanych ściekoacutew
bytowo-gospodarcza (ściekowa w żargonie bdquosanitarnardquo)
przemysłowa
deszczowa
ogoacutelnospławna (wszystkie rodzaje ściekoacutew)
F Funkcjonowania systemu
ogoacutelnospławna (jednoprzewodowa)
rozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa)
poacutełrozdzielcza (dwu lub więcej przewodowa)
bezodpływowa (szamba i wozy asenizacyjne)
odciążona (szamba i sieć zbiorcza)
mieszana (fragmentami roacuteżna sieć)
Budowane obecnie systemy usuwania ściekoacutew można ogoacutelnie podzielić na
konwencjonalne - o grawitacyjnym przepływie ściekoacutew
niekonwencjonalne - o przepływie wymuszonym pod- bądź nadciśnieniem
mieszane - fragmentami konwencjonalne i niekonwencjonalne
Rys 22 Generalny podział systemoacutew kanalizacyjnych - ze względu na przepływ ściekoacutew
Rys 23 Szczegoacutełowy podział systemoacutew kanalizacyjnych - ze względu na warunki działania
Kanalizacja Konwencjonalna (tradycyjna)
Niekonwencjonalna
(specjalna)
Mieszana
oparta na grawitacyjnym przepływie
ściekoacutew - ze swobodną powierzchnią
przy ciśnieniu barometrycznym
oparta na wymuszonym przepływie
ściekoacutew - podciśnieniem bądź
nadciśnieniem
fragmentami kanalizacja
konwencjonalna i fragmentami niekonwencjonalna
Kanalizacja
konwencjonalna
Grawitacyjna Grawitacyjno-
pompowa
Kanalizacja niekonwencjonalna
Nadciśnieniowa (tłoczna)
Podciśnieniowa
(proacuteżniowa)
Pneuma-
tyczna Hydrauliczna
(pompowa)
Dwu
przewo-
dowa
Jedno
przewo-
dowa
KANALIZACJA I
12
24 KANALIZACJA KONWENCJONALNA
Kanalizacja grawitacyjna tj działająca pod wpływem siły ciążenia stosowana jest
powszechnie od zarania rozwoju inżynierii sanitarnej Grawitacyjne systemy usuwania
ściekoacutew stają się w chwili obecnej rozwiązaniem coraz bardziej kosztownym zwłaszcza w
płaskim terenie o rozległej i luźnej zabudowie rozwijających się wciąż aglomeracji miast
Wynika to min ze znacznych kosztoacutew budowy kanałoacutew - na głębokościach dochodzących
nawet do 6divide8 m Przykładowo dla minimalnego spadku dna kanału imin = 1permil wymagane
przegłębienie kanału wynosi 1 m na 1 km długości
Rys 24 Schemat (a) i profil (b) kanalizacji grawitacyjnej z pompownią pośrednią
(kanalizacja grawitacyjno-pompowa)
W dążeniu do zmniejszenia kosztoacutew budowy kanalizacji zaczęto już na przełomie XIX i
XX wieku stosować pośrednie pompownie ściekoacutew wyposażone początkowo w pompy
tłokowe z napędem parowym następnie gazowym (ok 1900 r) i elektrycznym (1920) ktoacutere
umożliwiły podniesienie dna kanału za pompownią do rzędnej wynikającej z możliwego -
minimalnego zagłębienia kanału (rys 24) Pośrednie pompownie ściekoacutew nie zmniejszają
jednak w zasadniczy sposoacuteb kosztoacutew budowy systemoacutew grawitacyjno-pompowych a to
głoacutewnie ze względu na fakt że same są drogie w budowie i eksploatacji Z tych też
względoacutew kanalizacja konwencjonalna należy do najdroższych elementoacutew infrastruktury
podziemnego uzbrojenia terenoacutew zurbanizowanych (miejsko-przemysłowych)
Na terenach wiejskich o luźnej zabudowie przy kryterium gęstości zaludnienia
mniejszej od 120 mieszkańcoacutew na km sieci przyjętym w Polsce (a w Europie lt 150
mieszkańcoacutew na km) stosowane są nadal bezodpływowe zbiorniki ściekoacutew (szamba)
oproacuteżniane wozami asenizacyjnymi bądź też budowane są oczyszczalnie bdquonaturalnerdquo - z
drenażem rozsączającym ścieki do gruntu Obecnie ciecz nadosadową z szamb proponuje się
odprowadzać tzw odciążoną - małośrednicową (do 100 mm) kanalizacją grawitacyjną do
lokalnych oczyszczalni ściekoacutew bądź też stosować kanalizację niekonwencjonalną
nadciśnieniową lub podciśnieniową [1 2] Układy takie wymagają jednak częstego płukania
kanałoacutew w tym wodą z hydrantoacutew pożarowych Ogoacutelnie są drogie w eksploatacji
25 KANALIZACJA NIEKONWENCJONALNA
Już na początku XX wieku w oparciu o nowe możliwości techniczne zaczęły pojawiać
się roacuteżnego rodzaju koncepcje konstruowania sieci kanalizacyjnych o przepływie
wymuszonym - w przewodach zamkniętych z wykorzystaniem nad- lub podciśnienia jako
KANALIZACJA I
13
czynnikoacutew do transportu ściekoacutew Praktycznie możliwość stosowania kanalizacji
ciśnieniowej (tzw tłocznej) bądź podciśnieniowej (tzw proacuteżniowej) zaistniała dopiero z
końcem lat sześćdziesiątych dzięki opracowaniu na zachodzie Europy i w USA konstrukcji
małych i niezawodnych urządzeń do usuwania ściekoacutew łącznie z zawartymi w nich ciałami
stałymi Urządzenia te instalowane na poszczegoacutelnych posesjach usuwają okresowo
zbierane w zbiornikach ścieki do przewodu kanalizacyjnego ułożonego na niewielkiej
głębokości Dostępność tych urządzeń powoduje że kanalizacja niekonwencjonalna staje się
coraz częściej rozwiązaniem alternatywnym do układoacutew konwencjonalnych (grawitacyjnych)
Zastosowanie kanalizacji niekonwencjonalnej uzasadnione jest zwłaszcza gdy
spadek terenu jest bliski zeru
występuje wysoki poziom woacuted podziemnych
są trudne warunki fundamentowe (np podłoże skaliste)
zabudowa ma charakter pasmowy o małej gęstości zaludnienia
odpływ ściekoacutew jest sezonowy (kempingi)
Kanalizacja niekonwencjonalna ma następujące zalety
lepiej spełnia warunki sanitarne i zasady ochrony środowiska bowiem ze względu na
wymaganą szczelność przewodoacutew kanalizacyjnych wykluczona jest zaroacutewno
eksfiltracja ściekoacutew do gruntu jak i infiltracja woacuted podziemnych do kanałoacutew co
prowadzi do zmniejszenia wymiaroacutew i kosztoacutew oczyszczalni ściekoacutew
możliwe jest płytkie układanie przewodoacutew ściekowych - bdquoroacutewnoleglerdquo do powierzchni
terenu (na głębokościach poroacutewnywalnych z przewodami wodociągowymi) co
przyczynia się do znacznego skroacutecenia czasu i kosztoacutew realizacji inwestycji (poprzez
zmniejszanie objętości roboacutet ziemnych eliminację odwodnienia wykopoacutew itp)
uzyskuje się dość istotne zmniejszenie średnic kanałoacutew (przewodoacutew ściekowych)
wskutek większych prędkości przepływu (pełnym przekrojem) co przyczynia się do
zmniejszenia kosztoacutew budowy sieci
łatwe jest rozwiązywanie kolizji z innymi instalacjami uzbrojenia podziemnego terenu
(analogicznie jak w przypadku sieci wodociągowej)
strumień ściekoacutew w stosunku do kanalizacji konwencjonalnej (grawitacyjnej)
zmniejsza się nawet o 50 wskutek min braku infiltracji woacuted podziemnych oraz
woacuted deszczowych z tzw dzikich (lub błędnych) podłączeń czy też dopływających
przez otwory wentylacyjne we włazach studzienek
Kanalizacja niekonwencjonalna ma roacutewnież wady w stosunku do tradycyjnego -
grawitacyjnego sposobu odprowadzania ściekoacutew mianowicie
większą zawodność działania ze względu na możliwość awarii elementoacutew
mechanicznych i elektrycznych w tym automatyki mogących prowadzić do skażenia
środowiska
konieczność ciągłego i niezawodnego dostarczania zmiennego w czasie strumienia
energii elektrycznej
konieczność dokonywania regularnych przeglądoacutew i konserwacji urządzeń przez
wykwalifikowanych pracownikoacutew - generalnie znacznie droższa w eksploatacji
Ponadto kanalizacja niekonwencjonalna ma jak dotychczas ograniczony zasięg
działania limitowany min
wysokością ciśnienia w sieci ndash w praktyce do 04 MPa w przypadku systemu
tłocznego co ogranicza jego zastosowanie do dzielnic mieszkaniowych czy zakładoacutew
wysokością podciśnienia w sieci ndash w praktyce do 006 MPa w przypadku systemu
proacuteżniowego co ogranicza jego zasięg działania do ok 2 km wokoacuteł centralnej stacji
proacuteżniowej (CSP) i liczbę mieszkańcoacutew objętych systemem do ok 1500 Mk
KANALIZACJA I
14
251 CHARAKTERYSTYKA KANALIZACJI CIŚNIENIOWEJ
Częściej stosowana jest obecnie kanalizacja nadciśnieniowa zwana potocznie
ciśnieniową składa się z
wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych (w budynkach)
urządzeń zbiornikowo-tłocznych typu pneumatycznego bądź hydraulicznego
(pompowego)
ciśnieniowych przyłączy domowych i przewodoacutew sieci zewnętrznych
pneumatycznych stacji do płukania bądź przewietrzania przewodoacutew (PSP)
oczyszczalni ściekoacutew
Rys 25 Schematy ideowe kanalizacji ciśnieniowej typu pompowego (po lewej) oraz typu
pneumatycznego (po prawej) a) sytuacja terenowa b) profil podłużny
Wewnętrzne instalacje kanalizacyjne budowane są analogicznie jak w kanalizacji
konwencjonalnej (grawitacyjnej) Elementem dodatkowym jest często osobny przewoacuted
wentylacyjny wyprowadzony ponad połać dachową służący do na- i odpowietrzania
urządzenia zbiornikowo-tłocznego
Urządzenia zbiornikowo-tłoczne pełnią funkcję miniaturowych pompowni ściekoacutew
co zgodnie z ideą kanalizacji ciśnieniowej umożliwia ich stosowanie nawet w najmniejszych
obiektach - budynkach jednorodzinnych Urządzenia te mogą być instalowane zaroacutewno w
piwnicach budynkoacutew jak i na zewnątrz bezpośrednio w gruncie z zachowaniem
odpowiedniego przykrycia gruntem (rys 25) Produkowane obecnie zblokowane urządzenia
zbiornikowo-tłoczne mają rozmaite rozwiązania konstrukcyjne spośroacuted ktoacuterych można
wyroacuteżnić 2 zasadnicze typy
pneumatyczne - oparte na zasadzie wytłaczania ściekoacutew sprężonym powietrzem z
ciśnieniowego zbiornika zamkniętego
hydrauliczne (pompowe) - wyposażone w pompę śrubową sprzęgniętą wspoacutelnym
wałem z rozdrabniarką umieszczone w zbiorniku - bezciśnieniowym
Niezależnie od konstrukcji urządzenia zbiornikowo - tłoczne umieszcza się poniżej
wylotu wewnętrznych instalacji kanalizacyjnych dla umożliwienia ich grawitacyjnego
napełniania się Urządzenia te pracują okresowo a czynnikiem sterującym ich działanie jest
poziom ściekoacutew w zbiorniku wyroacutewnawczym W kanalizacji ciśnieniowej stosuje się też
pompownie ściekoacutew budowane według klasycznych schematoacutew - wyposażone w pompy
zatopione w ściekach o konstrukcji odpornej na zapychanie się (wirniki odpowiedniego
KANALIZACJA I
15
kształtu kraty bądź kosze na zanieczyszczenia na dopływie) bądź też wyposażone w
rozdrabniarki Ostatnio zaleca się do stosowania tzw tłocznie ściekoacutew tj pompownie
ściekoacutew zblokowane z urządzeniami do separacji ciał stałych (tzw pompownie sitowe)
Transport zanieczyszczeń grubo dyspersyjnych typu włoacuteknistego (np tekstylia
produkty stosowane do wyroboacutew środkoacutew higieny osobistej) stwarza problemy
eksploatacyjne ndash zapychanie się wirnikoacutew pomp prowadzące do awarii W tłoczniach
ściekoacutew bytowo-gospodarczych na dopływach do zbiornikoacutew retencyjnych pomp instaluje
się osadniki wyposażone w kraty i zawory zwrotne w celu niedopuszczania do pomp
zanieczyszczeń grubych Do zbiornikoacutew retencyjnych pomp dopływają tylko bdquopodczyszczone
ściekirdquo ktoacutere są następnie wytłaczane przez pompy a tłoczone ścieki przepływają przez
osadnik i płuczą go z zanieczyszczeń grubo dyspersyjnych (zwykle brak zagniwania ściekoacutew
w zbiorniku retencyjnym pompowni) Przykład tłoczni ściekoacutew podano na rysunku 251
Rys 251 Przykładowa tłocznia ściekoacutew (1 - pompa 2 ndash złącze 3 ndash prowadnice montażowe pompy
4 - krata 5 ndash dopływ ściekoacutew 6 - zawoacuter zwrotny kulowy 7 ndash osadnik 8 ndash kolano rewizyjne 9 ndash
przewoacuted tłoczny 10 ndash klapa zwrotna)
Studnie zbiorcze pompowni czy też tłoczni ściekoacutew powinny mieć odpowiednią
pojemność buforową na wypadek zaniku zasilania elektrycznego lub awarii pomp Wg ATV
A-116 pojemność ta wynosić powinna co najmniej 30 dm3 na mieszkańca i dobę
Sieć ciśnieniowych przewodoacutew kanalizacyjnych budowana jest z założenia jako
rozgałęźna Stosowane są roacutewnież układy z pozoru bdquoobwodowe - pierścieniowerdquo ktoacutere
umożliwiają jedynie okresową zmianę kierunku przepływu ściekoacutew co zwiększa
niezawodność systemu Zmiany kierunku przepływu ściekoacutew odbywają się okresowo
poprzez zamykanie i otwieranie odpowiednich zasuw działowych Tak więc z pozoru sieć
bdquopierścieniowardquo jest tutaj nadal siecią rozgałęźną ndash sterowaną (rys 25)
Pneumatyczne stacje płuczące (PSP) Doświadczenia wskazują na celowość
instalowania na końcoacutewkach sieci bądź w tzw węzłach newralgicznych urządzeń
płuczących ndash zwykle przedmuchujących sieć sprężonym powietrzem (kilka razy w ciągu
doby głoacutewnie w godzinach nocnych) Przedmuchiwanie ktoacutere trwa zwykle od 5 do 10 minut
poza tym że usuwa osady oraz skraca czas przebywania ściekoacutew w sieci natlenia je i usuwa
H2S i siarczki PSP wyposażone są w sprężarki (kompresory) ze zbiornikami powietrza
Lokalizuje się je pod ziemią bądź w budynkach wolnostojących
252 CHARAKTERYSTYKA KANALIZACJI PODCIŚNIENIOWEJ
Idee daleko posuniętej oszczędności zużycia wody a także minimalizacji kosztoacutew
oczyszczania ściekoacutew (np na statkach dalekomorskich) doprowadziły do powstania
kanalizacji podciśnieniowej - dwuprzewodowej Oddzielnym przewodem odprowadzane są
KANALIZACJA I
16
ścieki fekalne z WC oraz oddzielnym przewodem pozostałe ścieki - z wanien natryskoacutew
zlewozmywakoacutew itp Zasadą układu dwuprzewodowego jest podział ściekoacutew na silnie
zanieczyszczone ścieki fekalne (z ciałami stałymi) oraz mało stężone pozostałe ścieki i
oddzielne ich oczyszczanie odpowiednio do ich składu wydajnymi technologiami
Podstawową zaletą powyższego systemu jest więc oszczędność wody na spłukiwanie misek
ustępowych
W kanalizacji komunalnej stosowany jest jednoprzewodowy układ (rys 26)
Rys 26 Schemat kanalizacji podciśnieniowej osiedla mieszkaniowego (układ jednoprzewodowy)
Klasyczna miska ustępowa bdquozużywardquo od 5 do 10 litroacutew wody na jedno zadziałanie
zbiornika Miska ustępowa wyposażona w zawoacuter oproacuteżniający - sterowany podciśnieniem
zużywa tylko ok 15 litra wody (i do 100 litroacutew powietrza na zassanie zawartości miski)
Taki układ kanalizacji jest zwłaszcza celowy do zastosowania tam gdzie stosowany jest
podwoacutejny system wodociągowy rozprowadzający wodę o zroacuteżnicowanej jakości Np woda
powstała po uproszczonym oczyszczeniu ściekoacutew - poza fekalnymi używana jest ponownie
np do spłukiwania misek ustępowych
Kanalizację podciśnieniową zwaną potocznie proacuteżniową tworzą następujące elementy
1 Wewnętrzne instalacje kanalizacyjne (w budynkach obiektach)
2 Studzienki zbiorcze z zaworami oproacuteżniającymi
3 Podciśnieniowe przyłącza domowe i przewody sieci zewnętrznych
4 Centralna stacja proacuteżniowa (CSP)
5 Oczyszczalnia ściekoacutew
W kanalizacji podciśnieniowej ścieki są zasysane ze studzienek zbiorczych z zaworami
oproacuteżniającymi do zbiornikoacutew wodno-powietrznych znajdujących się w centralnej stacji
proacuteżniowej (CSP) skąd są następnie odprowadzane (najczęściej hydraulicznie ndash pompowo)
do oczyszczalni ściekoacutew (rys 261)
Rys 261 Schemat ideowy kanalizacji podciśnieniowej (jednoprzewodowej)
KANALIZACJA I
17
O wyborze systemu odprowadzania ściekoacutew powinna decydować każdorazowo analiza
techniczno - ekonomiczna opłacalności inwestycji tj łącznie kosztoacutew budowy i eksploatacji
systemu [1 2]
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania budowy i eksploatacji systemoacutew kanalizacji
niekonwencjonalnej podane zostaną na II stopniu studioacutew (dla specjalności ZWUŚ i ZO)
3 SYSTEMY KANALIZACJI GRAWITACYJNEJ
31 KANALIZACJA OGOacuteLNOSPŁAWNA
311 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI OGOacuteLNOSPŁAWNEJ
Historycznie pierwsze systemy kanalizacyjne były budowane jako ogoacutelnospławne
Obecnie istnieją w najstarszych fragmentach zabudowy miast Wspoacutełcześnie w wyniku
rozbudowy miast nowe fragmenty zabudowy kanalizowane są najczęściej w systemie
rozdzielczym głoacutewnie ze względu na możliwość osiągnięcia wyższej efektywności
oddzielnego oczyszczania ściekoacutew bytowych-gospodarczych przemysłowych i deszczowych
Istota kanalizacji ogoacutelnospławnej to
jednoprzewodowy transport wszystkich rodzajoacutew ściekoacutew do oczyszczalni
konieczność odciążania oczyszczalni ściekoacutew przez przelewy burzowe czy zbiorniki
retencyjne w okresie trwania opadoacutew (strumień ściekoacutew jest woacutewczas nawet kilkadziesiąt
razy większy niż w okresie tzw suchej pogody)
Poniżej podano schematy funkcjonalne grawitacyjnej kanalizacji ogoacutelnospławnej w
skali bdquomikrordquo - pojedynczych budynkoacutew oraz w skali bdquomakrordquo ndash miejscowości (rys 31 i 32)
Rys 31 Schemat funkcjonalny kanalizacji ogoacutelnospławnej - w skali bdquomikrordquo(A)
Pk ndash pion kanalizacyjny wu ndash wpust uliczny R ndash rynna st - studzienka kanalizacyjna
Rys 32 Schemat funkcjonalny kanalizacji ogoacutelnospławnej - w skali bdquomakrordquo
Pb - przelew burzowy zbr - zbiornik retencyjny OŚ- oczyszczalnia ściekoacutew
KANALIZACJA I
18
312 ODCIĄŻENIE HYDRAULICZNE KANALIZACJI OGOacuteLNOSPŁAWNEJ
Do odciążenia hydraulicznego sieci w systemie kanalizacji ogoacutelnospławnej - podczas
trwania intensywnych opadoacutew deszczu stosowane są przelewy burzowe i zbiorniki
retencyjne Schematy ideowe zabudowy takich obiektoacutew przedstawiono na rysunku 33
Przelewy burzowe
Zbiorniki retencyjne
na boczniku
na kolektorze
odpływ awaryjny
Rys 33 Schematy ideowe sposoboacutew odciążeń kanalizacji ogoacutelnospławnej (oraz deszczowej)
Przelewy burzowe na kanalizacji ogoacutelnospławnej budowane są głoacutewnie w celu
zabezpieczenia oczyszczalni ściekoacutew przed przeciążeniem hydraulicznym i spadkiem
sprawności jej działania zwłaszcza części biologicznej i chemicznej podczas pogody
deszczowej
zmniejszenia wymiaroacutew kolektora - za przelewem
Zadaniem hydraulicznym przelewu burzowego jest podział strumienia dopływu Qd
ściekoacutew do obiektu na dwa strumienie
Qo - odpływu do oczyszczalni ściekoacutew (Qo = Qd ndash Qb)
Qb - odpływu kanałem burzowym do odbiornika (Qb = Qd ndash Qo)
w ściśle określonych proporcjach
Wg RMŚ z 2014 r limitowana jest wartość średniej rocznej liczby zadziałań przelewoacutew
burzowych w roku czyli zrzutoacutew ściekoacutew z przelewu do odbiornika ndash dla miast o
roacutewnoważnej liczbie mieszkańcoacutew RLM gt 100 000 [1 2 3] Mianowicie w komunalnej
kanalizacji ogoacutelnospławnej ścieki z przelewoacutew burzowych mogą być odprowadzane do
śroacutedlądowych woacuted powierzchniowych płynących lub przybrzeżnych o ile średnia roczna
liczba zrzutoacutew burzowych z przelewoacutew nie przekracza 10 W aglomeracjach miejskich o
RLM lt 100 000 dopuszcza się zrzuty burzowe gdy w chwili rozpoczęcia działania przelewu
strumień objętości zmieszanych ściekoacutew jest co najmniej czterokrotnie większy od
średniego dobowego strumienia ściekoacutew w okresie pogody bezopadowej (Qśc(pb)) Przelewy
burzowe należy więc projektować na strumień graniczny - odpływu do oczyszczalni [3]
)( ) 1( bpścrpgro QnQQ (31)
gdzie
nrp - początkowe rozcieńczenie ściekoacutew nrp ge 3
KANALIZACJA I
19
Najczęściej stosowane są dwa rodzaje przelewoacutew burzowych
z jednostronną boczną krawędzią przelewową
z dwustronnymi bocznymi krawędziami przelewowymi
Każdy rodzaj przelewu może działać z dławionym (za pomocą rury dławiącej zastawki
czy regulatora wirowego) bądź niedławionym odpływem ściekoacutew (Qo) w kierunku
oczyszczalni Schematy urządzeń do odciążania hydraulicznego kanalizacji ogoacutelnospławnej
za pomocą przelewoacutew burzowych podano na rysunkach 34 35 i 36
Przelew boczny jednostronny
Rys 34 Schemat i przekroacutej poprzeczny jednostronnego bocznego przelewu burzowego
(z niedławionym bądź dławionym strumieniem odpływu Qo do oczyszczalni Qd ndash strumień
dopływu do przelewu Q = Qb - strumień zrzutu burzowego do odbiornika)
Przelew boczny dwustronny
Rys 35 Schemat i przekroacutej poprzeczny dwustronnego bocznego przelewu burzowego
z niedławionym bądź dławionym strumieniem odpływu Qo do oczyszczalni Qd - strumień
dopływu do przelewu Q = Qb - strumień zrzutu burzowego do odbiornika)
Rys 36 Przekroacutej podłużny bocznego przelewu burzowego z rurą dławiącą
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania i wymiarowania przelewoacutew burzowych na
kanalizacji ogoacutelnospławnej - z przykładami obliczeniowymi podane są w II tomie
podręcznika [3] (- w zakresie II stopnia studioacutew - magisterskich)
Zbiorniki retencyjne pełnią podobną funkcję hydrauliczną jak przelewy burzowe
Głoacutewnym parametrem eksploatacyjnym każdego zbiornika retencyjnego jest wspoacutełczynnik
redukcji strumieni ściekoacutew β [1 2 3]
= QoQd (32)
gdzie
Qo - strumień objętości (natężenie przepływu) ściekoacutew odpływających ze zbiornika
Qd - strumień objętości ściekoacutew dopływających do zbiornika
KANALIZACJA I
20
Zbiorniki retencyjne buduje się je najczęściej na kanalizacji ogoacutelnospławnej i
deszczowej do przetrzymywania - retencjonowania ściekoacutew jako (rys 37)
otwarte - terenowe (w zagłębieniach naturalnych lub sztucznych) bądź jako
kryte - podziemne (tradycyjnie żelbetowe lub obecnie też z tworzyw sztucznych w
tym tzw bdquorurowerdquo zbudowane z odcinkoacutew rurociągoacutewkanałoacutew o dużych średnicach
oraz bdquoskrzynkowerdquo otoczone geowłoacutekniną)
A) B)
Rys 37 Rodzaje kanalizacyjnych zbiornikoacutew retencyjnych
A) zbiornik terenowy (otwarty) B) zbiornik podziemny (kryty)
Schematy przykładowych konstrukcji zbiornikoacutew retencyjnych do odciążania
hydraulicznego kanalizacji ogoacutelnospławnej podano na rysunkach 38 i 39
Rys 38 Schemat zbiornika krytego na boczniku
(widok z goacutery i przekroacutej podłużny)
Na kanalizacji ogoacutelnospławnej nie dopuszcza się zasadniczo do podtopienia kanału
dopływowego przed przelewem min ze względu na możliwość odkładania się osadoacutew Stąd
konieczność stosowania wewnątrz krytych zbiornikoacutew przelewoacutew do awaryjnego zrzutu
ściekoacutew (rys 38)
Rys 39 Schemat zbiornika otwartego na kolektorze
(przekroacutej podłużny i widok z goacutery)
KANALIZACJA I
21
Podczas pogody bezdeszczowej ścieki bytowo-gospodarcze nie wpływają do otwartej
komory retencyjnej zbiornika przedstawionego na rysunku 39 a przepływają kanałami pod
dnem zbiornika Ze względoacutew sanitarnych powierzchnie skarp i dna zbiornika powinny być
uszczelnione Zbiornik powinien być też ogrodzony i oznaczony tablicami ostrzegawczymi
W celu ochrony zwłaszcza małych odbiornikoacutew ściekoacutew stosuje się lokalne
retencjonowanie i podczyszczanie ściekoacutew pochodzących ze zrzutoacutew burzowych o wielkości
strumienia Q gt 10 SNQ - średniego niskiego przepływu wody w odbiorniku (rys 310)
Rys 310 Schematy ideowe sposoboacutew ograniczenia ładunku zanieczyszczeń odprowadzanych do
odbiornikoacutew z przelewoacutew na kanalizacji ogoacutelnosławnej (pb ndash przelew burzowy)
UWAGA Szczegoacutełowe zasady projektowania i wymiarowania zbiornikoacutew retencyjnych - z
przykładami obliczeniowymi podane są w II tomie podręcznika [3]
313 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
OGOacuteLNOSPŁAWNEJ W POLSCE
W Polsce stosowane były niewłaściwe - w świetle wspoacutełczesnej wiedzy (rozdz 5divide8
podręcznika [2]) - opracowane w latach pięćdziesiątych XX wieku metody wymiarowania
kanalizacji ogoacutelnospławnej Podczas tzw suchej pogody kanałami ogoacutelnospławnymi płyną
ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe oraz wody przypadkowe w tym infiltracyjne
Podczas pogody deszczowej - dodatkowo wodyścieki deszczowe Wymiary (średnice)
kanałoacutew dobierane były błędnie - do całkowitego wypełnienia przekroju na strumień
objętości (Q)
Q = Qh max śc + Qm (33)
gdzie
Qh max śc - maksymalny godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysło-
wych
Qm - miarodajny strumień ściekoacutew deszczowych - z wzoru Błaszczyka wg metody
granicznych natężeń (MGN) bądź metody stałych natężeń (MSN)
Stosowany w obu metodach obliczeniowych (MGN i MSN) wzoacuter Błaszczyka oparty
na opadach z przełomu XIX i XX wieku zaniża obecne natężenia deszczy we Wrocławiu o
rząd 40 [1 2] Ponadto założenia wyjściowe MGN - najczęściej dotychczas stosowanej w
Polsce prowadzą do dalszej redukcji strumienia spływu woacuted opadowych (Qm) w stosunku do
innych metod czasu przepływu stosowanych przykładowo w Niemczech w podobnych
warunkach hydrologicznych W rezultacie zaniżenie wartości bilansowanych strumieni woacuted
opadowych (Qm) sięgać może nawet 100 (rozdz 85 podręcznika [2]) Tak zwymiarowane
systemy kanalizacyjne podatne są na częste wylania ktoacutere jeszcze w większym stopniu
wystąpią w przyszłości wskutek zmian klimatu (rozdz 4 [2])
UWAGA Podstawą bezpiecznego wymiarowania nowych bądź modernizowanych systemoacutew
kanalizacji ogoacutelnospławnej jest właściwy bilans strumieni ściekoacutew (rozdz 5 [2]) oraz woacuted
opadowych (rozdz 6 7 i 8 [2]) ndash zapewniający osiągnięcie wspoacutełcześnie wymaganego
standardu odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych (rozdz 1 w II tomie [3])
KANALIZACJA I
22
32 KANALIZACJA ROZDZIELCZA
321 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI ROZDZIELCZEJ
System kanalizacji rozdzielczej ze swej istoty jest dwu- lub więcej przewodowy W
miastach na ogoacuteł dwuprzewodowy złożony z
kanałoacutew ściekowych - odprowadzających ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe
do miejskiej oczyszczalni
kanałoacutew deszczowych - ze zrzutem ściekoacutew do odbiornika (po podczyszczeniu)
W zakładach przemysłowych system ten jest na ogoacuteł troacutejprzewodowy występują
kanały ściekowe (na ścieki bytowe pracownikoacutew)
kanały deszczowe
kanały ściekoacutew przemysłowych (technologicznych) - ze zrzutem ściekoacutew (po
podczyszczeniu na terenie zakładu) do miejskiej kanalizacji ściekowej
Schematy funkcjonalne kanalizacji rozdzielczej przedstawiono w skali bdquomikrordquo ndash na
rys 311 oraz w skali bdquomakrordquo ndash całej miejscowości na rys 312
Rys 311 Schemat funkcjonalny kanalizacji rozdzielczej - w skali bdquomikrordquo
(Pk ndash pion kanalizacyjny wu ndash wpust uliczny R ndash rynna)
Rys 312 Schemat funkcjonalny kanalizacji rozdzielczej - w skali bdquomakrordquo
(zbr- zbiornik retencyjny OŚ- oczyszczalnia ściekoacutew)
W przypadku gdy odbiornik charakteryzuje się małym - średnim niskim przepływem
(SNQ) bądź jest szczegoacutelnie chroniony nie należy w trakcie trwania opadu zrzucać dużych
objętości ściekoacutew deszczowych Należy więc budować zbiorniki retencyjne z dławionym
odpływem - sterowanym np regulatorami hydrodynamicznymi (omoacutewione w rozdz 4 i 5 -
w II tomie podręcznika [3]) Na wylotach kanałoacutew deszczowych do odbiornikoacutew a najlepiej
w miejscu powstawania zanieczyszczeń wymagane jest obecnie stosowanie podczyszczalni
KANALIZACJA I
23
mechanicznych ściekoacutew opadowych ndash w postaci separatoroacutew sedymentacyjno-flotacyjnych
(omoacutewionych w rozdz 6 - w II tomie podręcznika [3])
UWAGA Zasady wymiarowania i doboru regulatoroacutew hydrodynamicznych oraz osadnikoacutew-
piaskownikoacutew i flotatoroacutew substancji ropopochodnych zostaną podane na II stopniu studioacutew
322 ODCIĄŻENIE HYDRAULICZNE KANALIZACJI DESZCZOWEJ
Do odciążenia hydraulicznego sieci deszczowej w systemie kanalizacji rozdzielczej
podczas trwania intensywnych opadoacutew deszczu stosowane są najczęściej zbiorniki
retencyjne z dławionym odpływem Zbiorniki te stanowią ważny element zaroacutewno
modernizowanych jak i nowoprojektowanych sieci kanalizacyjnych pełniąc rolę
regulacyjno-redukcyjną strumieni ściekoacutew Schematy ideowe zabudowy takich obiektoacutew
specjalnych podano już na rys 33 Na rys 312a przedstawiono dwa warianty rozbudowy
kanalizacji deszczowej związane z podłączeniem nowej zlewni deszczowej do istniejącego
kolektora o ograniczonej przepustowości (Qmax = 1000 dm3s) z zastosowaniem zbiornikoacutew
retencyjnych
a) na istniejącym kolektorze (po lewej) - znaczne koszty i utrudnienia podczas budowy
b) na bocznym kanale odpływowym z nowej zlewni (po prawej) ndash lepszy wariant
Nowa zlewnia F
Kolektor o
Qmax = 1000 ls
Regulator
QR = 1000 ls
Q3 = 1350 ls
Q2 = 600 lsZbiornik retencyjny V1
Q1 = 750 ls
Kolektor o
Qmax = 1000 ls
Q4 = 1000 ls
Q1 = 750 ls
Nowa zlewnia F
Zbiornik retencyjny V2
Regulator QR = 250 ls
Q2 = 600 ls
Q3 = 250 ls
Rys 312a Przyłączanie nowej zlewni (F) do kolektora o ograniczonej przepustowości (Qmax = 1000
dm3s) poprzez zbiornik retencyjny a) na istniejącym kolektorze (V1) b) na nowym kanale (V2)
Głoacutewnie ze względu na zasadę działania grawitacyjne zbiorniki retencyjne ściekoacutew
deszczowych podzielić można na dwie grupy a mianowicie
przepływowe - klasyczne (najczęściej jednokomorowe)
przelewowe - nowej generacji (dwu- lub więcej komorowe)
Zaroacutewno konstrukcje przepływowe jak i przelewowe mają swoje zalety i wady
Klasyczne już przepływowe zbiorniki retencyjne budowane są z reguły jako ziemne -
odkryte natomiast przelewowe (wielokomorowe) zbiorniki retencyjne nowej generacji są z
reguły żelbetowe - podziemne Ma to niewątpliwie wpływ na koszty ich budowy O wyborze
danej konstrukcji zbiornika decydować powinna analiza techniczno-ekonomiczna wariantoacutew
rozwiązań technicznych przy uwzględnieniu miejscowych uwarunkowań terenowych
Zbiornik przepływowy
max
dopływ
odpływ
dławiony
Qd
Qo
komora
retencyjna
Vu
min
Rys 312b Schemat działania jednokomorowego przepływowego zbiornika retencyjnego
KANALIZACJA I
24
Zbiornik przepływowy - klasyczny ma następujące wady
znaczna objętość użytkowa (Vu) komory retencyjnej (KR)
zmienny w czasie odpływ ze zbiornika (Qo) zależny od stopnia jego wypełnienia
odkładanie się zanieczyszczeń wleczonych na dnie zbiornika
znaczne koszty eksploatacji obiektu (płukanie po każdym opadzie)
Zbiornik przelewowy
Nowoczesne wielokomorowe przelewowe zbiorniki retencyjne (rys 33d) wyposażone
są w komorę przepływową (KP) z dławionym odpływem oddzieloną od komory retencyjnej
(KR) pionową przegrodą - z bocznym przelewem w części goacuternej i zaworem klapowym
(spustowym) przy dnie zbiornika
przegroda stała
rura wentylacyjna
kanał doprowadzający
komora akumulacyjna rura dławiąca
komora
przepływowa
zawoacuter klapowy
Rys 312d Schemat ideowy dwukomorowego zbiornika przelewowego
Zbiornik przelewowy cechuje się przede wszystkim mniejszą objętością użytkową (V1)
komory retencyjnej (KR) w poroacutewnaniu do zbiornika przepływowego ndash nawet o rząd 30
max Qd
Qo
komora
retencyjna
dopływ
odpływ
dławiony
komora
przepływowa
otwoacuter
klapowy
krawędź
przelewowa
V1
V3
Rys 312e Schemat działania dwukomorowego przelewowego zbiornika retencyjnego (Vu = V1 + V3)
V1 - objętość komory retencyjnej (KR) V3 - objętość komory przepływowej (KP)
Graficzne poroacutewnanie objętości na akumulację ściekoacutew w zbiornikach przepływowym
(tradycyjnym) i przelewowym - dwukomorowym podano na rysunku 312f
Rys 312f Przebieg akumulacji ściekoacutew deszczowych w zbiornikach retencyjnych
1 - modelowy hydrogram przepływu w kanale dopływowym - przed zbiornikiem
2 - hydrogram przepływu w kanale odpływowym - po zbiorniku przelewowym (V1+V3)
3 - hydrogram przepływu w kanale odpływowym - po zbiorniku przepływowym (V1+V2+V3)
KANALIZACJA I
25
Z analizy przebiegu retencji wynika iż objętość użytkowa (Vu) zbiornika
przepływowego składa się z trzech objętości cząstkowych Vu = V1 + V2 + V3 a zbiornika
przelewowego tylko z dwoacutech Vu = V1 + V3
323 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
ROZDZIELCZEJ W POLSCE
W Polsce stosowano (od lat pięćdziesiątych XX wieku) niewłaściwe obecnie - w
świetle wspoacutełczesnej wiedzy (rozdz 4divide8 podręcznika [2]) zasady i metody wymiarowania
grawitacyjnej kanalizacji rozdzielczej w odniesieniu zaroacutewno do kanałoacutew ściekowych a
zwłaszcza do kanałoacutew deszczowych wraz z obiektami specjalnymi
Sieć deszczowa działa okresowo - w czasie tzw mokrej pogody Podczas suchej pogody
płyną tylko wody przypadkowe w tym infiltracyjne
Kanały ściekowe (w żargonie bdquosanitarne) wymiarowane były na strumień
Q = 2Qh max śc (34)
Średnice kanałoacutew ściekowych dobierane były w uproszczeniu - na
podwojony maksymalny godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-
gospodarczych i przemysłowych tj przy uwzględnieniu woacuted
przypadkowych w tym infiltracyjnych w wysokości Qh max śc jako
mieszczących się w 100 rezerwie przepustowości dobranej
średnicy kanału
Kanały deszczowe
Q = Qm (35)
Wymiary kanałoacutew deszczowych dobierane były niewłaściwie - do
całkowitego wypełnienia przekroju Nie uwzględniano więc żadnej
rezerwy - na przyszłościowy rozwoacutej związanej ze zwiększaniem się
stopnia uszczelnienia powierzchni zlewni czy też wynikającej ze
zmian klimatycznych Miarodajny do wymiarowania kanałoacutew
deszczowych strumień ściekoacutew (Qm) obliczany był dwoma
metodami MGN lub MSN ndash obie z niewłaściwym obecnie wzorem
Błaszczyka na natężenie deszczy dla zakładanych częstości
występowania opadoacutew o wydłużonym czasie trwania (o
koncentrację terenową i retencję kanałową)
Ponadto przy wymiarowaniu kanałoacutew deszczowych w Polsce dopuszczano możliwość
częstszych ich przepełnień a więc i wylewoacutew z sieci w stosunku do kanałoacutew
ogoacutelnospławnych Przykładowo kolektory deszczowe w terenach płaskich wymiarowane
były na częstość występowania opadoacutew C = 2 lata a kanały boczne tylko na C = 1 rok (W
kanalizacji ogoacutelnospławnej przyjmowano odpowiednio C = 5 i C = 2 lata) Wspoacutełczynnik
spływu powierzchniowego woacuted deszczowych uzależniano wyłącznie od stopnia uszczelnienia
terenu tj z pominięciem jego spadkoacutew oraz natężeń opadoacutew projektowych
W celu zapewnienia odpowiedniego standardu odwodnienia terenoacutew zurbanizowanych
w Polsce (- zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 752) oraz podniesienia niezawodności
działania kanalizacji rozdzielczej (ściekowej i deszczowej) w rozdz 5 podręcznika [2]
przedstawiono nowe zasady bilansowania strumieni ściekoacutew i woacuted przypadkowych a w
rozdz 8 zaproponowano modyfikację metody granicznych natężeń (MGN) do postaci tzw
metody maksymalnych natężeń (MMN) w tym zastąpienie wzoru Błaszczyka
wspoacutełczesnymi modelami opadoacutew maksymalnych W tomie II w rozdz 1 [3] przedstawiono
nowe zalecenia w formie wytycznych technicznych wymiarowania (WTW) sieci
odwodnieniowych i obiektoacutew specjalnych w Polsce Omoacutewiono także wymagania odnośnie
KANALIZACJA I
26
zachowania wspoacutełczesnych standardoacutew odwodnień terenoacutew także w przyszłości jako
przeciwdziałanie skutkom prognozowanych zmian klimatu w perspektywie 2100 roku
33 KANALIZACJA POacuteŁROZDZIELCZA
331 SCHEMATY FUNKCJONALNE KANALIZACJI POacuteŁROZDZIELCZEJ
System kanalizacji poacutełrozdzielczej stosowany zwłaszcza przy modernizacjach
istniejących systemoacutew rozdzielczych czy przebudowywanych ogoacutelnospławnych jest
najczęściej dwuprzewodowy Zawiera kanały deszczowe i kanały ściekowe (bytowo-
gospodarcze i przemysłowe) połączone tzw separatorami tj obiektami specjalnymi na
kanałach deszczowych do kierowania tzw pierwszej fali odpływu - zawierającej
zanieczyszczenia spłukiwane ze zlewni oraz osady wypłukiwane z kanałoacutew deszczowych (po
okresie suchej pogody) do kanałoacutew ściekowych i do oczyszczalni ściekoacutew (rys 313)
Następna (II) fala deszczu przy wzroście strumienia Q - jako mniej zanieczyszczona
odpływa już kanałami deszczowymi do odbiornika
Rys 313 Schemat funkcjonalny kanalizacji poacutełrozdzielczej w skali bdquomakrordquo
(s ndash separator zbr ndash zbiornik retencyjny OŚ ndash oczyszczalnia ściekoacutew)
Z doświadczeń eksploatacyjnych wynika że celowe jest stosowanie separatoroacutew o
działaniu ciągłym tzn w całym okresie trwania odpływu deszczowego takich jak np
przelewy boczne z dławionym odpływem czy też upusty denne z progiem piętrzącym a
technologicznie niewłaściwe jest stosowanie separatoroacutew o działaniu okresowym - jedynie
dla pierwszej fali odpływu jak np separatory kaskadowe czy rynnowe [1 2 3]
Rys 314 Schemat separatora kaskadowego - o działaniu okresowym (dla I fali deszczu)
Rys 315 Schemat separatora rynnowego - o działaniu okresowym (dla I fali deszczu)
KANALIZACJA I
27
Rys 316 Schemat separatora w postaci przelewu bocznego z rurą dławiącą - o działaniu ciągłym
Kanalizacja poacutełrozdzielcza zapewnia dobrą ochronę odbiornika ściekoacutew ndash środowiska
bowiem najbardziej zanieczyszczone ścieki opadowe (zwłaszcza tzw I fali) kierowane są
poprzez separatory na oczyszczalnię miejską pracującą pod stałym nadzorem
332 DOTYCHCZASOWE ZASADY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
POacuteŁROZDZIELCZEJ W POLSCE
Dotychczas stosowane zasady wymiarowania kanalizacji poacutełrozdzielczej są obecnie
niewłaściwe zaroacutewno w odniesieniu do kanałoacutew ściekowych jak i kanałoacutew deszczowych za
separatorami Kanały ściekowe - za separatorami były wymiarowane na maksymalny
godzinowy strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych (Qh max śc) plus
strumień ściekoacutew deszczowych tzw I-szej fali (QmI) - zależnej od natężenia granicznego
deszczu płuczącego qs przyjmowanego w zakresie qs [6 15] dm3s ha stąd
Q = Qh max śc + Qm I (36)
Obecnie wg RMŚ qs ge 15 dm3s ha ndash dla zanieczyszczonej zlewni [1 2] Kanały
deszczowe wymiarowane były na zaniżony strumień Qm - obliczany z zastosowaniem
niewłaściwego obecnie wzoru Błaszczyka
Q = Qm (37)
Nowe zasady ndash bezpiecznego projektowania i wymiarowania hydraulicznego kanalizacji
poacutełrozdzielczej z separatorami strumieni objętości ściekoacutew deszczowych podano w II tomie
książki [3] (w rozdz 1 i 3)
34 ZALETY I WADY SYSTEMOacuteW KANALIZACYJNYCH
341 CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA WYBOacuteR SYSTEMU
System kanalizacji ogoacutelnospławnej
Zalety Wady
1 Kroacutetsza łączna sieć kanałoacutew 1 Małe prędkości przepływu ściekoacutew przy
suchej pogodzie (odkładanie się osadoacutew)
2 Prostszy układ sieci ndash mniejsza możliwość
kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym
2 Nieroacutewnomierna praca miejskiej
oczyszczalni ściekoacutew
3 Sieć zajmuje mniej miejsca (np pod
jezdnią)
3 Duże średnice i zagłębienia kanałoacutew
(kolizje z innym uzbrojeniem)
4 Mniejsze koszty przyłączy posesji (jeden
przykanalik)
4 Konieczność budowy przelewoacutew
burzowych zbiornikoacutew retencyjnych
5 Mniejsze koszty budowy i eksploatacji 5 Niebezpieczne dla środowiska skutki
przepełnień kanałoacutew ndash wylewoacutew
6 Brak błędnych przyłączy (jedna sieć) 6 Gnilne zapachy ze studzienek i
wpustoacutew
KANALIZACJA I
28
System kanalizacji rozdzielczej
Zalety Wady
1 Efektywniejszy proces oddzielnego
oczyszczania ściekoacutew
1 Praktycznie podwoacutejna sieć
2 Bardziej roacutewnomierna praca oczyszczalni
ściekoacutew
2 Skomplikowany układ sieci (kolizje
kanałoacutew ściekowych z deszczowymi)
3 Mniejsze średnice kanałoacutew ściekowych
(większe prędkości przepływu)
3 Podwoacutejny pas zabudowy terenu
4 Mniejsze zagrożenie środowiskowe
wylewoacutew z kanałoacutew deszczowych
4 Większe koszty przyłączy
5 Możliwość etapowania budowy kanalizacji
(np najpierw ściekowa poacuteźniej deszczowa)
5 Występowanie błędnych podłączeń
(np kanałoacutew ściekowych do kanałoacutew
deszczowych lub odwrotnie)
6 Możliwość przebudowy na kanalizację
poacutełrozdzielną ndash dobudowa separatoroacutew
6 Najczęściej większe koszty budowy
i eksploatacji
Na wyboacuter systemu kanalizacyjnego wpływ mają następujące czynniki [1 2]
Istniejąca sieć hydrograficzna (rzeki potoki kanały otwarte) rozwinięta - sprzyja
wyborowi kanalizacji rozdzielczej
Wielkość odbiornikoacutew ściekoacutew i ich zdolność do samooczyszczania się duże rzeki
sprzyjają kanalizacji ogoacutelnospławnej
Ilość i rodzaj ściekoacutew ndash zwłaszcza przemysłowych (podczyszczonych na terenie
zakładu) ndash czy mogą być odprowadzane przez przelewy najczęściej nie ndash sprzyja
kanalizacji rozdzielczej
Gęstość zabudowy terenu zwarta zabudowa sprzyja kanalizacji ogoacutelnospływowej
Możliwości finansowe w przypadku konieczności etapowania inwestycji ndash sprzyja
kanalizacji rozdzielczej
Czynniki przemawiające za wyborem kanalizacji ogoacutelnospławnej
Brak rozwiniętej sieci hydrograficznej do odprowadzania woacuted deszczowych
Odbiornik gwarantuje samooczyszczanie się ndash możliwe zrzuty ściekoacutew z przelewoacutew
Gęsta zabudowa - znaczne uszczelnienie terenu
Analiza ekonomiczna innego wariantu (kosztoacutew budowy i eksploatacji) systemu
wskazuje na większe koszty
Czynniki przemawiające za wyborem systemu rozdzielczego bądź poacutełrozdzielczego
Rozwinięta sieć hydrograficzna ndash kroacutetkie kanały deszczowe
Brak możliwości zrzutu z przelewoacutew ściekoacutew mieszanych ndash małe odbiorniki
Luźna zabudowa - mniejsze uszczelnienie terenu mniejszy odpływ woacuted deszczowych
Większa pewność poprawnego działania z punktu widzenia ochrony środowiska (w
poroacutewnaniu do systemu ogoacutelnospławnego)
Możliwość etapowania inwestycji - z braku środkoacutew finansowych (najczęściej
większe koszty budowy i eksploatacji w poroacutewnaniu do systemu ogoacutelnospławnego)
KANALIZACJA I
29
342 ETAPOWANIE BUDOWY KANALIZACJI
System rozdzielczy częściowy - w I etapie budowa kanalizacji ściekowej Sprzyjają
temu następujące czynniki
Dostarczanie wody z sieci wodociągowej co przyczynia się do większego jej zużycia
przez odbiorcoacutew i konieczność odprowadzania większego strumienia ściekoacutew bytowo-
gospodarczych w poroacutewnaniu do braku wodociągu
Niski poziom woacuted podziemnych grunt przepuszczalny i duże spadki powierzchni terenu
Luźna zabudowa małe uszczelnienie powierzchni terenu i duża infiltracja opadoacutew do woacuted
podziemnych
System rozdzielczy częściowy - w I etapie budowa kanalizacji deszczowej gdy
Mniejsze wskaźniki odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych (np brak wodociągu)
Wysoki poziom woacuted podziemnych grunt słabo przepuszczalny i małe spadki
powierzchni
Brak naturalnych odbiornikoacutew woacuted deszczowych
Etapowanie budowy kanalizacji stosuje się obecnie rzadko głoacutewnie na terenach
pozamiejskich (wiejskich) Etap II realizowany jest najczęściej po okresie 10divide20 lat
W Europie odchodzi się obecnie od idei pełnego odwodnienia terenoacutew
zurbanizowanych tj odprowadzania do kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej
wszystkich woacuted opadowych Prawidłowa gospodarka wodna w zlewniach rzek powinna
polegać na pozostawianiu na miejscu (w zlewni) jak największej objętości bdquoczystychrdquo woacuted
deszczowych aby zapobiec trwałemu obniżaniu się poziomoacutew woacuted podziemnych Przyczynia
się to też do lepszej ochrony przeciwpowodziowej miast - mniejsze maksymalne stany i
przepływy wody w rzekach [1 2 3]
4 KWANTYFIKACJA ZMIAN KLIMATU DO WYMIAROWANIA
ODWODNIEŃ TERENOacuteW
41 ZAGROŻENIA WYNIKAJĄCE ZE ZMIAN KLIMATU
W Polsce podobnie jak w innych krajach Europy i świata obserwowane są zmiany
klimatu przejawiające się głoacutewnie wzrostami
średniej rocznej temperatury powietrza
intensywności opadoacutew atmosferycznych
częstości występowania zdarzeń ekstremalnych (susze powodzie huragany trąby
powietrzne itp)
Wzrost średniej rocznej temperatury powietrza odnotowywany jest we wszystkich
regionach kraju Według raportu Międzyrządowego Zespołu ds Zmian Klimatu -
IPCC2007 tylko w okresie 1960-2005 (46 lat) nastąpił wzrost średniej rocznej temperatury
globu o 074 degC Przyrost temperatury wynioacutesł więc już około 016 degC na dekadę Natomiast
poziom moacuterz i oceanoacutew na przestrzeni lat 1901-2010 podnioacutesł się o 019 m - wg IPCC2014
Przyczyna ocieplania się klimatu ndash paradoksalnie największy przyrost temperatury
obserwuje się w zimie nie jest w pełni rozpoznana i budzi wciąż kontrowersje (tzw efekt
cieplarniany wywołany głoacutewnie emisją pary wodnej i CO2 do atmosfery) Bezsprzecznie
wzrost temperatury powietrza wywołuje istotne zmiany w cyrkulacji wody w cyklu
hydrologicznym (parowanie ndash kondensacja ndash opad) i nasilenie się występowania zwłaszcza w
ostatnich dziesięcioleciach ekstremalnych zjawisk pogodowych takich jak susze czy
powodzie Według prognoz opartych na globalnym modelu klimatu w bieżącym stuleciu
temperatura powietrza może się podnieść o dalsze 17 oC do nawet 44 oC a na każdy stopień
KANALIZACJA I
30
wzrostu temperatury przewiduje się globalnie wzrost intensywności opadoacutew o około 7
Natomiast poziom moacuterz i oceanoacutew może się podnieść nawet o 10 m co zagraża już zalaniem
znacznych powierzchni przybrzeżnych (IPCC2014)
Z powodu ocieplenia klimatu zmieni się istotnie struktura opadoacutew w Polsce w tym
roczna wysokość i częstość występowania ekstremalnych opadoacutew regionalnych Zmiany w
strukturze opadoacutew objawiają się min tym że kroacutetkie (pojedyncze) intensywne opady
deszczu będą ulegać przegrupowaniu w dłuższe nawet kilkudniowe okresy o sumie
wysokości znacznie wyższej niż dawniej Przykładowo we Wrocławiu na przestrzeni
ostatnich 5 pełnych dekad (1960-2009) odnotowano
spadkowy trend rocznej wysokości opadoacutew
wzrostowy trend odnośnie liczby dni deszczowych w roku
wzrostowy trend intensywności opadoacutew o czasach trwania od 5 minut do 3 dni -
średnio na poziomie 13 [2]
Wywoływane zmianami klimatu zagrożenia ludności i infrastruktury miast związane są
przede wszystkim z niedoborem bądź nadmiarem wody Ryzyko zaistnienia niekorzystnych w
skutkach zjawisk takich jak susza czy powoacutedź określa się zwykle jako kombinację
prawdopodobieństwa wystąpienia oraz miary ich negatywnych skutkoacutew - najczęściej jako
iloczyn miary zagrożenia i miary zawodności (straty gospodarcze i społeczne)
Przewidywanie zagrożeń związanych z niskimi oraz wysokimi stanami i przepływami woacuted w
warunkach zmieniającego się klimatu jest niezbędne dla racjonalnej gospodarki wodnej
miast Dotyczy to zwłaszcza podstaw projektowania budowy i eksploatacji ujęć wody
(powierzchniowej i podziemnej) czy też odwodnień - kanalizacji deszczowej czy
ogoacutelnospławnej na terenach zurbanizowanych
Obserwowanym efektem zmian klimatycznych i poza klimatycznych jest zjawisko
wzrostu temperatury powietrza w miastach w stosunku do terenoacutew otaczających ndash tzw
Miejska Wyspa Ciepła MWC jest wynikiem min uwalniania się ciepła w środowisku
miejskim z procesoacutew przemysłowych i komunalnych ktoacutere modyfikują lokalnie warunki
meteorologiczne Związany z niedoborem wody w miastach spadek wilgotności gleby
przejawia się przede wszystkim przesuszeniem zieleni miejskiej co ogranicza możliwości
terenoacutew biologicznie czynnych w łagodzeniu wpływu wysokiej temperatury (rys 41)
Rys 41 Prądy konwekcyjne i opady w rejonie miejskiej wyspy ciepła [wwwwikipediapl]
Zagrożenia wynikające z warunkoacutew termicznych w miastach (MWC) wzrastają na ogoacuteł
liniowo wraz ze wzrostem wielkości miast Przeciętnie intensywność oddziaływania MWC
charakteryzują lokalne przyrosty temperatury od wartości niewiele przekraczających 10 ordmC -
w małych miastach do około 25 ordmC - w dużych miastach Jednakże w dużych aglomeracjach
w przypadku wystąpienia upałoacutew ponad 35 oC roacuteżnica temperatury powietrza pomiędzy
miastem a terenami otwartymi może sięgać nawet 10 oC Skutkuje to już istotnym wzrostem
wskaźnika śmiertelności mieszkańcoacutew
Zagrożeniami w funkcjonowaniu sieci i obiektoacutew infrastruktury miast takich jak
systemy wodociągowe z ujęciami systemy kanalizacyjne z oczyszczalniami ściekoacutew czy
składowiska odpadoacutew związanymi z nadmiarem wody są głoacutewnie powodzie i podtopienia
Według prognoz opartych na pesymistycznym scenariuszu zmian klimatu (SRES A1B)
przykładowo woda stuletnia w państwach środkowej Europy będzie zdarzać się średnio
KANALIZACJA I
31
częściej niż raz na 50 lat [2] Powodzie zagrażają więc większości polskich miast -
położonych w dolinach rzecznych (powodzie rzeczne) i w strefie wybrzeża (powodzie
sztormowe) Natomiast lokalne podtopienia terenoacutew (powodzie miejskie) mogą wystąpić w
efekcie gwałtownych ulew bądź też długotrwałych intensywnych opadoacutew Sprzyja temu duże
zagęszczenie zabudowy miejskiej oraz uszczelnienie powierzchni terenu prowadzące do
zmniejszenia bądź znacznego ograniczenia infiltracji woacuted opadowych do gruntu
Zagrożenia i straty generowane powodziami miejskimi (ang Flash Flood Urban
Flood) objawiają się lokalnymi wylewami z kanałoacutew deszczowych czy ogoacutelnospławnych
(zalewanie ulic piwnic) wskutek min niedostatecznej przepustowości i retencji istniejących
sieci kanalizacyjnych - zwymiarowanych w przeszłości nieodpowiednimi obecnie metodami
Konieczna staje się więc modernizacja infrastruktury wodno-kanalizacyjnej na terenie kraju
(zwiększenie przepustowości sieci budowa zbiornikoacutew retencyjno-infiltracyjnych itp)
42 ROGNOZOWANE ZMIANY STRUKTURY OPADOacuteW W PRZYSZŁOŚCI
421 TRENDY ZMIAN ROCZNYCH WYSOKOŚCI OPADOacuteW
Przykłady badań i prognoz
bull W Niemczech w XX wieku odnotowano ogoacutelnie wzrost rocznych wysokości opadoacutew na
poziomie około 10 Jednak w środkowej i wschodniej części Niemiec wykazano
zaroacutewno istotne statystycznie trendy rosnące (np Jena) jak i malejące (np Goumlrlitz) - wg Haumlnsel S Petzold S Matschullat J Precipitation Trend Analysis for Central Eastern Germany 1851ndash
2006 Bioclimatology and Natural Hazards 2009 vol 14
bull W Polsce analizowano trendy zmian rocznych wysokości opadoacutew (na 28 stacjach
IMGW) dla danych z lat 1951ndash2009 wykazano istotny statystycznie trend rosnący np
dla Rzeszowa ale też istotny trend malejący opadoacutew np na Śnieżce Ogoacutelnie przewaga
trendoacutew malejących - wg Pińskwar I Projekcje zmian w ekstremach opadowych w Polsce Monografia KGW PAN 2010
bull Badania szeregoacutew czasowych opadoacutew w dorzeczu Goacuternej Odry (na 4 stacjach IMGW
Kłodzko Legnica Opole i Wrocław) dla danych z okresu 60 lat (1954-2013) wykazały
zmniejszanie się rocznej i sezonowej wysokości opadoacutew - wg Kaźmierczak B Kotowski A Wdowikowski M Analiza tendencji rocznych i sezonowych zmian
wysokości opadoacutew atmosferycznych w zlewni Goacuternej Odry Ochrona Środowiska 2014 vol 36 nr 3
Zagrożenia wynikające z niedoboru wody
Zasoby wodne Polski należą do najuboższych w Europie Ich wielkość w przeliczeniu
na rok i mieszkańca jest trzykrotnie mniejsza od średniej europejskiej 4560 m3 w Europie w
Polsce ndash tylko 1580 m3 Wg danych GUS znakomita większość ujmowanej wody - około
85 pochodzi z zasoboacutew woacuted powierzchniowych a 15 z zasoboacutew woacuted podziemnych W
przyszłości zwiększać się będzie ryzyko zagrożenia tzw suszami hydrologicznymi
pogłębiającymi w wieloleciu niedobory wody w miastach (niskie stany i przepływy)
422 TRENDY ZMIAN CZĘSTOŚCI WYSTĘPOWANIA
INTENSYWNYCH OPADOacuteW
Przykład badań i prognoz
We Wrocławiu na przestrzeni 50 lat (1960-2009) stwierdzono trend wzrostowy
częstości występowania intensywnych opadoacutew odpowiednio dla
C ge 1 rok o 8 - na poziomie istotności 69
C ge 2 lata o 13 - na poziomie istotności 75
C ge 5 lat o 43 - na poziomie istotności 98
C ge 10 lat o 68 - na poziomie istotności 99
KANALIZACJA I
32
C ge 1 rok C ge 2 lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
C ge 5 lat C ge 10 lat
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
m
lata
1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
h m
mlata
Rys 12 Trendy zmian przedziałowych wysokości opadoacutew maksymalnych dla częstości
występowania C ge 1 C ge 2 C ge 5 oraz C ge 10 lat we Wrocławiu w okresie 1960-2009
- wg Kaźmierczak B Kotowski A The influence of precipitation intensity growth on the urban drainage
systems designing Theoretical and Applied Climatology 2014 vol 118 nr 1
W perspektywie 2050 r we Wrocławiu przewiduje się wzrost wysokości opadoacutew
kroacutetkotrwałych i spadek wysokości opadoacutew o dłuższych czasach trwania
- wg Kaźmierczak B Prognozy zmian maksymalnych wysokości opadoacutew deszczowych we Wrocławiu Oficyna
Wydaw Politechniki Wrocławskiej Wrocław 2019
Zagrożenia wynikające z nadmiaru wody
Według prognoz opartych na pesymistycznym scenariuszu zmian klimatu (IPCC2007
- SRES A1B) przykładowo bdquowoda 100-letniardquo w państwach środkowej Europy będzie
zdarzać się średnio częściej niż raz na 50 lat - wg Kundzewicz Z W Zmiany ryzyka powodziowego w Europie Sympozjum Paryż - Orlean 28-3003 2012
Powodzie zagrażają więc większości polskich miast położonych w dolinach rzecznych -
powodzie rzeczne i w strefie wybrzeża - powodzie sztormowe (cofkowe) - wg VI Raport Rządowy RP dla Konferencji Stron Ramowej Konwencji NZ w sprawie zmian klimatu
Warszawa 2013
Lokalne podtopienia terenoacutew - powodzie miejskie mogą wystąpić wszędzie najczęściej
w efekcie gwałtownych ulew bądź też długotrwałych intensywnych opadoacutew czy roztopoacutew
Zagrożenia i straty (gospodarcze i społeczne) generowane powodziami miejskimi objawiają
się lokalnymi wylewami z kanałoacutew deszczowych czy ogoacutelnospławnych (zalewanie ulic
posesji piwnic) wskutek niedostatecznej przepustowości i retencji istniejących sieci
kanalizacyjnych - zwymiarowanych w przeszłości nieodpowiednimi obecnie metodami
Niezawodność działania systemoacutew kanalizacji deszczowej czy ogoacutelnospławnej nie jest
w pełni możliwa do osiągnięcia ze względu na losowy charakter opadoacutew Dążyć należy zatem
do bezpiecznego ich wymiarowania tj gwarantującego osiągnięcie wspoacutełcześnie
wymaganego standardu odwodnienia terenoacutew ktoacutery definiuje się jako przystosowanie
systemu do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych) strumieni woacuted opadowych z
częstością roacutewną dopuszczalnej (akceptowalnej społecznie) częstości wystąpienia wylania na
powierzchnię terenu (tab 11) ndash także w przyszłości
KANALIZACJA I
33
Tab 11 Zalecane częstości projektowe deszczu obliczeniowego wg PN-EN 75220082017
i dopuszczalne częstości wystąpienia wylania wg PN-EN 7522008 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Rodzaj zagospodarowania terenu
- standard odwodnienia terenu
Częstość wystąpienia
wylania
[1 raz na C lat]
1 na 1 I Tereny pozamiejskie 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
Biorąc pod uwagę obecną wiedzę na temat trendoacutew zmian klimatu do 2100 roku
dostosowanie typowych opadoacutew projektowych do wymiarowania i modelowania odwodnień
terenoacutew (tab 11 divide 13) można dokonać poprzez korektę ich intensywności - krzywych IDF o
obecnych częstościach występowania lub zmieniając częstości występowania wspoacutełczesnych
opadoacutew projektowych Oznacza to że dzisiejsze intensywności opadoacutew należy zwiększyć o
około 20 dla C = 1 rok do około 50 dla C = 10 lat lub też częstości występowania
obecnych opadoacutew należy zredukować około 2 razy Na tej podstawie opracowano wytyczne
do identyfikacji przyszłych przeciążeń hydraulicznych w systemach kanalizacyjnych Flandrii
w Belgii [2]
W Niemczech zalecono korektę częstości opadoacutew projektowych przyjmowanych
obecnie do weryfikacji nadpiętrzeń i wylewoacutew - wg standardoacutew DWA-A1182006 i EN
7522008 Przykładowo dla terenoacutew mieszkaniowych zaproponowano scenariusz opadoacutew C
= 5 lat zamiast C = 3 lata (wg tab 13) - do weryfikacji występowania przyszłych nadpiętrzeń
oraz scenariusz opadoacutew ekstremalnych o C = 100 lat - dla zapewnienia wymaganej obecnie
dopuszczalnej częstości wylewoacutew raz na 20 lat (wg tab 11) Na tej podstawie Krajowy
Urząd ds Środowiska w Bawarii wydał w 2009 roku zalecenie odnośnie częstości opadoacutew do
identyfikacji przyszłych przeciążeń kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej w Poacutełnocnej
Nadrenii-Westfalii co przedstawiono w tabeli 44
Tab 44 Zmiany do zaleceń DWA-A1182006 i EN 752 odnośnie scenariuszy opadoacutew do
identyfikacji przeciążeń systemoacutew kanalizacyjnych w przyszłości dla Poacutełnocnej Nadrenii-Westfalii
wg Merkblatt Nr 4332009
Rodzaj zagospodarowania terenu
Częstości opadoacutew do symulacji
- nadpiętrzeń - wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Tereny wiejskie 3 zamiast 2 50 zamiast 10
Tereny mieszkaniowe 5 zamiast 3 100 zamiast 20
Centra miast tereny usług i przemysłu 10 zamiast 5 100 zamiast 30
43 DZIAŁANIA PREWENCYJNE I ZARADCZE
431 Identyfikacja potencjalnych przeciążeń systemoacutew kanalizacyjnych w przyszłości
Z powodu globalnych regionalnych i lokalnych zmian klimatycznych w przyszłości
wystąpi jeszcze więcej ekstremalnych zjawisk opadowych ktoacutere będą powodować lokalne
szkody na terenach zurbanizowanych Odpowiednie działania prewencyjne i zaradcze w celu
zminimalizowania negatywnych skutkoacutew takich zdarzeń w przyszłości są już dziś pilnie
potrzebne bowiem budowane obecnie systemy odwodnień terenoacutew powinny sprawdzać się w
działaniu w horyzoncie czasowym 2100 roku Tak więc wymiarując dzisiejsze systemy
kanalizacyjne powinniśmy uwzględniać prognozowane scenariusze opadoacutew w przyszłości
Pierwszym etapem do identyfikacji przeciążeń kanałoacutew i obiektoacutew w przyszłości
powinna być symulacja działania istniejącego bądź nowoprojektowanego systemu
KANALIZACJA I
34
odwodnienia odnośnie nadpiętrzeń Parametrami kryterialnymi do wykazania konieczności
dostosowania danego systemu odwodnienia do zmian klimatycznych mogą być objętość
właściwa wylewoacutew (OWW) stopień zatopienia studzienek (SZS) i stopień wykorzystania
kanałoacutew (SWK) Wskaźnik OWW (w m3ha) wynika z obliczonej objętości wylewoacutew z
kanałoacutew (V w m3) względem uszczelnionejzredukowanej powierzchni Fzr zlewni (w ha)
zrF
VOWW (46)
Wskaźnik SZS ujmuje stosunek liczby zalanych do powierzchni terenu studzienek (Nz)
do ogoacutelnej liczby studzienek (N) danego systemu lub powiązanych wzajemnie jego części
N
NSZS
z (47)
Wskaźnik SWK pozwala na ocenę średniego ważonego stopnia wykorzystania
przepustowości hydraulicznej całej sieci danego systemu odwadniającego lub jego części
i
n
iproj
i
i
l
Q
Ql
SWK1
max
(48)
gdzie
Qmaxi - maksymalna obliczona wartość strumienia odpływu i-tego odcinka kanału m3s
Qproji - maksymalna projektowa wartość strumienia odpływu i-tego odcinka m3s
li - długość i-tego odcinka sieci kanalizacyjnej złożonej z n odcinkoacutew m
Wartości graniczne wskaźnikoacutew OWW SZS i SWK powinny być ustalane indywidualnie
dla danego systemu Przykład z [2] podano w tab 49
Tab 49 Parametry do oceny konieczności adaptacji kanalizacji do zmian klimatu Skala wartości wskaźnikoacutew
SWK [-]
00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 2 gt2
SZS [-]
0 005 01 015 02 025 03 035 04 045 05 gt05
OWW [m3ha]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 gt20
Potrzeba
dostosowania brak średnia duża
W przypadku gdy zidentyfikowane zostaną lokalne przeciążenia systemu (wg
scenariuszy z tab 44) konieczne są dalsze analizy ryzyka podatności Można tego dokonać
na podstawie ocen GIS ilub in-situ a w przypadku stwierdzenia rozległych przeciążeń
niezbędna staje się dodatkowa symulacja działania systemu w połączeniu z cyfrowym
modelem terenu Zalecane jest to zwłaszcza w przypadku gdy co najmniej dwa kryterialne
parametry oceny (OWW i SZS lub SWK) wskazują na wysoką potrzebę adaptacji (tab 49)
Szczegoacutełowa analiza wynikoacutew symulacji pozwala na wytyczenie granic terenoacutew zalewowych
a także na specyfikację głębokości wody szybkości strumienia i objętości spływu wody
Dalsze kroki planowania powinny polegać na wskazaniu potencjalnych rezerwuaroacutew
(np zagłębień terenowych) do retencjonowania lub ewentualnie kierowania fali spływu
powierzchniowego na tereny słabiej zagospodarowane (nieużytki ogrody działkowe boiska
sportowe) z ewentualnym zaleceniem podwyższenia krawężnikoacutew lub też budowy wałoacutew
przeciw powodziowych (trwałych bądź zastawkowych)
432 Zasady miejscowego zagospodarowania woacuted opadowych
Zagrożenia dla systemoacutew kanalizacyjnych wynikające ze zmian klimatu wywoływane
są zaroacutewno omoacutewionymi już czynnikami klimatycznymi (wzrost temperatury powietrza i
KANALIZACJA I
35
zmiany w strukturze opadoacutew) jak i poza klimatycznymi związanymi min ze zmianami
sposobu zagospodarowania czy użytkowania terenu Na zmiany klimatu nakłada się więc
wpływ szeregu procesoacutew urbanizacyjnych w tym intensywna działalność gospodarcza i
zajmowanie nowych obszaroacutew szczegoacutelnie wrażliwych na skutki zmian klimatu (np obszary
zalewowe) Wzrasta też na ogoacuteł udział powierzchni nieprzepuszczalnych na terenach już
zabudowanych
Naturalny obieg wody w przyrodzie charakteryzuje się roacutewnowagą pomiędzy
zjawiskami opadoacutew atmosferycznych a procesami spływu powierzchniowego infiltracji do
gruntu (i do woacuted podziemnych) oraz parowania do atmosfery Dynamiczna urbanizacja
terenoacutew miejskich przyczynia się do zwiększenia powierzchni uszczelnionych na obszarach
do niedawna słabo zagospodarowanych lub pokrytych roślinnością Skutkuje to zmianami
intensywności spływu powierzchniowego woacuted opadowych Wielkość infiltracji woacuted
opadowych do gruntu w warunkach naturalnych szacowana jest zwykle na poziomie
80divide100 przy spływie powierzchniowym wynoszącym 20divide0 Rozwoacutej miast i związany z
tym proces uszczelniania powierzchni burzy te proporcje W zależności od stopnia
urbanizacji spływ powierzchniowy może sięgać nawet powyżej 80 a naturalna infiltracja
woacuted opadowych może zostać ograniczona do poziomu poniżej 20 (rys 47)
Rys 47 Spływ powierzchniowy i podziemny woacuted opadowych w zależności
od stopnia urbanizacji terenu [httplincolnnegov]
Zgodnie z zasadą zroacutewnoważonego rozwoju prawidłowa gospodarka wodna na
terenach zurbanizowanych powinna polegać na zagospodarowaniu jak największej objętości
bdquoczystychrdquo woacuted opadowych tak aby
zmniejszyć i opoacuteźnić spływ powierzchniowy woacuted do odbiornikoacutew oraz
zapobiec obniżaniu się poziomoacutew woacuted podziemnych w miastach
Wykorzystuje się w tym celu procesy retencji infiltracji i ewapotranspiracji w
takich obiektach jak zbiorniki retencyjno-infiltracyjne naturalne niecki terenowe czy
lansowane ostatnio tzw zielone dachy [2] Unikać przy tym należy generalnie nadmiernego
uszczelniania powierzchni terenu (stosować np utwardzanie ażurowe) Przyczyni się to w
bezpośredni bądź pośredni sposoacuteb do ochrony terenoacutew zurbanizowanych przed powodziami
miejskimi ndash wylewami z kanałoacutew
Wodyścieki opadowe (deszczowe i roztopowe) pochodzące z zanieczyszczonych
uszczelnionych powierzchni terenoacutew zurbanizowanych przed wprowadzeniem ich do gruntu
powinny być podczyszczane Wynika to z Rozporządzeń Ministra Środowiska (RMŚ) z 2006
i 2014 roku Nie dotyczy to woacuted opadowych pochodzących z niezanieczyszczonych
szczelnych powierzchni (np z dachoacutew budynkoacutew na terenach mieszkaniowych)
KANALIZACJA I
36
Infiltracja z retencją powierzchniową stosowana jest na terenach zielonych Najczęściej
wykorzystuje się do tego celu naturalne zagłębienia terenu jako tzw niecki rozsączające w
ktoacuterych napełnienie wodą nie przekracza zwykle 03 m Zbiorniki rozsączające to zazwyczaj
wyprofilowane zagłębienia terenu w ktoacuterych napełnienie wodą nie przekracza 10 m
Poprawę zdolności chłonnych zbiornikoacutew oraz efektoacutew samooczyszczania woacuted opadowych
można uzyskać poprzez obsianie dna i skarp odpowiednio dobranymi mieszankami traw i
innej roślinności
Infiltracja z retencją podziemną - rozsączanie podziemne woacuted opadowych może się
odbywać poprzez skrzynki czy komory rozsączające oraz studnie czy drenaże chłonne [2] a) b) c)
Rys 48 Schematy przykładowych urządzeń do rozsączania podziemnego woacuted deszczowych
a) skrzynki rozsączające b) komora rozsączająca c) studnia chłonna
Skrzynki rozsączające umieszcza się zwykle w odpowiednio głębokich wykopach w
ktoacuterych wykonuje się warstwę drenażową - o dużej wartości wspoacutełczynnika filtracji Komory
rozsączające charakteryzują się na ogoacuteł bardziej wytrzymałą konstrukcją nośną w stosunku
do skrzynek rozsączających Są najczęściej stosowane do odwadniania dużych powierzchni
Studnie i drenaże chłonne znajdują zastosowanie przy braku naturalnych odbiornikoacutew i przy
ograniczonych możliwościach zastosowania urządzeń o większej powierzchni infiltracji
5 METODY BILANSOWANIA STRUMIENI ŚCIEKOacuteW
51 ŚCIEKI BYTOWO-GOSPODARCZE I PRZEMYSŁOWE
Grawitacyjne kanały ściekowe (tj bytowo-gospodarcze i przemysłowe) wymiaruje się
na maksymalny godzinowy strumień objętości ściekoacutew bytowo-gospodarczych i
przemysłowych (w dobie maksymalnej) z uwzględnieniem strumienia woacuted przypadkowych
tj infiltracyjnych i deszczowych (w okresie mokrej pogody) Miarodajny do wymiarowania
strumień objętości ściekoacutew Qm śc (w dm3s) obliczać należy z wzoru [2]
Qm śc = Qbg + Qp + Qinf + Qwd (513)
lub ogoacutelnie
Qm śc = Qbg + Qp + Qprzyp (513a)
gdzie
Qbg - strumień ściekoacutew bytowo-gospodarczych dm3s
Qp - strumień ściekoacutew przemysłowych dm3s
Qinf - strumień woacuted infiltracyjnych (przypadkowy) dm3s
Qwd - strumień woacuted deszczowych (przypadkowy) dm3s
Qprzyp - łączny strumień woacuted przypadkowych (Qinf + Qwd) dm3s
Kanały ściekowe należy więc dobierać na miarodajną wartość strumienia ściekoacutew i woacuted
przypadkowych Qm śc (z wzoroacutew (513) lub (513a)) z pozostawieniem rezerwy na
przyszłościowy rozwoacutej tj na potencjalny wzrost wartości strumienia ściekoacutew w przyszłości
(w perspektywie większej niż 50 lat)
KANALIZACJA I
37
Bilans odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych opracowuje się wg
podobnych zasad jak bilans zapotrzebowania na wodę - do wymiarowania wodociągoacutew
Obecnie odstępuje się od sporządzania szczegoacutełowych bilansoacutew wodnych zwłaszcza na
perspektywę ge 50 lat na rzecz bilansoacutew opartych na wskaźnikach jednostkowych bądź
scalonych
W metodach bilansowania odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
wykorzystuje się wskaźniki zużycia wodyodpływu ściekoacutew
jednostkowe średnio-dobowe (w dm3d) - w przeliczeniu na mieszkańca (Mk)
scalone maksymalne-godzinowe (w dm3s) - w przeliczeniu na mieszkańca (Mk)
ilub na powierzchnię jednostkową danej zlewni (w ha)
Strumień objętości odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych (Qbg) i przemysłowych
(Qp) można więc zbilansować dwoma metodami
A metodą wskaźnikoacutew średnich dobowych (MWŚD) bądź
B metodą wskaźnikoacutew maksymalnych godzinowych (MWMG)
Ad A Bilans ściekoacutew Qbg i Qp wg metody wskaźnikoacutew średnich dobowych (MWŚD)
Średnie dobowe w roku (Qdśr) zużycie wodyodpływ ściekoacutew (w m3d) wynosi
idisrd QQ
365
1365
1
(51)
Rys 51 Nieroacutewnomierność poboru wody bądź odpływu ściekoacutew w roku (0274=100365 d)
Wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności dobowej (Nd) i maksymalny dobowy odpływ
ściekoacutew (Qdmax) wynosi
ddsrd
dsr
dd NQQ
Q
QN max
max (52)
Wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności godzinowej (Nh) i maksymalny godzinowy odpływ
ściekoacutew (Qhmax) w dobie o Qdmax wynosi
hhsrh
d
h
hsr
hh NQQ
Q
Q
Q
QN max
max
maxmax 24 (53)
Rys 52 Nieroacutewnomierność odpływu ściekoacutew w dobie (4167=10024 h)
Stąd maksymalny godzinowy strumień objętości ściekoacutew (w dm3s) wyniesie
86400max srdhdh QNNQ (54)
KANALIZACJA I
38
UWAGA Wielkość zużycia wody w danej jednostce osadniczej określić można
najdokładniej na podstawie zarejestrowanego poboru wody (z wodomierzy) Odpływ
ściekoacutew bytowo-gospodarczych czy przemysłowych jest mniejszy od 100 rejestrowanego
poboru wody i ma mniejszą nieroacutewnomierność godzinową (retencja sieci) w stosunku do
poboru wody w tym przesuniętą w czasie (rys 53)
Rys 53 Nieroacutewnomierność poboru wody i odpływu ściekoacutew w dobie
Najpierw bilansuje się średnie dobowe (w m3d) zapotrzebowanie na wodę w
poszczegoacutelnych elementach zagospodarowania przestrzennego (Lp od 1 do 4 w tab 51a)
posługując się liczbą mieszkańcoacutew (LMk) miastaosiedlastrefy i wskaźnikiem jednostkowego
średniego dobowego zapotrzebowania na wodę (qj)
Qd śr = 0001
4
1i
q j middot LMk (55)
gdzie
qj - wskaźnik jednostkowego dobowego zużycia wody na mieszkańca w dm3d (tab 51a)
LMk - liczba mieszkańcoacutew miastaosiedlastrefy Mk
Tab 51a Wskaźniki jednostkowego zapotrzebowania na wodę w miastach [1 2]
Lp
Elementy zagospodarowania
przestrzennego
terenu zurbanizowanego
Jedno-
stka
Wskaźnik
zużycia wody
qj dm3d
Wspoacutełczynnik
nieroacutewnomierności
dobowej Nd
1
Mieszkalnictwo
wielo- i jednorodzinne I
wg klasy wyposażenia II
instalacyjnego mieszkań III
Mk
Mk
Mk
140 divide 160
80 divide 100
70 divide 90
15 divide 13
15 divide 13
20 divide 15
2 Usługi ogoacutelnomiejskie Mk 60 13
3 Komunikacja zbiorowa Mk 4 12
4 Tereny przemysłowo-składowe Mk 70 115
I klasa - pełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z dostawą ciepłej wody użytkowej z zewnątrz
II klasa - pełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z lokalnym źroacutedłem ciepłej wody użytkowej
III klasa - niepełne wyposażenie instalacyjne mieszkań z lokalnym źroacutedłem ciepłej wody użytkowej
UWAGA Podane w tabeli 51a informacje dotyczące wskaźnikoacutew zapotrzebowania na wodę dla
bdquomieszkalnictwardquo (wg RMI z 2002 roku) w odniesieniu do I klasy wyposażenia instalacyjnego
mieszkań (tj z dostawą ciepłej wody użytkowej z zewnątrz ndash np z miejskiej ciepłowni) są obecnie
zawyżone 140divide160 dm3d na Mk w stosunku do wskaźnika dla II klasy (tj mieszkań z lokalnym
źroacutedłem ciepłej wody użytkowej) 80divide100 dm3d na Mk Według najnowszych badań [2]
należałoby na perspektywę dla I klasy przyjmować wskaźnik jednostkowy w granicach 100divide160
dm3d na Mk (niższe wartości dla małych miast)
Następnie oblicza się maksymalny dobowy strumień odpływu ściekoacutew (w m3d) z
wykorzystaniem wzoroacutew [2]
Qdmax śc = Σ (Qd śr middot Nd middot η) (56)
lub
Qdmax śc = 0001 Σ (qj middot LMk middot Nd middot η) (57)
KANALIZACJA I
39
gdzie
Nd ndash wspoacutełczynnik nieroacutewnomierności dobowej (wg tab 51a) -
η ndash wspoacutełczynnik (zmniejszający) określający strumień odpływu ściekoacutew -
Dobowy odpływ ściekoacutew jest mniejszy od poboru wody wodociągowej o wartość
mnożnika [1 2]
η = 095 - dla mieszkalnictwa (wielo- i jednorodzinnego)
η = 095 - dla usług ogoacutelnomiejskich
η = 10 - dla komunikacji zbiorowej
η = 085 - dla terenoacutew przemysłowo-składowych
Przyjmując za podstawę obliczony z wzoroacutew (56) lub (57) maksymalny dobowy
strumień ściekoacutew w poszczegoacutelnych elementach zagospodarowania przestrzennego (Lp 1 divide 4
ndash wg tab 51a) jako Qdmax śc = 100 sporządza się histogramy odpływoacutew godzinowych
ściekoacutew (w m3h) wykorzystując do tego (z braku odpowiednich badań) istniejące modele
symulacyjne zapotrzebowania na wodę tj procentowe rozbiory w poszczegoacutelnych godzinach
(w dobie maksymalnej) podane w tabeli 52a Zwykle decydujący o wielkości odpływu
ściekoacutew jest udział mieszkalnictwa ndash najczęściej 60divide80 Qd max śc
Tab 52a Modele symulacyjne rozkładoacutew godzinowych zapotrzebowania
na wodęodpływu ściekoacutew w dobie maksymalnej [1 2]
Godziny
od - do
Elementy zagospodarowania przestrzennego
Mieszkalnictwo Usługi
ogoacutelno-
miejskie
Komunika-
cja zbiorowa
Tereny
przemy-
słowe wieloro-
dzinne
jedno-
rodzinne
0 ndash 1 125 135 100 - 050
1 ndash 2 085 065 100 1650 050
2 ndash 3 085 065 100 1650 050
3 ndash 4 085 065 100 1650 050
4 ndash 5 210 085 100 1650 050
5 ndash 6 250 (300) 300 100 - 050
6 ndash 7 545 (625) 515 100 - 875
7 ndash 8 625 (545) 475 200 - 875
8 ndash 9 495 (445) 445 300 - 875
9 ndash 10 440 420 700 850 875
10 ndash 11 420 340 1000 850 875
11 ndash 12 405 340 1200 850 875
12 ndash 13 390 340 1200 850 875
13 ndash 14 430 400 1200 - 875
14 ndash 15 440 420 1000 - 325
15 ndash 16 475 380 700 - 325
16 ndash 17 565 435 300 - 325
17 ndash 18 530 500 300 - 325
18 ndash 19 565 685 300 - 325
19 ndash 20 630 915 300 - 325
20 ndash 21 660 900 200 - 325
21 ndash 22 680 745 200 - 325
22 ndash 23 545 550 100 - 050
23 ndash 24 320 480 100 - 050
Suma 100 100 100 100 100
- przy założonej zmianowości pracy I zmiana - 70 II zmiana - 26 III zmiana - 4
( ) - w nawiasach podano wartości dla miast o przewadze funkcji przemysłowych
Zsumowanie odpływoacutew ściekoacutew w poszczegoacutelnych godzinach z wszystkich elementoacutew
zagospodarowania (tab 52a) prowadzi do określenia największej wartości godzinowego
odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych (w m3h) - najczęściej
występującej w godzinach rannych 600 divide 800 lub wieczornych - 1900 divide 2200
Qhmax śc = Qbg + Qp
- ktoacutera jest następnie przeliczana na dm3s (dzieląc przez 36) i podstawiana do roacutewnań
bilansowych ściekoacutew Qm śc - do wzoroacutew (513) i (513a))
KANALIZACJA I
40
Ad B Bilans Qbg i Qp wg metody wskaźnikoacutew maksymalnych godzinowych (MWMG)
W Niemczech średnie dobowe zużycie wody przez mieszkańca łącznie z usługami
kształtuje się na poziomie od 80 do 200 dm3d W Polsce odpowiednio od 90 dm3d do 220
dm3d Wartości przeciętne są na podobnym poziomie ok 130 dm3(dmiddotMk) Z braku
aktualnych danych o wskaźnikach nieroacutewnomierności dobowej (Nd) i godzinowej (Nh)
odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych w Polsce można posługiwać się wytycznymi
niemieckimi wg DWA-A118 z 2006 r [1 2 3] ktoacutere na perspektywę 50 lat przewidują
wskaźnik scalony
qbg = 0004divide0005 dm3s - na 1 mieszkańca
- jako maksymalny godzinowy odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych z mieszkalnictwa
wraz z usługami ogoacutelnomiejskimi Stąd strumień ściekoacutew Qbg (w dm3s) można oszacować z
wzoroacutew [2]
Qbg = qbg middot Z middot Fbg (58)
lub
Qbg = qbg middot LMk (58a)
gdzie
qbg - wskaźnik maksymalnego odpływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych dm3(s∙Mk)
Z - gęstość zaludnienia miast Mkha
Fbg - powierzchnia zlewni miejskiej ściekoacutew bytowo-gospodarczych ha
LMk - liczba mieszkańcoacutew miastaosiedlastrefy Mk
Zaludnienie na terenach zurbanizowanych (Z) kształtuje się zwykle na poziomie od 20
Mkha do 300 Mkha
Odnośnie ściekoacutew przemysłowych ndash na wydzielonych powierzchniach miasta (Fp w
ha) można posługiwać się wskaźnikami scalonymi maksymalnego godzinowego odpływu
ściekoacutew przemysłowych wg DWA-A118 skąd strumień Qp (w dm3s) oszacować można z
ogoacutelnego wzoru [2]
ppp FqQ (59)
gdzie
qp(n) = 02divide05 dm3(s∙ha) - wskaźnik odpływu ściekoacutew z przemysłu niewodochłonnego
qp(w) = 05divide10 dm3(s∙ha) - wskaźnik odpływu ściekoacutew z przemysłu wodochłonnego
Fp ndash powierzchnia zlewni ściekoacutew przemysłowych (powierzchnia wydzielonych terenoacutew
przemysłowych) ha
UWAGA 1 Wartość strumienia jednostkowego qp zależny od branży i technologii produkcji
ale też od czasu pracy - zmianowości itp W Polsce dotychczasowe wytyczne (z lat 60-tych
XX wieku) przewidywały qp(n) = 03divide12 dm3(s∙ha) oraz qp(w) = 12divide58 dm3(s∙ha) co jest
obecnie wysoce nie racjonalne ()
Rys 54 Wpływ zmianowości pracy w przemyśle na nieroacutewnomierność godzinową odpływu ściekoacutew
KANALIZACJA I
41
UWAGA 2 Przemysł min ze względu na zmianowość pracy może mieć istotny wpływ na
nieroacutewnomierność godzinową odpływu ściekoacutew Przykład na rysunku 54
UWAGA 3 Odpływ ściekoacutew z terenoacutew przemysłowych może być większy od
rejestrowanego poboru wody wodociągowej Zakłady przemysłowe posiadają często własne
ujęcia wody woacutewczas wartość strumienia (Qp) i nieroacutewnomierność odpływu ściekoacutew
przemysłowych należy ustalać na podstawie ankiet ilub pomiaroacutew
52 BILANS WOacuteD PRZYPADKOWYCH
Szczegoacutełowe ustalenie strumieni ściekoacutew - miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew
powinno uwzględniać dodatkowo dopływ woacuted przypadkowych tj głoacutewnie infiltracyjnych i
opadowych Qprzyp = Qinf + Qwd (w dm3s) Głoacutewnie wskutek starzenia się materiałoacutew ndash
kanałoacutew dochodzi do ich uszkodzeń i rozszczelnień co powoduje
infiltrację woacuted podziemnych do wnętrza kanałoacutew bądź też
eksfiltrację ściekoacutew do gruntu i skażenie woacuted podziemnych
Wg nieaktualnych polskich wytycznych technicznych z 1965 roku w przypadku gdy
dno kanału zagłębione jest pod zwierciadłem wody podziemnej o H le 4 m (wg rys 55)
jednostkową wartość infiltracji (qinf ) należało przyjmować
dla sieci osiedlowej qinf = 10 m3(d∙km) lub odpowiednio 05 divide 20 m3(d∙ha)
dla sieci miejskiej
qinf = 10 m3(d∙km) lub 05divide20 m3(d∙ha) - kanały murowane i tworzywowe
qinf = 30 m3(d∙km) lub 15divide60 m3(d∙ha) - kanały kamionkowe
qinf = 40 m3(d∙km) lub 20divide80 m3(d∙ha) - kanały betonowe
Rys 55 Zagłębienie kanału względem zwierciadła wody podziemne
Przy zagłębieniu kanałoacutew H gt 4 m należało zwiększyć qinf o 20 co 1 m - powyżej 4
m Dla przykładu dla H = 6 m i kanału miejskiego z kamionki qinf = 14 middot 30 = 42 m3(d∙km)
UWAGA Obecnie wykonuje się proacuteby szczelności nowych kanałoacutew - przy odbiorze
technicznym - mniejsza będzie infiltracja w przyszłości
Obok woacuted infiltracyjnych wody przypadkowe stanowią wody deszczowe dopływające
do kanałoacutew ściekowych (podczas pogody deszczowej) przez
otwory wentylacyjne we włazach studzienek kanalizacyjnych
błędne podłączenia np rynien dachowych wpustoacutew podwoacuterzowych itp
Tabela 53 Możliwe składowe woacuted przypadkowych w zależności od rodzaju kanałoacutew [ATV A-118]
Kanał ogoacutelnospławny Kanał deszczowy Kanał ściekowy - infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- infiltrujące wody podziemne
(nieszczelności)
- dopływające wody drenażowe i
źroacutedlane
- dopływające wody drenażowe
źroacutedlane oraz powierzchniowe (ze
strumieni potokoacutew itp)
- dopływające wody drenażowe i
źroacutedlane
- dopływające ścieki (bdquosanitarnerdquo)
poprzez błędne podłączenia
- dopływające wody deszczowe
poprzez włazy studzienek i błędne
podłączenia
KANALIZACJA I
42
Strumień dopływu woacuted przypadkowych zależy od charakterystyki miastaosiedla tj
rodzaju materiału kanałoacutew jakości wykonania i wieku kanałoacutew oraz zagłębienia pod
zwierciadłem wody podziemnej spadkoacutew powierzchni terenu rodzaju nawierzchni droacuteg itp
Można go oszacować przez pomiar strumienia przepływu ściekoacutew bytowo-gospodarczych i
przemysłowych w godzinach nocnych - przy odciętym dopływie wody wodociągowej
podczas pogody deszczowej i bezdeszczowej
Na podstawie wytycznych niemieckich DWA-A 1182006 zaleca się przyjmowanie
następujących wartości wskaźnikoacutew jednostkowych woacuted przypadkowych [1 2 3]
qinf [005 015] dm3(s∙ha) - dla infiltracji (wg polskich wytycznych np dla H le 40
m wskaźnik ten wynosiłby qinf = 0006divide010 dm3(s∙ha))
qwd [02 07] dm3(s∙ha) - dla dopływu woacuted deszczowych (nie uwzględniany w
bilansach ściekoacutew wg dotychczasowych polskich wytycznych )
czyli łącznie
qprzyp [025 085] dm3(s∙ha) - do bilansu ściekoacutew wg wzoru (513a)
Strumień woacuted przypadkowych Qprzyp = Qinf + Qwd (w dm3s) można określać oddzielnie ndash
dla powierzchni cząstkowych zlewni ściekoacutew bytowo-gospodarczych (Fbg w ha) oraz zlewni
ściekoacutew przemysłowych (Fp w ha) korzystając z wzoroacutew [1 2]
Qprzyp b-g = Qinf + Qwd = (qinf + qwd) middot Fbg
Qprzypp = Qinf + Qwd = (qinf + qwd) middot Fp
Przykład metodyczny Podział zlewni ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych na
powierzchnie cząstkowe przynależne do danego odcinka kanału ściekowego (A-B-C) i
obliczenia strumieni ściekoacutew do doboru średnic ndash schemat na rys 57
Rys 57 Schemat podziału zlewni ściekoacutew na powierzchnie cząstkowe
Wymiar kanału na odcinku AB dobieramy na strumień miarodajny - maksymalny
godzinowy QB (w dm3s) - bezpośrednio przed węzłem B
QB = qbg middot Z middot sumFbg AB + [(qinf + qwd) middot sumFbg AB]
a wymiar kanału na odcinku BC na łączny strumień QC (na odcinkach AB i BC) -
bezpośrednio przed węzłem C
QC = QB + qbg middot Z middot Fbg BC + [(qinf + qwd) middot Fbg BC] + qpmiddot Fp BC + [(qinf + qwd) middot Fp BC]
KANALIZACJA I
43
53 ZALECANE WYPEŁNIENIA KANAŁOacuteW ŚCIEKOWYCH
Dotychczas w Polsce (wg WTP z 1965 r) błędnie przyjmowano ryczałtowo strumień
woacuted przypadkowych w tym infiltracyjnych z rezerwą na przyszłościowy rozwoacutej w
wysokości 100 Qh max śc tj ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych a wymiar
kanału dobierano na 2Qh max śc - do całkowitego wypełnienia kanału Zmienione zasady
projektowe w 1983 roku [wg IKŚ] zalecały przyjmowanie wypełnień względnych kanałoacutew
ściekowych hD le 06 (tj do 60 średnicy) dla kanałoacutew o średnicach D lt 10 m ale dla
miarodajnego (maksymalnego godzinowego) strumienia samych ściekoacutew Q = Qbg + Qp
czyli do 67 obliczeniowej przepustowości całkowitej (Qo = 100) kanału kołowego Tym
samym ograniczono rezerwę przepustowości takich kanałoacutew ndash łącznie na wody przypadkowe
i infiltracyjne oraz na przyszłościowy rozwoacutej - z ok 50 do ok 33 (rys 56)
przepustowości całkowitej (Qo) Prowadziło to do niedowymiarowania średnic kanałoacutew
Rys 56 Przykładowe krzywe sprawności hydraulicznej kanału kołowego (QQo od hD)
Wypracowane w Niemczech zasady wymiarowania kanałoacutew ściekowych są
poprawniejsze bowiem rezerwa bezpieczeństwa przepustowości kanałoacutew (na przyszłościowy
rozwoacutej) jest uwzględniana dopiero po wyznaczeniu miarodajnego odpływu ściekoacutew Qm śc tj
łącznie ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych oraz woacuted przypadkowych
(infiltracyjnych i woacuted deszczowych) Tak więc miarodajny strumień objętości ściekoacutew
wyznacza się dla 4 składowych dopływu
Qm śc = Qbg + Qp + Qinf + Qwd (513)
- a kanały ściekowe dobiera się na wypełnienie hD od 50 do 70 co odpowiada
przepustowości całkowitej (Qo = 100) przekroju kołowego od 50 do 83 (rys 56) czyli
pozostaje bdquoczystardquo rezerwa na przyszłościowy rozwoacutej od 50 do 17 Qo ndash w zależności od
ważności kanału ściekowego w systemie Powstająca w ten sposoacuteb bdquonadwyżkardquo
przepustowości kanału nie może być w żadnym wypadku traktowana w kategorii
bdquorozrzutnościrdquo lecz jako zabezpieczenie pewności działania systemu (ochrony przed
wylaniem) a także jako rezerwa rozwojowa do ewentualnego wykorzystania w przyszłości
Zalecenia do doboru średnic kanałoacutew ściekowych
Obecnie wg wytycznych DWA-A 1182006 jako minimalną średnicę kanałoacutew bytowo-
gospodarczych i przemysłowych w miastach należy przyjmować Dmin = 025 m a tylko w
uzasadnionych przypadkach dopuszcza się (jak w dotychczas) Dmin = 020 m ndash na
początkowych odcinkach sieci przy znacznych spadkach terenu i luźnej zabudowie
Minimalne spadki dna kanałoacutew ściekowych można obliczać z formuły imin = 1D (imin
w [permil] dla D w [m]) Jednakże dla małych względnych wypełnień kanałoacutew ściekami hD le
03 spadki dna powinny być znacznie większe niż obliczane z formuły 1D ze względu na
niespełnianie woacutewczas hydromechanicznych warunkoacutew transportu zawiesin (organicznych i
mineralnych) zawartych w ściekach w tym wleczonych przy dnie kanału (podano to w
notatkach - wg rozdz 9 z podręcznika [2]) Spadek maksymalny dna kanałoacutew ściekowych
(imax) powinien wynikać z warunku nieprzekraczania prędkości maksymalnej Vmax = 30 ms
KANALIZACJA I
44
6 PODSTAWY BILANSOWANIA WOacuteD OPADOWYCH 61 OGOacuteLNA CHARAKTERYSTYKA SPŁYWOacuteW OPADOWYCH
611 OPADY ATMOSFERYCZNE
Opady atmosferyczne w naszej szerokości geograficznej występują głoacutewnie w postaci
deszczu (ciekłej) oraz śniegu i gradu (stałej) Ze względu na odmienny charakter spływu
natychmiastowy w przypadku deszczu
przesunięty w czasie w przypadku topnieniu śniegu czy lodu
do wymiarowania kanalizacji rozważane są wyłącznie opady deszczowe jako dające
największe chwilowe odpływy Spływy woacuted pochodzące z topnienia śniegu czy lodu
stwarzają problemy natury jakościowej - są silnie zanieczyszczone min pyłami
atmosferycznymi po długim okresie zalegania na powierzchni terenu Ogoacutelnie zjawisko
opadoacutew deszczowych charakteryzują 3 parametry
intensywność deszczu I = ΔhΔt (zmiany wysokości opadu Δh w czasie Δt)
czas trwania deszczu t
zasięg terytorialny F
Intensywność deszczu nie jest stała w czasie jego trwania jak też w przestrzeni objętej
opadem Deszcze wyjątkowo intensywne (tzw ulewne czy nawalne) zdarzają się rzadko (raz
na kilka czy raz na kilkanaście lat) trwają kroacutetko i mają mały zasięg terytorialny Przykład
lokalne bdquooberwanie chmuryrdquo Deszcze mało czy średnio intensywne występują częściej
trwają dłużej i obejmują większe obszary Przykład opad regionalny typu bdquokapuśniaczekrdquo UWAGA W kanalizacji posługujemy się częściej pojęciem jednostkowego natężenia
deszczu q w dm3s ha zamiast intensywności deszczu I = ΔhΔt w mmmin Między tymi
wielkościami zachodzi związek wynikający z przeliczenia jednostek miar
q = 16667∙I (63)
i odwrotnie I = q 16667
Zasięg deszczu (w km2) opisuje w przybliżeniu formuła Rosłońskiego dla I lt 5
mmmin
F = 5(5 ndash I)3 (64)
Przykładowo
- dla I = 1 mmmin (q = 167 dm3s ha) - F = 320 km2 (- obszar dużego miasta)
- dla I = 2 mmmin (q = 333 dm3s ha) - F = 135 km2 (- mniejsze miasto)
- dla I = 3 mmmin (q = 500 dm3s ha) - F = 40 km2 (- dzielnica miasta)
- dla I = 4 mmmin (q = 667 dm3s ha) - F = 5 km2 (- osiedle mieszkaniowe)
612 POROacuteWNANIE ILOŚCIOWE SPŁYWOacuteW DESZCZOWYCH ZE ŚCIEKAMI
Nie cały opad na obszarze zurbanizowanym - zlewni deszczowej o całkowitej
powierzchni F spływa do kanalizacji Część opadu deszczowego zwilża powierzchnie i
wyparowuje część wypełnia nieroacutewności terenu i wsiąka w grunt bądź też odpływa poza
zlewnię zgodnie ze spadkiem terenu Wysokość opadu ktoacutera nie stała się częścią spływu
określa się jako straty Pozostała część ndash tzw opad efektywny (dający już spływ
powierzchniowy) związany jest z tzw zlewnią zredukowaną Fzr (szczelną)
FFzr (65)
gdzie
ψ - wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego ψ = (H ndash (E + straty))H ψ[0 1]
H - wysokość opadu normalnego (średniego rocznego z wielolecia min 30 lat) mrok
E - wysokość parowania terenowego mrok bdquostratyrdquo - głoacutewnie wsiąkanie mrok
KANALIZACJA I
45
Przykładowe poroacutewnanie spływoacutew ściekoacutew i woacuted opadowych w roacuteżnym czasie
Jednostkową wielkość spływu powierzchniowego z opadoacutew w okresie obliczeniowym
np 1 roku z powierzchni zlewni F = 10 ha oszacować można (w m3rok) z wzoru
FHQ (66)
Przyjmując dla Polski opad normalny H = 060 m spływ woacuted opadowych z 1 ha
powierzchni przykładowo zlewni miejskiej przy średnim wspoacutełczynniku spływu ψ = 03
wyniesie
Odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych z 10 ha zabudowy miejskiej przy przyjęciu
gęstości zaludnienia Z = 200 Mkha i wskaźnika odpływu ściekoacutew qj = 02 m3Mk∙d ndash wraz z
usługami wyniesie w roku
rokmha
haMk
dMkmdFZqQ j
rocz
ść
33
1460001200)(
20365365
odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych jest ok 8 razy większy od odpływu woacuted opadowych
18180014600 rocz
op
rocz
ść QQ
Poroacutewnując jednak odpływy woacuted deszczowych i ściekoacutew w kroacutetkich okresach czasu -
w czasie trwania intensywnych opadoacutew (miarodajnych do wymiarowania kanałoacutew
ogoacutelnospławnych i deszczowych) powyższe relacje odwroacutecą się Przykładowo przyjmując
średnie natężenie deszczu np q = 100 dm3s ha przy wspoacutełczynniku spływu ψ = 03
otrzymamy z powierzchni 1 ha
sdmhahasdmFqQ sek
op
33
300130)(100
a maksymalny godzinowy odpływ ściekoacutew bytowo-gospodarczych przy Nd = 13 Nh = 20
qj = 200 dm3Mkmiddotd i Z = 200 Mkha wyniesie z powierzchni 1 ha
sdmha
haMk
dMkdmFZqNNQ jhd
sek
ść
33
2186400
01200)(
20023186400
Wynika stąd stosunek 252130 sek
ść
sek
op QQ 1 (czasem nawet 1001 - przy bardzo
rzadkich częstościach występowania intensywnych opadoacutew)
62 POMIARY OPADOacuteW DESZCZOWYCH 621 DESZCZOMIERZE KLASYCZNE
Do rejestracji wysokości opadoacutew atmosferycznych powszechnie stosowany jest
deszczomierz Hellmanna (rys 62) Składa się z cylindrycznej osłony i dwoacutech naczyń
montowanych na wysokości 10 m npt Naczynie goacuterne zakończone lejkiem kieruje opady
do naczynia dolnego - zbiornika Średnica wlotu wynosi 1596 cm stąd F = 200 cm2 Zwarta
budowa urządzenia zmniejsza parowanie Deszczomierze umieszcza się w okolicy
pozbawionej wysokich drzew
Rys 62 Deszczomierz Hellmanna
rokmmrokmFHQrocz
op
32 1800100003060
KANALIZACJA I
46
Odczyty odbywają się raz na dobę (najczęściej o godz 7 rano) Woda przelewana jest
woacutewczas ze zbiornika do szklanej menzurki gdzie odczytuje się jej objętość skąd wysokość
opadu h = VF (10 mm wysokości opadu oznacza 10 dm3m2)
Deszczomierz Hellmanna nie pozwala na rejestrację zmian intensywności opadoacutew w
czasie czy też czasu trwania poszczegoacutelnych faz opadoacutew Do tego celu służą (od połowy XX
wieku) tzw pluwiografy pływakowe - z graficznym zapisem zdarzeń na pluwiogramach
papierowych (rys 63) Dokładność pomiaru i zapisu takich urządzeń jest rzędu 01 mm
wysokości opadu tj 01 dm3m2
Rys 63 Schemat pluwiografu pływakowego
622 DESZCZOMIERZE NOWEJ GENERACJI - BEZOBSŁUGOWE
Pluwiometry wagowe Istotną wadą klasycznych deszczomierzy jest ich uciążliwa
obsługa - codzienna w przypadku deszczomierza Hellmanna i co kilka dni w przypadku
pluwiografu pływakowego (w tym także obecnie konieczność digitalizacji zapisoacutew na
pluwiogramach papierowych do formatu cyfrowego - do ich interpretacji czy archiwizacji)
Rozwoacutej automatyki elektroniki i radiotelefonii nowej generacji skutkował opracowaniem
nowych konstrukcji urządzeń do rejestracji opadoacutew deszczowych (ciekłych) i śnieżnych
(stałych) zwanych też pluwiointensometrami
Rys 64 Schemat pluwiointensometru wagowego
Pluwiointensometry wagowe pozwalają na rejestrację opadoacutew atmosferycznych (śniegu
i deszczu - opad łączny) z dokładnością do 001 mm wysokości opadu (h) Termostat z
grzałką umożliwia eksploatację urządzenia w okresach wczesnowiosennych i
poacuteźnojesiennych ndash przymrozki (rys 64) Pluwiogram w zapisie cyfrowym jest analogiczny
do wyżej omoacutewionego (papierowego) przesyłany może być drogą radiową do centrali
KANALIZACJA I
47
Pluwiometry korytkowe Deszczomierze z naczyniami wywrotnymi (korytkami)
stosowane są w automatycznych stacjach meteorologicznych min od 2007 r w sieci
IMGW-PIB - deszczomierze typu RG 50 firmy SEBA Wyposażone są w dwa na przemian
napełniane i oproacuteżniane zbiorniczki o małej pojemności (2 cm3)
Rys 65 Fragment zapisu opadu z dnia 7 VII 2009 r z deszczomierza SEBA na
stacji IMGW w Legnicy (suma wysokości opadu 1820divide2255 ndash h = 387 mm)
Impulsy zadziałania rejestrowane są z dokładnością sekundową i wysyłane drogą
radiową do centrali w zapisie cyfrowym - w formie zestawień tabelarycznych wykresoacutew
słupkowych (hietogramoacutew) czy pluwiogramoacutew - przykład na rysunku 65 Jeden impuls
odpowiada opadowi o wysokości h = 01 mm (tj 01 dm3m2)
623 DOKŁADNOŚĆ POMIAROacuteW OPADOacuteW I REPREZENTATYWNOŚĆ STACJI
Rejestratory elektroniczne mają istotne wady W odniesieniu do tradycyjnych
pluwiografoacutew pływakowych ktoacutere funkcjonują w zasadniczo niezmienionej postaci od
kilkudziesięciu lat urządzenia automatyczne są wrażliwe na zanieczyszczenia i ulegają często
rozregulowaniu a co za tym idzie ich wskazania stają się woacutewczas niemiarodajne
Przestawiając system pomiarowy wyłącznie na rejestrację elektroniczną nie można
więc zapominać o okresowych kontrolach i kalibracji tych urządzeń - na podstawie
tradycyjnych metod i urządzeń pomiarowych (jak np deszczomierz Hellmanna czy
pluwiograf pływakowy) Na rysunku 66 przedstawiono przykład rejestracji opadoacutew na stacji
meteorologicznej IMGW-PIB w Legnicy przez kilka urządzeń celem weryfikacji wynikoacutew
Rys 66 Deszczomierze na stacji meteorologicznej IMGW w Legnicy od lewej
pluwiografy pływakowy i korytkowy (SEBA) oraz deszczomierz Hellmanna
63 CHARAKTERYSTYKA ILOŚCIOWA OPADOacuteW
631 KRZYWE WZORCOWE OPADOacuteW
O zjawisku (tzw reżimie) opadowym określonego obszaru decyduje
położenie geograficzne
odległość od moacuterz i oceanoacutew
ukształtowanie powierzchni i wyniesienie nad poziomem morza
pokrycie i sposoacuteb użytkowania terenu
KANALIZACJA I
48
Ekstremalnie intensywne opady występujące w warunkach polskich nie roacuteżnią się
znacząco pod względem zwłaszcza dobowych sum wysokości od notowanych w krajach
ościennych (położonych na granicy klimatu morskiego i kontynentalnego jak Niemcy czy
Czechy) podobnie jak i opady we Wrocławiu (na Strachowicach) w poroacutewnaniu do
Warszawy (na Bielanach) ndash tabela 62
Tab 62 Maksymalne wysokości opadoacutew (w mm) o czasie trwania od 5 minut do 72 godzin w
wybranych krajach Europy na tle Wrocławia (Strachowice) i Warszawy (Bielany) [1 2]
Kraj
Miejscowość
Czas trwania opadu
minuty godziny doby
5 10 15 30 1 2 3 6 12 1 2 3
Polska 253 80 798 126 1761 1179 220 2218 - 300 428 557
Niemcy - 126 - 40 200 239 246 112 - 312 3799 458
Czechy 298 398 502 799 928 117 1266 1585 2036 3451 380 5367
Wrocław 131 187 247 329 353 577 619 631 642 801 1039 1169
Warszawa 206 219 28 366 408 495 504 57 68 801 1097 1133
Podstawową formą ilościowego opisu opadoacutew deszczowych są modele na zależność
intensywności I (mmmin) lub natężenia jednostkowego q (dm3s ha) bądź wysokości h (mm)
opadu od czasu jego trwania t i prawdopodobieństwa wystąpienia p lub zamiennie częstości
(powtarzalności) C opadu (lata) typu
( ) ( ) ( )I I t p q q t p h h t p (67)
Związek intensywności (czy natężenia jednostkowego) bądź wysokości opadu z czasem
jego trwania prezentowany jest najczęściej w postaci krzywych typu IDF (Intensity-Duration
Frequency) bądź typu DDF (Depth-Duration Frequency) dla roacuteżnych prawdopodobieństw p
(zamiennie częstości C) wystąpienia opadu Krzywe te stanowią rodzinę hiperbol o roacutewnaniu
cbt
aI
n
)( (68)
w ktoacuterym a b c n - wspoacutełczynniki empiryczne zależne od prawdopodobieństwa pojawienia
się danego deszczu oraz od czynnikoacutew klimatycznych i fizjograficznych zlewni
Krzywe deszczy typu IDF czy DDF są tworami syntetycznymi ustalanymi na
podstawie materiału empirycznego Na ich podstawie tworzony jest opad blokowy - o stałej
wartości natężenia w czasie ktoacutery jest podstawą wymiarowania kanalizacji deszczowej
632 ZWIĄZEK NATĘŻENIA OPADU Z CZĘSTOŚCIĄ WYSTĘPOWANIA
Zależność pomiędzy natężeniem jednostkowym a czasem trwania deszczu o określonym
prawdopodobieństwie pojawiania się - czyli częstości występowania (tj powtarzalności w
latach) przedstawiono poglądowo na rysunku 68
Rys 68 Zależność typu IDF - natężenia jednostkowego q od czasu trwania t deszczu o określonym
prawdopodobieństwie p pojawiania się ndash zamiennie częstości występowania C
KANALIZACJA I
49
Prawdopodobieństwo (p) pojawienia się danego deszczu z częstością (C) jego
występowania ujmuje związek
C
p100
(69)
gdzie p ndash prawdopodobieństwo występowania deszczu wyrażane w (bądź w ułamku
woacutewczas p = 1C) określa ile razy w przeciągu 100-lecia zostanie osiągnięte lub
przekroczone dane natężenia deszczu q (w dm3s ha)
C ndash częstość pojawiania się deszczu wyrażana w latach oznacza że w danym C letnim
cyklu zdarzy się przynajmniej raz deszcz o natężeniu roacutewnym lub większym od q
p
C100
(610)
- co interpretujemy jako 1 raz na C lat
W niektoacuterych krajach Europy funkcjonuje pojęcie częstotliwości n występowania opadu
bdquoCzęstotliwośćrdquo df
C
n1
[1rok] (611)
- stąd fizykalnie n = p100 gdy p w oraz n = p gdy p wyrazimy w ułamku (tab 63)
Tab 63 Prawdopodobieństwo (p) częstotliwość (n) a częstość (C) występowania opadoacutew
Z przyczyn ekonomicznych systemy kanalizacyjne nie mogą być tak projektowane aby w
czasie dowolnie intensywnego deszczu zagwarantować pełną ochronę terenu przed wylaniem
Nieopłacalne jest bowiem projektowanie kanalizacji na bardzo niskie prawdopodobieństwo
pojawienia się deszczy np o p = 001 = 1 tj zdarzających się 1 raz na 100 lat gdyż
średnice kanałoacutew byłyby woacutewczas bardzo duże i niewykorzystywane przez dziesięciolecia
Nie można też za pomocą obliczeń w wiarygodny sposoacuteb określić fizycznie największego
(np o C = 100 lat) odpływu ze względu na losowy charakter opadoacutew
Do projektowania odwodnień terenoacutew brane są pod uwagę intensywne opady o
częstości występowania C [1 10] lat oraz o C [10 50] lat - do weryfikacji częstości
wylewoacutew Wymagany standard odwodnienia terenu wg PN-EN 752 definiowany jest jako
przystosowanie systemu kanalizacyjnego do przyjęcia maksymalnych (prognozowanych)
strumieni woacuted opadowych z częstością roacutewną akceptowanej społecznie częstości wystąpienia
wylania z kanalizacji na powierzchnię terenu [1 2 3]
64 MODELE OPADOacuteW DO PROJEKTOWANIA KANALIZACJI
641 MODELE OPADOacuteW O ZASIĘGU OGOacuteLNOPOLSKIM
Model Reinholda
W 1940 roku Reinhold opublikował zasady projektowania kanalizacji obiektoacutew
komunikacyjnych typu autostrady mosty i wiadukty przejścia i przejazdy pod ulicami czy
lotniska w ktoacuterych sformułował model fizykalny opadoacutew postaci [1 2]
Prawdopodobieństwo
występowania
deszczu p
Częstotliwość
występowania
deszczu n
Częstość
- powtarzalność
deszczu C
[] [-] [rok-1] [1 raz na C lat]
100 1 1 1
50 05 05 2
20 02 02 5
10 01 01 10
5
1
005
001
005
001 20
100
KANALIZACJA I
50
368409
3836840
1
9
38 41154115
C
tq
ntqq (612)
gdzie
q - jednostkowe (maksymalne) natężenie deszczu dm3(s∙ha)
q151 - natężenie deszczu (wzorcowego) o czasie trwania t = 15 min i częstotliwości
występowania n = 1 rok-1 (czyli dla częstości występowania C = 1 rok) dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu min
n - częstotliwość występowania deszczu o natężeniu q lub większym (n = 1C) rok-1
W modelu Reinholda przestrzenna zmienność natężenia opadoacutew (q) uzależniona była
od przyjmowanej wartości lokalnego natężenia deszczu wzorcowego (q151) Po II Wojnie
Światowej model Reinholda był stosowany do projektowania kanalizacji w państwach
zachodnich (Niemcy Szwajcaria Austria) a także w państwach Europy środkowej min w
Polsce Najczęściej do wymiarowania odwodnień terenoacutew przyjmowano q151 = 100
dm3(s∙ha) Obecnie w Niemczech zaleca się odczytywanie jednostkowego natężenia deszczu
wzorcowego z atlasu KOSTRA - indywidualnie dla każdej zlewni miejskiej bowiem q151
zmienia się w granicach od 90 do 170 dm3(s∙ha)
UWAGA model Reinholda (z 1940 roku) zaniża wyniki jednostkowych natężeń
wspoacutełczesnych deszczy o rząd 15 [1 2]
Model Błaszczyka
Dotychczas najczęściej stosowanym do projektowania kanalizacji deszczowej w Polsce
był fizykalny model opadoacutew ndash w postaci wzoru Błaszczyka (z 1954 r)
32
3 26316
t
CHq (614)
gdzie
q - jednostkowe natężenie deszczu dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu min
H - wysokość opadu normalnego (średniego rocznego z wielolecia min 30 lat) mm
C - częstość (powtarzalność) występowania deszczu o natężeniu q z przewyższeniem lata
Wzoacuter Błaszczyka (614) oparty został na analizie statystycznej (79) intensywnych
deszczy zarejestrowanych w Warszawie w latach 1837divide1891 i 1914divide1925 ndash czyli od 180 do
90 lat temu ndash jest obecnie nieaktualny Zmienność opadoacutew na obszarze kraju
scharakteryzowana była za pomocą tzw opadu normalnego (średniego w wieloleciu min 30
lat) Dla wartości średniej dla Polski H = 600 mm wzoacuter Błaszczyka upraszczał się do postaci
32
3470
t
Cq (615)
UWAGA 1 Na podstawie pomiaroacutew na stacji meteorologicznej IMGW-PIB we Wrocławiu z
okresu 1960-2009 wykazano że wzoacuter Błaszczyka zaniża wyniki obecnych jednostkowych
natężeń deszczoacutew o rząd 40 (np q151 = 77 dm3(s∙ha) wobec q151 = 112 dm3(s∙ha)) - wg Kotowski A Kaźmierczak B Dancewicz A Modelowanie opadoacutew do wymiarowania kanalizacji Wyd
Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN Studia z zakresu Inżynierii nr 68 Warszawa 2010
UWAGA 2 Na podstawie ogoacutelnopolskich danych o opadach z lat 1986divide2015 ze 100 stacji
IMGW-PIB wykazano że wzoacuter Błaszczyka zaniża obecne jednostkowe natężenia deszczoacutew
średnio o 33 na terenie całego kraju oraz o 36 w Warszawie - wg Licznar P Siekanowicz-Grochowina K Oktawiec M Kotowski A Burszta-Adamiak E Empiryczna
weryfikacja formuły Błaszczyka do obliczania wartości natężenia deszczu miarodajnego Ochrona Środowiska
2018 vol 40 nr 2 s 17-22
KANALIZACJA I
51
Model Bogdanowicz i Stachy
Bogdanowicz i Stachy na podstawie ogoacutelnopolskich pomiaroacutew deszczy - w latach
1960divide1990 na 20 stacjach meteorologicznych IMGW opublikowali w 1998 roku tzw
bdquocharakterystyki projektowerdquo opadoacutew w postaci modelu probabilistycznego opadoacutew
maksymalnych
5840330
max )ln() (421 ptRth (616)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
t - czas trwania deszczu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p(01]
α - parametr (skali) zależny od regionu Polski i czasu t (rys 610)
R1
R1
R1
Wrocław Wrocław Wrocław
R2
R3
R3
c)b)a)
Rys 610 Regiony opadoacutew maksymalnych a) dla czasoacutew trwania deszczy t [5 60) min b) dla
t [60 720) min c) dla t [720 4320] min (R1 - region centralny R2 - region poacutełnocno-zachodni
R3 - regiony południowy i nadmorski)
Dla p = 1 (czyli dla C = 1 rok) model (616) upraszcza się do funkcji będącej dolnym
ograniczeniem przyjętego rozkładu prawdopodobieństwa postaci
330
max 421 th (617)
Dla prawdopodobieństw przewyższenia p lt 1 (czyli dla C gt 1) w regionie centralnym
Polski (R1) parametr α obliczany jest z wzoroacutew (rys 610)
2491)1ln(6934)( ttR - dla t [5 120) min (618)
63910)1ln(2232)( ttR - dla t [120 1080) min (619)
1735)1ln(013)( ttR - dla t [1080 4320] min (620)
Analogicznie dla regionu poacutełnocno-zachodniego (R2) parametr α obliczany jest z
wzoroacutew (dla czasoacutew trwania opadoacutew ge 60 minut region R2 zanika przechodząc w R1)
6621)1ln(923)( ttR - dla t [5 30] min (621)
619)1ln(1609)( ttR - dla t (30 60) min (622)
Dla regionoacutew południowego i nadmorskiego (R3) parametr α obliczany jest z wzoru
03237)1ln(4729)( ttR - dla t [720 4320] min (623)
UWAGA 1 Model Bogdanowicz i Stachy nie obejmuje obszaroacutew goacuterskich i podgoacuterskich
UWAGA 2 Model Bogdanowicz-Stachy obarczony jest błędem odnośnie wysokości opadoacutew
dla częstości deszczy pojawiających się raz na rok (tj C = 1 rok) Łatwo wykazać że z
przekształcenia wzoru Bogdanowicz-Stachy (617) do postaci wzoru na jednostkowe
natężenie deszczu q (w dm3(s∙ha)) dla p = 1 otrzymamy
q(max) = 2367t 067 (624)
a z wzoru Błaszczyka (615) dla H = 600 mm i C = 1 rok mamy
q = 470t 067 (625)
Tak więc dla C = 1 rok wynik obliczeń q z wzoru (624) jest dwukrotnie mniejszy
UWAGA 3 Dla częstości deszczy C = 2 5 i 10 lat z modelu Bogdanowicz-Stachy
otrzymamy maksymalne natężenia opadoacutew bliskie zmierzonym we Wrocławiu [1 2]
KANALIZACJA I
52
642 MODELE OPADOacuteW O ZASIĘGU LOKALNYM ndash DLA WROCŁAWIA
Model Lambora
Model fizykalny Lambora (z 1953 r) na intensywność opadoacutew we Wrocławiu ma
postać
70)030(
log15743
t
pI (626)
gdzie
I - intensywność opadu deszczu mmh
p - prawdopodobieństwo wystąpienia opadu
t - czas trwania deszczu h
Przykładowo dla t = 15 min i p = 100 (C = 1 rok) z modelu Błaszczyka (615) otrzymujemy
q151 = 77 dm3s ha a z modelu (626) Lambora (dla Wrocławia) q151 = 928 dm3s ha
Model Licznara i Łomotowskiego
Licznar i Łomotowski dla danych pluwiograficznych ze stacji UP Wrocław-Swojczyce
z wielolecia 1975-2002 wyestymowali wspoacutełczynniki empiryczne fizykalnego modelu
opadoacutew o ogoacutelnej postaci
cbt
aq
n
)(max
(627)
gdzie
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadoacutew dm3(s∙ha)
t - czas trwania deszczu t [5 180] min
a b c n - wspoacutełczynniki regresji zależne od prawdopodobieństwa empirycznego
Tab 64 Wartości wspoacutełczynnikoacutew a b c i n do wzoru (627)
Prawdopodobieństwo p
10 20 50 100
a = 7138329 a = 8241363 a = 6436455640 a = 1573239
b = -388429 b = 1957292 b = 6488700 b = 4787518
c = -210067 c = 2040978 c = 2062691 c = 6351722
n = 0218073 n = 1752958 n = 3535880 n = 0949642
Modele Kotowskiego i Kaźmierczaka
Dla danych pluwiograficznych z wielolecia 1960-2009 ze stacji IMGW Wrocław-
Strachowice opracowano dwa modele (fizykalny i probabilistyczny) na maksymalną
wysokość opadoacutew we Wrocławiu [1 2]
1 Model fizykalny opadoacutew maksymalnych w zakresie t [5 4320] minut i C [1 50]
lat ma postać
2650
max )4503()5300ln(67716706 tCh (628)
a przekształcony na maksymalne natężenia opadoacutew
12650
max ])4503()5300ln(67716706[7166 ttCq (629)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(s∙ha)
t - czas trwania opadu min
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu (z przewyższeniem) lata
2 Model probabilistyczny (oparty na kwantylu rozkładu prawdopodobieństwa Fishera-
Tippetta typ IIImin) dla zakresu t [5 4320] minut i p [1 001] (tj C [1 100] lat)
KANALIZACJA I
53
8090022202420
max ln 675981059741275834 ptth (630)
a przekształcony na maksymalne jednostkowe natężenia opadoacutew
18090022202420
max ]ln675981059741275834[7166 tpttq (631)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(s∙ha)
t - czas trwania opadu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p (0 1] -
643 POROacuteWNANIE MODELU BŁASZCZYKA Z INNYMI MODELAMI OPADOacuteW
Do celoacutew poroacutewnawczych przyjęto wynik obliczeń natężenia opadu z wzoru
Błaszczyka (qB) za 100 Względne przewyższenia obliczeń q z innych modeli względem
modelu Błaszczyka (qqB) zaznaczono pogrubioną czcionką (tab 65) Przewyższenia qqB
w roacuteżnych zakresach t i C sięgają nawet 60 Przeciętnie są na poziomie o 40 większym
Tab 65 Poroacutewnanie natężeń deszczy obliczonych z modeli roacuteżnych autoroacutew względem modelu
Błaszczyka (qqB) - najczęściej stosowanego w Polsce do wymiarowania kanalizacji
Czę
sto
ść d
eszc
zu
C
lata
Cza
s tr
wa
nia
des
zczu
t m
in
Bła
szcz
yk
qB
= 1
0
(100
)
Rei
nh
old
q151
= 1
00
dm
3s
ha
Bo
gd
an
ow
icz-
Sta
chy
- r
egio
n p
oacutełn
ocn
o-
zach
od
ni
Bo
gd
an
ow
icz-
Sta
chy
- r
egio
n c
entr
aln
y
La
mb
or
- W
rocł
aw
Lic
zna
r- Ł
om
oto
wsk
i
- W
rocł
aw-S
wo
jczy
ce
Ko
tow
ski
-
Ka
źmie
rcza
k
mo
del
fiz
yk
alny
- W
rocł
aw-
Str
ach
ow
ice
Ko
tow
ski-
Ka
źmie
rcza
k
mo
del
pro
bab
ilis
tycz
ny
- W
rocł
aw-
Str
acho
wic
e
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C = 1
10 100 125 050 050 118 127 147 138
15 100 130 050 050 121 128 149 140
30 100 127 050 050 123 125 148 141
60 100 115 050 050 123 119 144 140
120 100 098 050 050 121 117 139 138
180 100 087 050 050 107 120 136 137
C = 2
10 100 129 122 146 124 136 158 144
15 100 134 125 149 127 146 160 149
30 100 131 127 149 129 142 159 153
60 100 118 146 146 130 119 155 153
120 100 101 139 139 128 112 149 150
180 100 090 130 130 127 125 145 148
C = 5
10 100 131 128 157 144 138 146 130
15 100 136 132 161 148 141 150 139
30 100 133 134 161 150 131 149 144
60 100 120 157 157 150 113 145 144
120 100 102 149 149 149 106 139 141
180 100 091 138 138 147 113 136 138
C = 10
10 100 130 120 148 115 125 132 117
15 100 135 124 152 117 128 135 125
30 100 132 126 152 119 135 134 131
60 100 119 148 148 119 132 130 131
120 100 101 140 140 118 105 126 128
180 100 090 130 130 117 067 123 125
UWAGI Z poroacutewnania wynika konieczność zastąpienia wzoru Błaszczyka (z 1954 r)
wspoacutełczesnymi modelami opadoacutew maksymalnych Dla C = 1 rok model Bogdanowicz-Stachy
zaniża wyniki o 50 względem wzoru Błaszczyka Dla częstości C = 2 5 i 10 lat z modelu
Bogdanowicz-Stachy np dla regionu R1 otrzymamy maksymalne natężenia nieznacznie
wyższe względem zmierzonych obecnie we Wrocławiu (czyli w klasie dokładności modeli)
KANALIZACJA I
54
7 DOTYCHCZASOWE METODY WYMIAROWANIA KANALIZACJI
DESZCZOWEJ
71 METODY CZASU PRZEPŁYWU
711 ZASADY OBLICZENIOWE MCP
Zjawisko opad-odpływ w danej zlewni zurbanizowanej jest zagadnieniem złożonym i
trudnym do uogoacutelnienia Proces spływu woacuted opadowych można podzielić na 3 fazy
tworzenia spływu
koncentracji terenowej
odpływu kanałowego
Tworzenie spływu obejmuje procesy fizyczne takie jak zwilżanie wypełnianie
zagłębień terenu parowanie i wsiąkanie w grunt poprzedzające przekształcenie opadu w
efektywny spływ powierzchniowy Część opadu ktoacutera nie tworzy spływu określa się jako
straty Efektywny spływ powierzchniowy zależy od wielu czynnikoacutew jak
rodzaj i stopień uszczelnienia (utwardzenia) powierzchni
nachylenie terenu (powierzchni przepuszczalnych i nie przepuszczalnych)
natężenie deszczu i czas jego trwania
rodzaj gruntu i pokrycie roślinnością powierzchni przepuszczalnych
wilgotność i temperatura powietrza
Koncentracja terenowa obejmuje przekształcenie powierzchniowo rozdzielonego
opadu efektywnego w powstający w najniższym punkcie rozpatrywanej zlewni hydrogram
odpływu Odgrywają przy tym rolę procesy spływu na powierzchni (przesunięcie w czasie) i
efekty opoacuteźniające (retencja terenowa)
Odpływ w kanałach podlega roacutewnież efektom przesunięcia w czasie i retencji min w
wyniku istnienia oporoacutew przepływu (spowodowanych chropowatością ścian kanałoacutew na
zwilżonym obwodzie) jak i wypełnianiem się kanałoacutew do przepływu obliczeniowego
Wymiarowanie kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej opiera się z konieczności
na założeniach upraszczających Mianowicie zakłada się że
dana zlewnia (F) zasilana jest deszczem o stałym natężeniu - opad blokowy
rozdział powierzchniowy opadu jest roacutewnomierny - zlewnia homogeniczna
- woacutewczas uzyskuje się miarodajny do wymiarowania systemoacutew kanalizacyjnych odpływ
woacuted deszczowych (Qm)
Rys 71 Schemat zlewni deszczowej o powierzchni F
Historycznie wzoacuter wyjściowy na miarodajny odpływ woacuted deszczowych Qm (w dm3s)
ze zlewni ma postać
FqQm (71)
gdzie
q - natężenie jednostkowe deszczu q = q(td C) dm3(s∙ha)
φ - wspoacutełczynnik opoacuteźnienia odpływu (redukcji natężenia deszczu) -
ψ - wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego -
F - powierzchnia zlewni ha
KANALIZACJA I
55
Wspoacutełczynnik opoacuteźnienia (φ) zwany też wspoacutełczynnikiem redukcji natężenia deszczu
związany jest z czasem spływu woacuted deszczowych od najdalszego punktu zlewni do przekroju
obliczeniowego Zależy od wielu czynnikoacutew (opoacuteźnienia i retencji) tj głoacutewnie od czasoacutew
przepływu w kanale (tp) oraz koncentracji terenowej (tk) i retencji kanałowej (tr)
Wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego (ψ) ujmuje stosunek wielkości spływu woacuted
opadowych Qsp ze zlewni (o powierzchni F) do wielkości opadu Qop w tej zlewni
1op
sp
Q
Q (72)
Wartość wspoacutełczynnika spływu zależy głoacutewnie od rodzaju zagospodarowania
(uszczelnienia) terenu zlewni ale także od spadkoacutew powierzchni oraz natężenia deszczu (C)
Dotychczas w wymiarowaniu kanalizacji obliczano zastępczy ndash tj średni ważony
wspoacutełczynnik spływu dla zlewni cząstkowej (podzlewni) przyporządkowanej do danego
odcinka kanału z wzoru
F
F
F
F
FFF
FFF zr
n
i
i
n
i
ii
n
nn
1
1
21
2211
)(
(73)
gdzie
ψi - wspoacutełczynnik spływu (i-tej) powierzchni składowej podzlewni kanału -
Fi - (i-ta) powierzchnia składowa podzlewni F ha
Spływ powierzchniowy utożsamiano ze zlewnią zredukowaną - o roacutewnoważnej
szczelnej powierzchni - Fzr obliczanej ze wzoru
FFzr (74)
UWAGA W projektowaniu odwodnień terenoacutew w Polsce wspoacutełczynnik spływu był błędnie
utożsamiany ndash tylko ze stopniem uszczelnienia powierzchni zlewni - niezależnie od spadkoacutew
terenu oraz natężenia deszczu obliczeniowego (q(t C)) Wartość wspoacutełczynnika spływu (ψi)
danej powierzchni cząstkowej (Fi) zlewni deszczowej określano więc wyłącznie w zależności
od rodzaju pokrycia - stopnia uszczelnienia terenu
Gdy znane były szczegoacutełowe plany zagospodarowania przestrzennego terenoacutew
dachy szczelnehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]95090[
drogi asfaltowe helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]900850[
bruki kamienne klinkierowe helliphelliphelliphelliphelliphellip ]850750[
drogi tłuczniowehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]600250[
drogi żwirowe helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]300150[
parki ogrody łąki zieleńce helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]10000[
Gdy brak było szczegoacutełowych planoacutew zagospodarowania przestrzennego miast
zabudowa zwarta helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]7050[
zabudowa luźna helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]5030[
zabudowa willowahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]3020[
powierzchnie niezabudowanehelliphelliphelliphelliphelliphellip ]2010[
parki i duże obszary zieleni helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip ]1000[
Edel (w 2002 roku) zaproponował uzależnianie wartości wspoacutełczynnika spływu
dodatkowo od spadkoacutew powierzchni co przedstawiono w tabeli 71 Był to już pewien postęp
metodyczny Nadal jednak nie uwzględniano wpływu natężenia opadoacutew deszczu (o danej
częstości występowania) na wartość wspoacutełczynnika spływu co proponuje się obecnie w
metodzie MMN (rozdz 83 [2]) - na wzoacuter niemieckiej metody MWO (wg rozdz 73 [2])
KANALIZACJA I
56
Tab 71 Wartości wspoacutełczynnika spływu w zależności od rodzaju i spadku powierzchni wg Edela
Rodzaj powierzchni
zagospodarowanie
terenu
Spadek powierzchni []
05 10 25 50 75 100
Wartość wspoacutełczynnika spływu ψ
Dachy 085 090 096 098 099 100
Bruki szczelne 070 072 075 080 085 090
Bruki zwykłe 050 052 055 060 065 070
Aleje spacerowe 020 022 025 030 035 040
Parki i ogrody 010 012 015 020 025 030
Grunty rolne 005 008 010 015 020 025
Lasy 001 002 004 006 010 015
Zabudowa zwarta 080 082 085 090 095 100
Zabudowa luźna 060 062 065 070 075 080
Zabudowa willowa 040 042 045 050 055 060
Norma PN-EN 752 podaje tutaj ogoacutelne graniczne wartości
ψ = 10 dla dachoacutew o powierzchni F lt 100 m2 i ψ = 05 dla dachoacutew żwirowych i z
zielenią ekstensywną o F gt 1 ha
ψ = 09divide10 dla powierzchni nieprzepuszczalnych i stromych dachoacutew
ψ = 0divide03 dla powierzchni przepuszczalnych
W przypadku występowania wysokich budynkoacutew powierzchnię dachoacutew zaleca
zwiększać do 30
UWAGA Należy zdawać sobie sprawę z faktu że w wraz z rozwojem miast w efekcie
postępującego doinwestowania terenoacutew rośnie wartość wspoacutełczynnika spływu w skutek
wzrostu stopnia uszczelnienia powierzchni terenoacutew zurbanizowanych
712 WYBOacuteR CZASU TRWANIA DESZCZU MIARODAJNEGO
Po przyjęciu określonej częstości C występowania deszczu obliczeniowego (wg PN-EN
752) pojawia się pytanie jakie jest miarodajne natężenie deszczu (qm) - zależne od
miarodajnego do zwymiarowania kanału czasu jego trwania (tdm) w konkretnym węźle
obliczeniowym
Rys 72 Zależność (typu IDF) natężenia deszczu q od jego czasu trwania td
- dla danej częstości C występowania
UWAGA Każdemu przekrojowi (x) kanału na jego trasie (patrz schemat na rys 73)
odpowiada inny czas spływu deszczu a zatem inna wartość qm(tdm) jest miarodajna do
zwymiarowania kanału w kolejnym przekroju (x+1) Im dalszy przekroacutej obliczeniowy tym
dłuższy czas spływu i tym mniejsze są miarodajne wartości qm - dla danej częstości C
KANALIZACJA I
57
Rys 73 Idea wymiarowania kanałoacutew w poszczegoacutelnych węzłach obliczeniowych zlewni deszczowej
W przekroju x kanału obliczeniowy strumień objętości Qm zapisać można jako
zrdmmzrxm FtqFqQ )(
(76)
gdzie
qφ = qm(tdm) - zredukowane natężenie deszczu (w dm3(s∙ha)) względem miarodajnego do
wymiarowania kanalizacji czasu trwania tdm =
Dla ideowej - modelowej zlewni deszczowej o F = Fzr (rys 75) zostaną rozpatrzone 3
przypadki związane z czasem trwania deszczu (td) w relacji do czasu przepływu (tp) w kanale
deszczowym (A-B) tj od początku zlewni (punktu A) do przekroju obliczeniowego (p B)
I przypadek td gt tp Q max 1
II przypadek td lt tp Q max 2
III przypadek td = tp Q max 3
Okaże się że dla td = tp qm(B) Qm(B) ndash strumień ten będzie największy
Rys 74 Przykładowa krzywa natężenia deszczu o częstości występowania C
Dla przyjętej częstości występowania (C) - z krzywej deszczu typu IDF (rys 74)
ustalono następujące natężenia jednostkowe opadoacutew
dla tdm 1 gt tp q1
dla tdm 2 lt tp q2
dla tdm 3 = tp q3
Rys 75 Schemat ideowy modelowej zlewni deszczowej (F = Fzr) kanału A ndash B
KANALIZACJA I
58
I przypadek td gt tp
Dla modelowej zlewni deszczowej kanału A-B (rys 75) gdy td gt tp = t3
- po czasie t1 do punktu B spłynie deszcz z powierzchni F1 o strumieniu 111 qFQ
- po czasie t2 1212 )( qFFQ
- a po czasie t3 = tp 1max13213 )( QqFFFQ - cała zlewnia objęta już będzie spływem
Rys 76 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td gt tp = t3
II przypadek td lt tp
Na przykład gdy td = t2 lt tp = t3 woacutewczas 211
qFQ oraz 2max2212
)( QqFFQ
Ponieważ q2 gt q1 pomimo że deszcz nie objął całej zlewni to najczęściej Qmax 2 gt Qmax 1
Rys 77 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td lt tp = t3
III przypadek td = tp
Dla td = tp = t3 woacutewczas311
qFQ 3212
)( qFFQ i 3max33213
)( QqFFFQ
Ponieważ q1 lt q3 lt q2 a deszcz obejmuje całą zlewnię to przepływ Qmax 3 w punkcie B
będzie największy (rys 78)
Rys 78 Ideowy hydrogram przepływu ściekoacutew w punkcie B dla td = tp = t3
KANALIZACJA I
59
Tak więc gdy maxmpd Qtt - co jest podstawą dotychczasowych metod (czasu
przepływu) wymiarowania kanalizacji w wielu krajach świata tj
metody wspoacutełczynnika opoacuteźnienia (MWO) - w krajach niemieckojęzycznych
rational method - w krajach anglojęzycznych (RM)
metody granicznych natężeń (MGN) ndash dotychczas stosowanej w Polsce
metody maksymalnych natężeń (MMN) ndash zalecanej do stosowania w Polsce [1 2 3]
72 METODA GRANICZNYCH NATĘŻEŃ (MGN)
721 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MGN
W MGN przyjmowano że miarodajny strumień objętości ściekoacutew deszczowych (Qm) w
rozpatrywanym przekroju kanału występuje z pewnym opoacuteźnieniem w stosunku do momentu
rozpoczęcia opadu (co jest prawdą ale tylko po okresie suchej pogody ) o czas niezbędny
na
tk - koncentrację terenową - zwilżenie powierzchni wypełnienie nieroacutewności teren i
dopływ po powierzchni do kanału (poprzez wpust deszczowy)
tr - retencję kanałową - wypełnianie się kanału od wysokości bdquo0rdquo do wysokości
wypełnienia obliczeniowego h(Qm)
tp - przepływ w kanale - od początku kanału do przekroju obliczeniowego
Tak więc w MGN oproacutecz opoacuteźnienia (redukcji) odpływu związanego z czasem
przepływu (tp) uwzględniano dodatkowo czasy opoacuteźnienia-retencji tk i tr ndash czyli dodatkowo
redukujące wartość natężenia jednostkowego opadoacutew stąd dla
)()()( pmdmmdmprkdmd tQtQtqttttt (77)
gdzie FtqtQ dmdmm )()( (78)
lub FtqtQ pdmm )()( (79)
UWAGA Założenia wyjściowe metody MGN są poprawne jedynie w przypadku opadu
deszczu występującego po długim okresie suchej pogody Ponieważ opady kryterialne do
wymiarowania kanałoacutew deszczowych (o częstości C = 1divide10 lat) występują z reguły w
okresach długotrwałej mokrej pogody założenie to prowadzi do niedowymiarowania średnic
kanałoacutew bowiem miarodajny strumień objętości ściekoacutew deszczowych Qm(tdm) jest woacutewczas
zawsze mniejszy od Qm(tp) ndash wg relacji (77) Zostało to wykazane w podręcznikach [1 2] na
przykładach wymiarowania i modelowania działania kanalizacji
Czas koncentracji terenowej - tk
Czas koncentracji terenowej zależy głoacutewnie od rodzaju i stopnia uszczelnienia terenu
spadkoacutew powierzchni oraz natężenia deszczu ale także pośrednio od gęstości zabudowy czy
rozmieszczenia wpustoacutew deszczowych na trasie kanału itp Jest to czas niezbędny na
zwilżenie powierzchni wypełnienie nieroacutewności terenu (- jedynie po okresie suchej pogody)
jak i sam dopływ po powierzchni do wpustu deszczowego i dalej przykanalikiem do kanału
UWAGA 1 Z punktu widzenia niezawodności działania kanalizacji bezpieczniejsze jest
pomijanie wartości tk Czas tk powiększa bowiem czas trwania deszczu a więc redukuje
natężenie q(tdm) miarodajne do wymiarowania kanałoacutew Qm(tdm) lt Qm(td = tp)
UWAGA 2 W przypadku serii występujących po sobie intensywnych opadoacutew wartość tk jest
znikomo mała
UWAGA 3 Koncentracja terenowa jest pomijana w niemieckich metodach czasu przepływu
wymiarowania kanalizacji deszczowej
KANALIZACJA I
60
Prawdopodobieństwo p (zamiennie częstość C) pojawiania się deszczu miarodajnego
było przyjmowane w dostosowaniu do zalecanych woacutewczas standardoacutew ochrony terenoacutew
przed wylaniami ndash odrębnych dla kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej Według WTP z
1965 r uśredniony czas tk - w warunkach miejskich przyjmowano od 2 do 10 minut Wg
Zasad planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych w aglomeracjach miejsko -
przemysłowych i dużych miastach z 1984 r zmniejszono zalecane czasy koncentracji
terenowej tk z 2divide10 minut do 2divide5 minut (tab 71 [2])
Tab 71 Zalecane prawdopodobieństwa (częstości) występowania deszczu miarodajnego do
projektowania kanalizacji w Polsce wg WTP z 1965 r
Lp
Warunki terenowe w zlewni deszczowej
Prawdopodobieństwo p (częstość C)
występowanie opadoacutew dla
kanalizacji
Czas
koncentracji
terenowej
tk min - deszczowej - ogoacutelnospławnej
1 Kanały boczne w płaskim terenie 100 (C = 1 rok) 50 (C = 2 lata) 10 (5)
2 Kolektory kanały boczne przy spadku
terenu powyżej 2
50 (C = 2 lata) 20 (C = 5 lat) 5 (2)
3 Kolektory w głoacutewnych ulicach o trwałych
nawierzchniach kanały boczne przy spadku
terenu powyżej 4
20 (C = 5 lat) 10 (C = 10 lat) 2
4 Szczegoacutelnie niekorzystne warunki terenowe
(niecki o utrudnionym odpływie zbocza
głębokie piwnice przy gęstej zabudowie)
10 (C = 10 lat) 5 (C = 20 lat) 2
5 Rowy otwarte w obrębie miast 10 (C = 10 lat) 2 (C = 50 lat) 2
wartości zalecane wg bdquoZasad planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych helliprdquo z 1984 r
wartości zalecane do projektowania przepustoacutew pod torami kolejowymi w wojewoacutedztwie dolnośląskim
Czas retencji kanałowej - tr
W okresie braku opadoacutew kanały deszczowe są prawie puste Płyną jedynie wody
przypadkowe najczęściej infiltracyjne Czas wypełniania się kanałoacutew do wysokości
obliczeniowej h(Qm) tj wypełnienia normalnego hn(Qm) w ruchu roacutewnomiernym w MGN
wyrażano w procentach czasu przepływu (tp) ściekoacutew - od początku sieci do przekroju
obliczeniowego Czas ten szacowany był na
tr = (14 divide 20) tp (711)
Wg zaleceń WTP z 1965 r w MGN należało przyjmować wartość tr w wysokości 20
czasu tp czyli tr = 02tp
UWAGA 1 Z punktu widzenia niezawodności działania kanalizacji bezpieczniejsze jest
pomijanie czasu retencji kanałowej bowiem wartość tr znacznie redukuje natężenie deszczu
q(tdm) miarodajne do wymiarowania kanałoacutew w MGN
UWAGA 2 W przypadku wystąpienia serii intensywnych opadoacutew czas tr ma małą wartość ndash
kanały są częściowo wypełnione po poprzednim opadzie
UWAGA 3 Czas tr jest pomijany w obliczeniach kanalizacji metodami czasu przepływu
stosowanymi w Niemczech (MWO MZWS) gdzie przyjmuje się td = tp
722 TOK OBLICZEŃ W WYMIAROWANIU KANAŁOacuteW w MCP
Czas przepływu ściekoacutew tp (w minutach) w kanale A-B (wg rys 79) - od jego początku
(A) do przekroju obliczeniowego (B) określa się z wzoru
60
Lt p (712)
- znając długość kanału L (w m) i prędkość przepływu υ (w ms)
KANALIZACJA I
61
Przykład Dla danych Qm(B) i projektowanego spadku dna kanału ik należy dobrać przekroacutej
(średnicę) kanału i ustalić wypełnienie h( ) oraz prędkość υ( ) przepływu (dla Qm(B) ik
h( ) υ( ))
Rys 79 Schemat przykładowej zlewni deszczowej do doboru średnicy kanału A-B
UWAGA Ponieważ do obliczenia strumienia objętości Qm(B) potrzebny jest nieznany a priori
- rzeczywisty czas przepływu tp toteż wymiarowanie kanału prowadzi się iteracyjnie W
pierwszym przybliżeniu w MCP zakłada się bdquodowolnąrdquo prędkość przepływu np υz(1) = 10
ms i oblicza czas przepływu tp(1) = L60υz(1)
Przykładowo w MGN wyznaczano bdquomiarodajnyrdquo czas trwania deszczu tdm(1) z wzoru
krpdm tttt (713)
w ktoacuterym podstawiano za tr = 02tp stąd
kpkppdm tttttt 2120 (714)
Dalej - w 1 przybliżeniu w MPC należy obliczyć natężenie jednostkowe deszczu
miarodajnego q(tdm)(1) a następnie strumień objętości Qm(tdm)(1) oraz dobierać wymiar kanału
z ustaleniem jego wypełnienia h(1) oraz bdquorzeczywistejrdquo prędkość przepływu υrz(1)
W 2 przybliżeniu dla nowo założonej prędkości υz(2) = υrz(1) należy obliczyć nowe
czasy tp(2) i tdm(2) oraz strumienie q(tdm)(2) i Qm(tdm)(2) Dla dobranej już średnicy kanału należy
ustalić nowe wartości h(2) oraz υrz(2) Obliczenia należy prowadzić do momentu aż prędkość
rzeczywista w n-tym przybliżeniu υrz(n) dla Qm(n) w dobranym kanale o wypełnieniu h(n)( )
nie roacuteżni się więcej niż plusmn 01 ms od υrz(n-1)
Przykładowo w MGN dla kanału złożonego z wielu odcinkoacutew obliczeniowych czas tp
był sumowany - od początku kanału do ostatniego przekroju obliczeniowego z wzoru
kpdm ttt 21 (716)
a minimalny czas trwania deszczu miarodajnego przyjmowano jako
tdm min = 10 min
- co oznaczało w praktyce że bdquokroacutetkierdquo kanały - na początkowych odcinkach sieci gdzie tdm le
10 minut były wymiarowane na stały opad q10(C) tj dla tdm = 10 minut
724 METODA UPROSZCZONA ndash STAŁYCH NATĘŻEŃ (MSN)
Do wymiarowania kanalizacji deszczowej stosowana była też uproszczona metoda
zwana metodą stałych natężeń (MSN) mająca jednak ograniczone zastosowanie - do
projektoacutew wstępnych i do zlewni o F le 50 ha Nie wyznaczano tutaj czasu trwania deszczu
miarodajnego a natężenie deszczu redukowano najczęściej funkcją uwzględniającą przyrost
powierzchni zlewni (F) Wzoacuter do obliczania miarodajnego strumienia Qm (w dm3s) w MSN
ma postać
zrIICm FqQ )(10 (723)
gdzie
q10C - natężenie jednostkowe deszczu o czasie trwania tdm = 10 minut dla danej częstości
występowania C lat (w dm3(s∙ha)) obliczane z wzoru (717) Błaszczyka postaci
KANALIZACJA I
62
constAA
t
CHq
dm
C 64410
6316667032
3 2
10 (724)
φ(II) - wspoacutełczynnik redukcji natężenia deszczu (oznaczony w MSN indeksem II - dla
odroacuteżnienia od MGN) obliczany najczęściej z formuły Buumlrkli-Ziglera w
zależności od wielkości powierzchni zlewni dla F ge 10 ha
nII
F
1)( (725)
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha
n - parametr zależny od spadkoacutew powierzchni terenu i kształtu zlewni -
Dla przeciętnych warunkoacutew terenowych gdy spadek terenu warunkuje prędkość
przepływu w kanałach rzędu 12 ms a długość zlewni była około dwa razy większa niż jej
szerokość zalecano przyjmowanie (intuicyjnie) n = 6 Dla spadkoacutew mniejszych i zlewni
wydłużonych n = 4 a dla spadkoacutew większych i zlewni zwartych n = 8
UWAGA MSN jako nie należąca do tzw metod czasu przepływu w świetle zaleceń PN-
EN 752 nie powinna być stosowna do wymiarowania kanalizacji deszczowej
725 OSOBLIWOŚCI OBLICZENIOWE W MCP
Wszystkie metody czasu przepływu wymagają obliczeń sprawdzających tj poroacutewnań
aktualnie obliczanej wartości Qm(x) - w węźle (przekroju) niżej położonym względem
obliczonej już wartości Qm(x-1) - w węźle (przekroju) wyżej położonym W tzw zlewni
regularnej zawsze
Qm(x) ge Qm(x-1) (726)
W przypadku gdy Qm(x) lt Qm(x-1) - do wymiarowania dolnego odcinka kanału należy
przyjmować większą wartość strumienia tj Qm(x-1) - z goacuternego odcinka Dotyczy to
przypadkoacutew występowania tzw zlewni nieregularnych tj
zlewni o roacuteżniących się znacznie parametrach podzlewni (Fi ψi li iihellip)
występowania kanałoacutew tranzytowych
połączeń w węźle kilku kanałoacutew
Przykład zlewni regularnej kanału A-B-C przedstawiono poglądowo na rys 712
Rys 712 Schemat zlewni regularnej kanału deszczowego A-B-C (Fc ψsr = Fzr c Fc = F1 + F2)
Cechy szczegoacutelne przykładowej zlewni regularnej
kanał A-B-C złożony jest z dwoacutech odcinkoacutew o podobnych długościach l1 + l2 = l
podzlewnie deszczowe F1 i F2 są podobnej wielkości
wspoacutełczynniki spływu ψ1 i ψ2 są podobnej wartości
spadki terenu czy dna kanałoacutew i1 i i2 są podobnej wartości
Dla zlewni regularnej
QmC gt QmB
)(1)(2 BC DD
zrmm FqQ - strumień zwiększa się
pomimo że maleje qm ale szybciej rośnie Fzr
średnice kanałoacutew nie mogą maleć
wraz ze wzrostem długości kanału
KANALIZACJA I
63
Przykłady obliczeń zlewni nieregularnych ndash konieczne sprawdzenia Qm w węzłach
Nieregularność zlewni powodowana jest najczęściej znacznymi roacuteżnicami wielkości
powierzchni zlewni cząstkowych (Fi) bądź wspoacutełczynnikoacutew spływu (ψi) na wymiarowanych
odcinkach (i) kanału lecz nie tylko Nieregularność może być też wywołana znacznymi
roacuteżnicami wartości takich parametroacutew kanału jak długość czy spadek dna a więc
związanych z czasem przepływu (tp) Dla przykładu w podręcznikach [1 2] przedstawiono 4
klasyczne przykłady występowania zlewni nieregularnych - zwanych także wspoacutełzależnymi
lub wzajemnie oddziaływującymi na siebie Poniżej omoacutewiono 2 - najczęstsze przypadki
Przykład 1 21
Rys 713 Schemat zlewni nieregularnej gdy ψ1 gtgt ψ2
Wymiarowanie w przekroju B (odcinka A-B o długości l1 ndash rys 713)
1
1
1 )()(60
zrdmBmBdmBdmBpAB FtqQtqtl
t
Wymiarowanie w przekroju C (odcinka B-C o długości l2)
2
2
60
lt pBC )()()( 21 zrzrdmCmCdmCdmCpACpBCpABp FFtqQtqttttt
Sprawdzenie relacji wynikoacutew obliczeń strumieni QmB i QmC
- jeżeli QmB gt QmC to odcinek B-C wymiarujemy na strumień QmB Ma to miejsce zawsze
woacutewczas gdy pACpAB tt i jednocześnie 21 zrzr FF
Uzasadnienie prawdziwości hipotezy podano na rys 714
Rys 714 Wpływ relacji tpAB ltlt tpAC i Fzr1gtgt Fzr2 na wynik obliczeń strumieni QmB i QmC
KANALIZACJA I
64
Przykład 2 Połączenie dwoacutech kanałoacutew w węźle początkowym sieci
Założenie wyjściowe tp1 ltlt tp2 - wg rys 718
Rys 718 Schemat zlewni nieregularnej wywołanej połączeniem kanałoacutew węźle C gdy tp1 ltlt tp2
Kanał A-C wymiarujemy na strumień miarodajny w węźle C QmAC - dla czasu przepływu tp2
Kanał B-C wymiarujemy na strumień miarodajny w węźle C QmBC - dla czasu przepływu tp1
Kanał C-D wymiarujemy na strumień miarodajny dla węzła D - największy z 4 możliwych
1) dla sumy czasoacutew tp2 + tp3 i zlewni Fzr = Fzr1 + Fzr2 + Fzr3 (najczęściej w praktyce)
2) dla sumy czasoacutew tp1 + tp3 i zlewni Fzr = Fzr1 + Frsquozr2 + Fzr3 (sprawdzenie)
3) dla czasu tp2 i zlewni Fzr = Fzr1 + Fzr2 (sprawdzenie)
4) dla czasu tp1 i zlewni Fzr = Fzr1 + Frsquozr2 (sprawdzenie)
Aby obliczyć Frsquozr2 (do sprawdzeń 2 i 4) należy określić położenie punktu Arsquo tak aby
czas przepływu od Arsquo do C był roacutewny tp1 tzn długość odcinka ArsquoC = tp1 2 Zakładając
proporcjonalny do długości kanału przyrost powierzchni zlewni
2
2
zr
zr
F
F
AC
CA (727)
Otrzymamy
AC
FCAF zr
zr2
2
(728)
73 METODA WSPOacuteŁCZYNNIKA OPOacuteŹNIENIA
731 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MWO
W metodzie wspoacutełczynnika opoacuteźnienia (MWO) należącej do MCP pomija się czasy
retencji terenowej i kanałowej - czyli przyjmuje się z założenia td = tp Wyznaczone w ten
sposoacuteb spływy woacuted deszczowych (Qm) są miarodajne do bezpiecznego wymiarowania
kanałoacutew deszczowych (są one znacznie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN)
W MWO miarodajny strumień woacuted deszczowych Qm (dla td = tp) określa się z wzoroacutew
KANALIZACJA I
65
- dawniej (do 1999 r)
FCtqQ sdm )(115 (729)
- obecnie (od 1999 r)
FCtqQ sdm )( (730)
gdzie
q151 - wzorcowe jednostkowe natężenie deszczu - o czasie trwania td = 15 minut i
częstości występowania C = 1 rok przyjmowane dawniej jako średnie dla
Niemiec q151 = 100 dm3s ha Obecnie ustalane z atlasu KOSTRA q151 [90
170] dm3(s∙ha)
(tdC) - wspoacutełczynnik opoacuteźnienia odpływu (redukcji natężenia deszczu) dla czasu trwania
deszczu td (w minutach) i częstości wystąpienia C (w latach)
368409
38)( 4
C
tCt
d
d (731)
q(tdC) - miarodajne (maksymalne) natężenie jednostkowe deszczu (w dm3(s∙ha)) dla
czasu trwania td = tp i częstości występowania C obecnie ustalane na podstawie
krzywych IDF z atlasu KOSTRA - indywidualnie dla każdej miejscowości
ψs - szczytowy wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych przyjmowany w zależności
od stopnia uszczelnienia powierzchni nachylenia terenu i natężenia deszczu
wzorcowego - q15C -
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha
Miarodajne do wymiarowania kanalizacji - zredukowane jednostkowe natężenie deszczu
wg bdquostaregordquo wzoru (729)) wynosi więc
)36840(9
38)( 4
115115
Ct
qCtqd
d (732)
Np dla q151 = 100 dm3(s∙ha) z (732) otrzymamy natężenia deszczy zależne od C
q152 = 130 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 2 lata ((tdC) = 1300)
q155 = 180 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 5 lat ((tdC) = 1784)
q1510 = 225 dm3s ha dla td = 15 minut i C = 10 lat ((tdC) = 2232)
Najkroacutetsze miarodajne czasy trwania deszczu (td min) przyjmowane są w MWO w
zależności od spadku terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni ndash wg tab 75
Tab 75 Najkroacutetsze czasy trwania deszczu (td min) w MWO w zależności
od spadku terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni wg ATV A-118
W MWO maksymalny spływ powierzchniowy (Qm dawniej wg (729) lub obecnie wg
(730)) pochodzi z miarodajnej - zredukowanej zlewni deszczowej o zastępczej
powierzchni
Fm zr = ψs middot F
Wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu (ψs) zależy od stopnia uszczelnienia
zlewni (ψ) i spadkoacutew powierzchni terenu (it) oraz od natężenia ndash częstości deszczu (C) (wg
tab 76)
Średni spadek
terenu
Stopień
uszczelnienia
Minimalny czas
trwania deszczu
Deszcz
obliczeniowy
lt 1 le 50 15 minut q15C
gt 50 10 minut
q10C 1 do 4 gt 0 10 minut
gt 4 le 50 10 minut
gt 50 5 minut q5C
KANALIZACJA I
66
Tab 76 Szczytowe wspoacutełczynniki spływu (s) dla roacuteżnych natężeń (częstości) deszczy
obliczeniowych (q15C) o czasie trwania 15 minut w zależności od grupy spadkoacutew terenu (it)
oraz stopnia uszczelnienia (ψ) wg ATV A-1181999 DWA A-1182006 cytow w [1 2]
() Stopnie uszczelnienia le 10 wymagają uwzględnienia lokalnych uwarunkowań wspoacutełczynnika s
() natężenia q15C = 100 130 180 i 225 dm3(s∙ha) odpowiadają C = 1 2 5 i 10 lat
732 OSOBLIWOSCI OBLICZENIOWE W MWO
Procedura wymiarowania hydraulicznego kanalizacji deszczowej wg MWO jest
podobna jak w MGN W szczegoacutelności dla każdego przekroju obliczeniowego kanału (węzła
x sieci) wyznacza się miarodajny czas trwania deszczu (td) odpowiadający sumarycznemu
czasowi przepływu (tp) w kanałach (sieci) wyżej położonych (td = tp)
Dla bardzo zroacuteżnicowanych powierzchni cząstkowych zlewni - pod względem kształtu
spadkoacutew terenu czy wartości wspoacutełczynnikoacutew spływu szczytowego występowanie zlewni
wspoacutełzależnych (oddziałujących na siebie) ndash czyli nieregularnych jest często spotykane [1
2] Przykładowo w przypadku połączenia większej liczby (n) kanałoacutew o zroacuteżnicowanych
czasach przepływu (tpi) wyznacza się skorygowany - średni ważony czas przepływu tps z
wzoru
n
mi
n
mipips QQtt11
(737)
8 WSPOacuteŁCZESNE STANDARDY ODWODNIENIA TERENOacuteW
ZURBANIZOWANYCH
81 WYMAGANIA DO WYMIAROWANIA KANALIZACJI DESZCZOWEJ
Z przyczyn ekonomicznych systemy kanalizacyjne na terenach zurbanizowanych nie
mogą być tak projektowane aby dla każdego intensywnego opadu deszczu w wieloleciu
mogły zagwarantować pełną ochronę terenoacutew przed wylaniem tj zapobiec w pełni szkodom
w wyniku podmoknięcia terenu czy podtopienia budowli czy też utrudnieniom
komunikacyjnym Zapewnienie odpowiedniego standardu odwodnienia terenu definiuje się
jako przystosowanie sieci kanalizacyjnej do przyjęcia maksymalnych - prognozowanych
strumieni woacuted opadowych z częstością roacutewną dopuszczalnej - akceptowalnej społecznie
częstości wystąpienia wylania na powierzchnię terenu
Określenie dopuszczalnych częstości z jaką średnio w okresie wieloletnim użytkownik
systemu kanalizacyjnego ma tolerować występowanie zaburzeń w funkcjonowaniu
kanalizacji powinno uwzględniać każdorazowo we właściwy sposoacuteb miejscowe
uwarunkowania terenu (tab 81)
Stopień
uszczel-
nienia
terenu
ψ
Szczytowe wspoacutełczynniki spływu s
Grupy spadkoacutew terenu
1) it le 1 2) 1 lt it le 4 3) 4 lt it le 10 4) it gt 10
Wzorcowe natężenie deszczu q15C - w dm3s ha ()
100 130 180 225 100 130 180 225 100 130 180 225 100 130 180 225
0 () 0 0 010 031 010 015 030 (046) 015 020 (045) (060) 020 030 (055) (075)
10 () 009 009 019 038 018 023 037 (051) 023 028 050 (064) 028 037 (059) (077)
20 018 018 027 044 027 031 043 056 031 035 055 067 035 043 063 080
30 028 028 036 051 035 039 050 061 039 042 060 071 042 050 068 082
40 037 037 044 057 044 047 056 066 047 05 065 075 050 056 072 084
50 046 046 053 064 052 055 063 072 055 058 071 079 058 063 076 087
60 055 055 061 070 060 063 070 077 062 065 076 082 065 070 080 089
70 064 064 070 077 068 071 076 082 070 072 081 086 072 076 084 091
80 074 074 078 083 077 079 083 087 078 08 086 090 080 083 087 093
90 083 083 087 090 086 087 089 092 086 088 091 093 088 089 093 096
100 092 092 095 096 094 095 096 097 094 095 096 097 095 096 097 098
KANALIZACJA I
67
Tab 81 Zalecane wg PN-EN 7522008 dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanalizacji [1 2]
Częstość deszczu
obliczeniowego C ) [1 raz na C lat]
Kategoria standardu odwodnienia terenu
(Rodzaj zagospodarowania)
Częstość
wystąpienia wylania
Cw
[1 raz na C lat] 1 na 1 I Tereny pozamiejskie (wiejskie) 1 na 10
1 na 2 II Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 5 III Centra miast tereny usług i przemysłu 1 na 30
1 na 10 IV Podziemne obiekty komunikacyjne przejścia i przejazdy
pod ulicami itp
1 na 50
) Dla deszczu obliczeniowego nie mogą wystąpić żadne przeciążenia systemoacutew
Wdrożona w Polsce norma europejska PN-EN 752 z 2008 r przyjmowała dopuszczalną
częstość wylania (Cw) jako miarę stopnia ochrony terenoacutew przed wylaniem - w zależności od
rodzaju jego zagospodarowania Jak wynika z tabeli 81 o wymaganym standardzie
odwodnienia terenu decydował rodzaj zagospodarowania w tym obecność obiektoacutew
specjalnych infrastruktury podziemnej Tym samym wyroacuteżniono cztery kategorie standardu
odwodnienia terenu roacuteżniące się istotnie dopuszczalną częstością wystąpienia wylania (Cw)
Podobną kategoryzację (I - IV) przyjęto w Polsce w latach osiemdziesiątych ubiegłego
wieku - w zależności od zagospodarowania i spadkoacutew terenu rozroacuteżniając przy tym jeszcze
rodzaj systemu kanalizacyjnego (tab 82) Były to jednak znacznie niższe dopuszczalne
wartości częstości (1 2 5 i 10 lat ndash dla kanalizacji deszczowej) wystąpienia wylania w
poroacutewnaniu do podanych w tabeli 81
Tab 82 Dopuszczalne prawdopodobieństwa (częstości) wystąpienia zalewoacutew terenu dla kanałoacutew
deszczowych i ogoacutelnospławnych wg IKŚ [1 2]
Kategoria
standardu
odwodnie-nia
terenu
Rodzaju ukształtowania i zagospodarowania terenu -
w standardach odwodnienia I II III i IV kategorii
Prawdopodobieństwo p w
(częstość Cw w latach)
- kanalizacja
deszczowa
- kanalizacja
ogoacutelnospławna
I Wszystkie rodzaje zagospodarowania z wyjątkiem dzielnic
śroacutedmiejskich centroacutew miast oraz ulic E i P - teren płaski 100 (1) 50 (2)
II
Wszystkie rodzaje zagospodarowania jw teren o spadkach
2divide4 Dzielnice śroacutedmiejskie i centra miast oraz ulice klasy E i
P na terenach płaskich
50 (2) 20 (5)
III
Wszystkie rodzaje zagospodarowania jak w 1 lecz w szczegoacutelnie
niekorzystnych warunkach ze względu na odwodnienie (niecki
terenowe) Dzielnice śroacutedmiejskie i centra miast oraz ulice klasy
E i P na terenach o spadkach 2divide4
20 (5) 10 (10)
IV
Dzielnice śroacutedmiejskie centra miast oraz ulice klasy E i P na
terenach szczegoacutelnie niekorzystnych ze względu na odwodnienie
lub form zagospodarowania wymagających wyjątkowej
pewności odwodnienia
10 (10) 5 (20)
) Instytut Kształtowania Środowiska Zasady planowania i projektowania systemoacutew kanalizacyjnych w
aglomeracjach miejsko-przemysłowych i dużych miastach Warszawa 1983
Zalecenia PN-EN 7522008 są więc na tym tle bardzo rygorystyczne a przy tym nie
roacuteżnicują częstości wylewoacutew dla kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej
Zgodnie z niemiecką praktyką kanalizacyjną
wylanie należy wiązać ze szkodami względnie zakłoacuteceniami funkcjonowania jezdni
czy podziemnych obiektoacutew komunikacyjnych spowodowanymi wystąpieniem woacuted
opadowych z systemu kanalizacyjnego na powierzchnię terenu lub niemożnością ich
odprowadzenia do systemu wskutek jego przeciążenia
samo wystąpienie wody opadowej na ulicę nie spełnia warunku faktycznego stanu
wylania dopoacuteki spływ w przekroju poprzecznym ulicy uniemożliwia dalszy wzrost
poziomu lustra wody - powyżej krawężnikoacutew i przekroczenie granic posesji
KANALIZACJA I
68
Przy niewystarczającym spadku podłużnym jezdni czy braku wpustu zwierciadło wody
może jednak podnieść się powyżej wysokości krawężnika i doprowadzić do wylania wody na
teren posesji a stamtąd do potencjalnego wnikania do budynkoacutew
Zwymiarowane metodami czasu przepływu - większe systemy kanalizacyjne (o
powierzchni zlewni F gt 2 km2 lub o tp gt 30 minut) zaleca się obecnie sprawdzać pod kątem
ich maksymalnej przepustowości hydraulicznej (sieci i obiektoacutew) w oparciu o skalibrowane
modele symulacyjne (hydrodynamiczne) dla spełnienia wymagań PN-EN 752 odnośnie
akceptowalnych społecznie częstości wylewoacutew (wg tab 81)
Zalecenia PN-EN 7522008 co do dopuszczalnych częstości wylewoacutew z kanalizacji są
trudne do weryfikacji na etapie projektowania nowych systemoacutew ponieważ nie da się
uogoacutelnić związku pomiędzy częstością opadoacutew projektowych a częstością wylewoacutew
Pomocne okazują się tutaj wytyczne ATV-A 1181999 i DWA-A 1182006 ktoacutere
wprowadzają pojęcie częstości nadpiętrzenia (Cn) jako pomocniczą wielkość wymiarującą
do obliczeń sprawdzających (w modelowaniu) działania sieci kanalizacyjnych (tab 83)
Tab 83 Zalecane wg ATV A-118 częstości nadpiętrzenia do obliczeń sprawdzających
nowoprojektowanych bądź modernizowanych systemoacutew kanalizacyjnych
(poziom odniesienia powierzchnia terenu)
Rodzaj zagospodarowania terenu Częstość nadpiętrzenia Cn
[1 raz na C lat]
I Tereny pozamiejskie 2
II Tereny mieszkaniowe 3
III Centra miast tereny usług i przemysłu rzadziej niż 5
IV Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp rzadziej niż 10)
) Przy przejazdach należy wziąć pod uwagę że nadpiętrzeniu powyżej powierzchni terenu z reguły towarzyszy
bezpośrednio wylanie o ile nie są stosowane lokalne środki zabezpieczające Tutaj częstości nadpiętrzenia i
wylania odpowiadają wymienionej w tabeli 81 wartości bdquo1 na 50rdquo
Przez nadpiętrzenie w sieci (studzience) kanalizacyjnej należy rozumieć przekroczenie
przyjętego poziomu odniesienia - najczęściej powierzchni terenu Obliczenia sprawdzające
przepustowości kanałoacutew ograniczono więc zatem do takich stanoacutew systemu przy ktoacuterych
lustro ściekoacutew pozostaje wewnątrz systemu względnie osiąga poziom powierzchni terenu
Takie stany dają się w poprawny sposoacuteb odwzorować przy wykorzystaniu istniejących modeli
hydrodynamicznych (np SWMM) na podstawie danych o geometrii sieci wymiaroacutew
kanałoacutew i obiektoacutew Przez to zostaje wyznaczony obliczeniowo stan przeciążenia ktoacutery jest
najbliższy potencjalnie występującemu w dalszej kolejności wylaniu (tab 83)
Trendy zmian standardoacutew wymiarowania kanalizacji deszczowej
Odnośnie europejskich standardoacutew wymiarowania systemoacutew kanalizacji deszczowej
pierwowzorem polskiej normy PN-EN 752 z 2008 roku była norma PN-EN 752 z lat
20002001 (tab 83a)
Tab 83a Historycznie zalecane częstości deszczu obliczeniowego do wymiarowania kanalizacji
deszczowej i dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew wg PN-EN 75220002001
Częstość deszczu
obliczeniowego )
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
Częstość
wylewoacutew
[1 raz na C lat]
1 na 1 Tereny wiejskie 1 na 10
1 na 2 Tereny mieszkaniowe 1 na 20
1 na 2
1 na 5
Centra miast tereny usług i przemysłu
- ze sprawdzaniem wystąpienia wylania
- bez sprawdzania wystąpienia wylania
1 na 30
----
1 na 10
Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp
1 na 50
) Dla deszczu obliczeniowego nie mogą wystąpić żadne przeciążenia systemoacutew
KANALIZACJA I
69
Najnowsza wersja normy PN-EN 752 z 2017 roku utrzymuje zalecane wg PN-EN 752 z
2008 roku (tab 81) częstości projektowe deszczu obliczeniowego tj C = 1 rok - dla terenoacutew
pozamiejskich (wiejskich) oraz C = 2 5 lub 10 lat - dla terenoacutew miejskich (w zależności od
rodzaju zagospodarowania terenu) ale przewiduje już możliwość przyjmowania większych
niż podane w tabelach 81 i 83b - częstości projektowych deszczu obliczeniowego (C)
Biorąc pod uwagę przewidywany wzrost częstości występowania intensywnych opadoacutew
w przyszłości do wymiarowania zwłaszcza głoacutewnych kanałoacutew i przy braku możliwości
modelowania przeciążeń (nadpiętrzeń i wylewoacutew) celowe jest już obecnie przyjmowanie
większych częstości deszczu obliczeniowego niż zalecane w standardach projektowych PN-
EN 75220002001 PN-EN 7522008 PN-EN 7522017 oraz MTiGM1999 wg propozycji
podanej w tabeli 83c - na podstawie podręcznikoacutew [1 2 3]
Tab 83b Zalecane częstości deszczu obliczeniowego do wymiarowania
kanalizacji deszczowej wg najnowszej normy PN-EN 7522017 Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
1 na 1 Tereny pozamiejskie (wiejskie)
1 na 2 Tereny mieszkaniowe
1 na 5 Centra miast tereny usług i przemysłu
1 na 10 Podziemne obiekty komunikacyjne
Przejścia i przejazdy pod ulicami itp
Tab 83c Proponowane zmiany częstości deszczy obliczeniowych dla zachowania
w przyszłości obecnie dopuszczalnych częstości wylewoacutew wg [2 3] Częstość deszczu
obliczeniowego
[1 raz na C lat]
Standard odwodnienia
- rodzaj zagospodarowania terenu
2 zamiast 1 Tereny wiejskie
5 zamiast 2 Tereny mieszkaniowe
10 zamiast 5 Centra miast tereny usług i przemysłu
50 zamiast 10 Podziemne obiekty komunikacyjne
przejścia i przejazdy pod ulicami itp Podobne zalecenia do wymiarowania systemoacutew odwodnieniowych w tym do
sprawdzania niezawodności ich działania (z uwzględnieniem kryterium nadpiętrzeń w
kanałach) są już stosowane w Belgii (Flandria) czy w Niemczech (Nadrenia Poacutełnocna -
Westfalia - wg Merkblatt Nr 433) Pozwoli to prawdopodobnie na zachowanie także w
przyszłości obecnie dopuszczalnych częstości występowania zagrożeń wylewami z kanałoacutew
Odnośnie dopuszczalnej częstość wylewoacutew z kanalizacji normy PN-EN 752 - z
20002001 r (tab 83a) i z 2008 r (tab 81) ograniczały to zagrożenie do rzadkich częstości
(C) występowania w dostosowaniu do 4 rodzajoacutew zagospodarowania przestrzennego terenoacutew
zurbanizowanych Najnowsza wersja normy PN-EN 7522017 roacuteżnicuje już dopuszczalną
częstość wylewoacutew z kanałoacutew w siedmiostopniowej skali wpływu zagrożenia na środowisko -
dla przykładowo zdefiniowanych lokalizacji terenoacutew Jednocześnie zastrzega że podane w
tabeli 83d wartości dopuszczalnych częstości wylewoacutew mogą być zaroacutewno podwyższane bdquow
przypadku szybko przemieszczających się woacuted powodziowychrdquo ale także obniżane bdquow
przypadku przebudowy istniejących systemoacutew gdy osiągnięcie tych samych kryterioacutew
projektowych dla nowych systemoacutew pociąga za sobą zbyt wysokie kosztyrdquo Ta druga
możliwość jest dyskusyjna wobec prognozowanego wzrostu częstości występowania
intensywnych opadoacutew w przyszłości Ponieważ norma nie jest aktem prawnym (wg Ustawy o
normalizacji z 2002 r) zalecenia normatywne należy traktować jako wskazoacutewki do
autorskich projektoacutew [1 2 3]
KANALIZACJA I
70
Tab 83d Kryteria oceny zagrożeń oraz dopuszczalne częstości wylewoacutew z kanałoacutew i podtopień
terenoacutew wg PN-EN 7522017
Stopień zagrożenia Przykładowe lokalizacje Częstość wylewoacutew
[1 raz na C lat]
Bardzo mały Drogi lub otwarte przestrzenie z dala od budynkoacutew 1
Mały Tereny rolnicze w zależności od wykorzystania (np
pastwiska grunty orne) 2
Mały do średniego Otwarte przestrzenie wykorzystane do celoacutew publicznych 3
Średni Drogi lub otwarte przestrzenie w pobliżu budynkoacutew 5
Średni do wysokiego Zalania zamieszkanych budynkoacutew z wyłączeniem piwnic 10
Wysoki Głębokie zalania zamieszkanych piwnic lub przejazdoacutew
pod ulicami 30
Bardzo wysoki Infrastruktura krytyczna 50
82 POROacuteWNANIE DOTYCHCZASOWYCH METOD WYMIAROWANIA
KANALIZACJI DESZCZOWEJ W POLSCE i W NIEMCZECH
821 Analiza jakościowa dotychczasowych metod czasu przepływu
W podręcznikach [1 2] poroacutewnano dwie metody (czasu przepływu) wymiarowania
kanalizacji deszczowej stosowanej dotychczas w Polsce - MGN z wzorem Błaszczyka oraz
podobnie w Niemczech - MWO z wzorem Reinholda
UWAGA Poroacutewnywane metody roacuteżnią się ilościowo - pod względem wartości obliczanych
strumieni Qm(C) lecz wykazują wysoką zgodność jakościową pod względem podobnych
przyrostoacutew strumieni przy zwiększaniu częstości opadoacutew projektowych (C)
Wykazane to będzie na przykładzie całkowicie wypełnionych kanałoacutew o przekroju
kołowym gdzie łatwo udowodnić że wzrost ich przepustowości całkowitej (Q) zależy od
średnicy kanału (d) w funkcji
3 8
1
3 8
11 d
d
dQ
dQ iii (81)
Dowoacuted Korzystając z wzoru Manninga na prędkość średnią [1 2 3]
21321iR
nh (82)
dla promienia hydraulicznego Rh = d4 i wspoacutełczynnika szorstkości kanału n = 0013 sm13
otrzymamy
21322132 5330)4
(1
idid
n (83)
stosując roacutewnanie ciągłości ruchu
ididd
AQ 3 821322
982353304
(84)
przy spadku linii energii roacutewnemu spadkowi dna kanału ii = i1 = idem otrzymamy
3 8
1
3 8
13 8
1
3 8
11 9823
9823
)(
)(
d
d
id
id
dQ
dQ iiiii (85)
Na wykresie na rys 81 przedstawiono bezwymiarowe zależności did1 od QiQ1 equiv
qmiqm1 ndash wyliczone z MGN i MWO Z wykresu wynika że dwukrotne zwiększenie wartości
częstości deszczu np z C = 1 rok na C = 2 lata powoduje wzrost wartości strumienia deszczu
o wartość mnożnika 127 - wg wzoru Błaszczyka (MGN) lub o 13 - wg wzoru Reinholda
(MWO) a więc wymaga wzrostu przepustowości kanału o rząd 30 co wymaga z kolei
wzrostu średnicy kanału tylko rzędu 10 Przykładowo dziesięciokrotne zwiększenie
wartości częstości deszczu np z C = 1 rok na C = 10 lat powoduje względny wzrost wartości
KANALIZACJA I
71
strumienia deszczu o wartość mnożnika ok 22 (w MGN i MWO) i wymaga wzrostu średnicy
kanału jedynie rzędu 35
Rys 81 Jakościowa zależność względnej średnicy kanału od względnego strumienia objętości
Jak z tego wynika bdquobezpiecznerdquo projektowanie średnic kanałoacutew na większą wartość C
np na C = 2 w poroacutewnaniu z C = 1 lub na C = 5 w poroacutewnaniu z C = 2 czy też na C = 10 w
poroacutewnaniu z C = 5 wymaga tylko nieznacznego wzrostu średnicy o około 10 a więc
praktycznie nie podnosi kosztoacutew budowy kanalizacji zapewniając jednocześnie większą
pewność poprawnego jej działania
Racjonalne jest więc zapewnianie bdquowyższego standardurdquo ochrony terenoacutew
zurbanizowanych przed wylaniami z kanalizacji poprzez podnoszenie (w pewnym zakresie)
wartości częstości obliczeniowych deszczy (C) - miarodajnych do projektowania kanalizacji
czyli obniżanie przyjmowanych wartości prawdopodobieństwa (p) ich pojawiania się
822 Analiza ilościowa dotychczasowych metod czasu przepływu
Obliczane wg MWO miarodajne do wymiarowania kanalizacji strumienie ściekoacutew
deszczowych (Qm) są znacznie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN Wynika to
głoacutewnie z roacuteżnic stosowanych modeli opadoacutew ale także z odmiennych założeń wyjściowych
samych metod obliczeniowych co do miarodajnego czasu trwania deszczu (w MWO td = tp)
czy też wartości wspoacutełczynnikoacutew spływu (s - w MWO) Wyniki obliczeń strumieni Qm wg
MWO mogą być nawet dwukrotnie większe w poroacutewnaniu do obliczanych wg MGN - dla
tych samych parametroacutew zlewni deszczowych tj czasu przepływu i częstości występowania
deszczu obliczeniowego [1 2]
W tabeli 84 poroacutewnano natężenia deszczy 10-minutowych odczytane z atlasu
KOSTRA dla granicznych polskich miast na tle zmierzonych we Wrocławiu i w Bochum
oraz obliczonych z modeli Reinholda (612) Błaszczyka (614) i Bogdanowicz-Stachy (616)
Wzajemne roacuteżnice wynikoacutew obliczeń natężeń deszczy q10C - obliczonych z modelu
Reinholda względem obliczonych z modelu Błaszczyka są rzędu 30 (tab 84 wiersz 12) -
na niekorzyść modelu Błaszczyka Średnie wartości natężeń deszczy q10C dla polskich miast
mieszczących się w zasięgu atlasu KOSTRA (z 1997 roku) są niemal identyczne ze
zmierzonymi we Wrocławiu [1 2] i zbliżone wartościami do obliczonych z modelu
Reinholda (tab 84 - wiersze 8 9 i 10) Średnie te są znacznie wyższe od obliczonych z
modelu Błaszczyka od 44 do 19 w praktycznym do projektowania kanalizacji
deszczowej zakresie C [1 10] lat (wiersz 13)
UWAGA Wg modelu Bogdanowicz-Stachy w regionie centralnym Polski (R1) natężenia
q10C są wyższe niż w regionie poacutełnocno-zachodnim (R2) Obliczane z tego modelu natężenia
deszczy poza C = 1 rok korespondują zaroacutewno ze zmierzonymi we Wrocławiu i w Bochum
jak i podanymi w atlasie KOSTRA dla polskich miast przygranicznych
KANALIZACJA I
72
Tab 84 Poroacutewnanie natężenia deszczy 10-minutowych dla wybranych polskich miast (z atlasu
KOSTRA) na tle zmierzonych we Wrocławiu i w Bochum oraz obliczonych z modeli
Reinholda (612) Błaszczyka (614) i Bogdanowicz-Stachy (616) Lp Miejscowość Natężenie deszczu q10C (w dm3(smiddotha)
dla częstości C (w latach)
Uwagi
C = 1 C = 2 C = 5 C = 10
1 Świnoujście 1352 1640 2020 2308
[Atlas KOSTRA]
2 Szczecin 1447 1776 2211 2540
3 Kostrzyń 1441 1747 2151 2457
4 Słubice 1486 1648 1863 2025
5 Gubin 1571 2019 2611 3059
6 Zgorzelec 1477 1869 2386 2778
7 Bogatynia 1410 1866 2469 2926
8 Średnio (1divide7) 1455 1795 2244 2585
9 Wrocław [106] 1483 1833 2300 2617 1960divide2009
10 Wg modelu Reinholda 1263 1642 2254 2820 q151= 100 dm3(smiddotha)
11 Wg modelu Błaszczyka 1009 1276 1725 2173 H = 600 mm
12 Roacuteżnica (10-11) (11) 252 287 307 298 -
13 Roacuteżnica (8-11) (11) 442 407 301 190 -
14 Wg Bogdanowicz-
Stachy dla regionu
R1 506 1852 2708 3220 1960divide1990
R2 506 1547 2209 2604
15 Bochum - Niemcy [10] 1600 1984 2500 2884 1951divide1980
83 METODA MAKSYMALNYCH NATĘŻEŃ DO BEZPIECZNEGO
WYMIAROWANIA KANALIZACJI DESZCZOWEJ W POLSCE
831 ZAŁOŻENIA WYJŚCIOWE MMN
W celu zapewnienia niezawodności działania systemoacutew odwadniania terenoacutew (w tym
kanalizacji deszczowej i ogoacutelnospławnej) budowanych czy modernizowanych w Polsce
zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 752 pilna staje się potrzeba zmiany dotychczasowych
metod ich wymiarowania w tym zastąpienie modelu Błaszczyka nowymi modelami opadoacutew
maksymalnych W książkach [1 2 3] zaproponowano daleko idącą modyfikację MGN
poprzez min wyeliminowanie czasoacutew opoacuteźnienia-retencji tk i tr a więc uzależnienie
opoacuteźnienia odpływu jedynie od rzeczywistego czasu trwania opadu td - roacutewnego czasowi
przepływu tp (na wzoacuter MWO) i korzystanie z wiarygodnych polskich modeli opadoacutew
maksymalnych Wykazano bowiem że warunki hydrologiczne Polski i Niemiec są
zbliżone a ponadto miarodajne do projektowania bezpiecznych systemoacutew odwodnień
terenoacutew zurbanizowanych są maksymalne wysokości opadoacutew deszczu (o czasach trwania do
kilku godzin) ktoacutere występują z reguły w okresach długotrwałych zjawisk opadowych
(trwających nawet kilka dni) Woacutewczas znaczenie koncentracji terenowej (tk) i retencji
kanałowej (tr) jest pomijalnie małe Tak więc
MMN = zasady MWO + polskie modele opadoacutew maksymalnych
Miarodajny strumień deszczu Qm (w dm3s) wg umownie nazwanej bdquometody
maksymalnych natężeńrdquo (MMN) obliczyć należy z wyjściowej postaci wzoru [1 2 3]
FCtqQ sdm )(max (86)
gdzie
qmax(td C) - maksymalne natężenie jednostkowe deszczu (w dm3s ha) dla czasu trwania
td = tp i częstości występowania C ndash z wiarygodnych modeli opadoacutew
maksymalnych - krzywych IDF (przy td min - wg tab 75)
KANALIZACJA I
73
ψs - maksymalny (szczytowy) wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych przyjmowany
w zależności od stopnia uszczelnienia powierzchni (ψ) nachylenia terenu (it) oraz
częstości deszczy C (ψs - wg tabeli 76a)
F - powierzchnia zlewni deszczowej ha W wymiarowaniu kanalizacji deszczowej oblicza się najpierw zastępczy (średni
ważony) stopień uszczelnienia powierzchni (ψ) danej zlewni obliczany z wzoru
n
i
i
n
i
ii
n
nn
F
F
FFF
FFF
1
1
21
2211
)(
(86a)
gdzie
ψi - wspoacutełczynnik spływu (i-tej) powierzchni składowej zlewnipodzlewni kanału -
Fi - (i-ta) powierzchnia składowa zlewnipodzlewni F ha
Stopień uszczelnienia powierzchni zlewni należy przyjmować z zakresu
ψ = 10 - dla szczelnych powierzchni np dachoacutew
ψ = 09divide10 - dla uszczelnionych powierzchni np jezdni placoacutew chodnikoacutew
ψ = 0divide03 - dla nieuszczelnionych powierzchni np tzw terenoacutew zielonych
Następnie ustala się wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu s wg tabeli 76 (jak
w MWO)
Tab 76a Szczytowe wspoacutełczynniki spływu (s) w zależności od stopnia uszczelnienia (ψ) i
spadkoacutew terenu (it) oraz częstości projektowych deszczy (C)
Przykład metodyczny nr 1 Dla obliczonego stopnia uszczelnienia powierzchni zlewni
ψ = 025 przy uwzględnieniu spadkoacutew terenu w granicach 1 lt it le 4 i deszczu
obliczeniowego o częstości występowania C = 5 lat na podstawie tabeli 76 interpolowana
liniowo wartość szczytowego wspoacutełczynnika spływu wynosi ψs = 0465
Przykład metodyczny nr 2 Dla ψ = 030 przy 4 lt it le 10 i C = 2 lata na podstawie
tabeli 76 ustalono ψs = 042
Miarodajny spływ powierzchniowy (o strumieniu Qm - z wzoru (86)) pochodzi z
miarodajnej - zredukowanej zlewni deszczowej o zastępczej powierzchni
Stopień
uszczel-
nienia
terenu
ψ
Szczytowe wspoacutełczynniki spływu s
Spadki terenu
it le 1 1 lt it le 4 4 lt it le 10 it gt 10
Częstości obliczeniowe deszczu C lata
C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 C=1 2 5 10 0 () 0 0 010 031 010 015 030 (046) 015 020 (045) (060) 020 030 (055) (075)
10 () 009 009 019 038 018 023 037 (051) 023 028 050 (064) 028 037 (059) (077)
20 018 018 027 044 027 031 043 056 031 035 055 067 035 043 063 080
30 028 028 036 051 035 039 050 061 039 042 060 071 042 050 068 082
40 037 037 044 057 044 047 056 066 047 05 065 075 050 056 072 084
50 046 046 053 064 052 055 063 072 055 058 071 079 058 063 076 087
60 055 055 061 070 060 063 070 077 062 065 076 082 065 070 080 089
70 064 064 070 077 068 071 076 082 070 072 081 086 072 076 084 091
80 074 074 078 083 077 079 083 087 078 08 086 090 080 083 087 093
90 083 083 087 090 086 087 089 092 086 088 091 093 088 089 093 096
100 092 092 095 096 094 095 096 097 094 095 096 097 095 096 097 098
() Stopnie uszczelnienia le 10 wymagają uwzględnienia lokalnych uwarunkowań s
KANALIZACJA I
74
Fm zr = ψs middot F (86b)
gdzie
ψs - szczytowy wspoacutełczynnik spływu woacuted deszczowych w zlewni danego kanału -
F - powierzchnia zlewni deszczowej danego kanału ha
Najkroacutetsze czasy trwania deszczu td min (w MMN) należy dobierać w zależności od
nachylenia terenu i stopnia uszczelnienia powierzchni (td min 5 10 15 minut) wg tab 75
(jak w MWO)
Tab 75 Najkroacutetsze czasy trwania deszczu (td min) w zależności
od spadku terenu (it) i stopnia uszczelnienia (ψ) do MMN
Do czasu opracowania atlasu opadoacutew maksymalnych w Polsce - na wzoacuter atlasu
KOSTRA w Niemczech (co było postulowane już w 2011 roku w I wydaniu podręcznika [1])
można sformułować następujące zalecenia co do przydatności dotychczasowych modeli
opadoacutew do wymiarowania odwodnień terenoacutew w Polsce wg MMN
odnośnie do wymiarowania sieci kanalizacyjnych
o dla częstości projektowej deszczu C = 1 rok (na terenach wiejskich) należy
stosować wiarygodne modele lokalne opadoacutew maksymalnych bądź do czasu ich
opracowania z konieczności stosować można wzoacuter Błaszczyka (dla td = tp)
jednak z niezbędną korektą częstości deszczy z C = 1 rok na C = 2 lata
o dla częstości projektowych deszczy C = 2 5 i 10 lat zaleca się stosowanie
wiarygodnych modeli lokalnych (jak np w przypadku Wrocławia) bądź modelu
Bogdanowicz-Stachy Jednak na terenach podgoacuterskich i goacuterskich (ktoacuterych nie
obejmuje model Bogdanowicz-Stachy - rys 610) z konieczności stosować można
wzoacuter Błaszczyka - z niezbędną korektą częstości deszczy (dla td = tp)
o z C = 2 lata na C = 5 lat - w II kategorii (wg tab 81)
o z C = 5 lat na C = 10 lat - w III kategorii
o z C = 10 lat na C = 20 lat - w IV kategorii odwodnienia terenu
odnośnie do wymiarowania zbiornikoacutew retencyjnych ściekoacutew deszczowych ze
względu na ich wagę w zapewnieniu niezawodności działania systemoacutew
odwodnieniowych terenoacutew należy odpowiednio zwiększyć wartości przyjmowanych
częstości projektowych opadoacutew dla zbiornikoacutew (Cz gt C) w stosunku do zalecanych
częstości projektowych do wymiarowania sieci kanalizacyjnych (na wzoacuter wytycznych
niemieckich) i korzystać tutaj z zalecanych wyżej modeli opadoacutew (tab 85)
W przypadku Wrocławia do projektowania sieci i obiektoacutew kanalizacji deszczowej
można stosować lokalny np model fizykalny opadoacutew maksymalnych zwłaszcza dla
praktycznego zakresu td [5 180] minut i C [1 10] lat postaci [1 2]
2650
max )453()530ln(681676)( dd tCCth (89)
ktoacutery po przekształceniu na maksymalne natężenia jednostkowe opadoacutew przyjmuje postać
Średni
spadek
terenu
Stopień
uszczelnienia
powierzchni
Minimalny
czas trwania
deszczu
lt 1 le 50 15 minut
gt 50 10 minut
1 do 4 gt 0 10 minut
gt 4 le 50 10 minut
gt 50 5 minut
KANALIZACJA I
75
12650
max ])453()530ln(681676[7166)(
ddd ttCCtq (89a)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu (deszczu) mm
qmax - maksymalne jednostkowe natężenie opadu dm3(smiddotha)
td - czas trwania deszczu min
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu (z przewyższeniem) lata
Tab 85 Zalecane modele opadoacutew do wymiarowania systemoacutew odwodnieniowych wg MMN [1 2]
Standard
odwodnienia
terenu
Wymagane
częstości
projektowe
Zalecane modele opadoacutew i częstości deszczy
C - do wymiarowania
sieci odwodnieniowych
Cz - do wymiarowania
zbiornikoacutew retencyjnych
- lata lata lata Tereny wiejskie C = 1 rok Modele lokalne dla C = 1 lub
model Błaszczyka dla C = 2
Modele lokalne dla Cz = 2 lub
model Błaszczyka dla Cz = 5
Tereny mieszkaniowe C = 2 lata
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 2
(Model Błaszczyka dla C = 5)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz = 5
(Model Błaszczyka dla Cz = 10)
Centra miast
tereny usług i
przemysłu
C = 5 lat
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 5
(Model Błaszczyka dla C = 10)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz ge 10
(Model Błaszczyka dla Cz ge 20)
Podziemne obiekty
komunikacyjne
przejścia przejazdy
C = 10 lat
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla C = 10
(Model Błaszczyka dla C = 20)
Modele lokalne lub model
Bogdanowicz-Stachy dla Cz ge 20
(Model Błaszczyka dla Cz ge 30)
Metoda maksymalnych natężeń (MMN) pozwoli osiągnąć w Polsce roacutewnie bezpieczne
rezultaty wymiarowania systemoacutew kanalizacyjnych jak w wypadku metod czasu przepływu
stosowanych w Niemczech (MWO i MZWS) zaroacutewno pod względem wartości miarodajnych
strumieni deszczy (Qm) jak i osiąganych częstości nadpiętrzeń (Cn) czy wylewoacutew (Cw)
Ponadto zaleca się przyjąć w Polsce jako zasadę doboacuter średnic grawitacyjnych kanałoacutew
deszczowych i ogoacutelnospławnych na niecałkowite wypełnienie ndash do 90 przepustowości
przekroju przy strumieniu Qm (według zaleceń ATV A-118)
Tak zwymiarowane (MMN) systemy kanalizacyjne obejmujące zlewnie deszczowe o
powierzchni F gt 2 km2 zaleca się dodatkowo sprawdzać pod kątem ich przepustowości
hydraulicznej (sieci i obiektoacutew) w oparciu o skalibrowane modele symulacyjne -
hydrodynamiczne dla spełnienia wymagań PN-EN 752 co do akceptowalnych społecznie
częstości nadpiętrzeń czy wylewoacutew (wg tab 81 83 i 85) Zastosowanie mają tutaj
zwłaszcza probabilistyczne modele opadoacutew maksymalnych
W przypadku Wrocławia korzystać można np z modelu opartego na rozkładzie
prawdopodobieństwa Fishera-Tippetta (typu IIImin) dla zakresu td [5 4320] minut i p [1
001] czyli C [1 100] lat o postaciach (DDF i IDF) [1 2]
8090022202420
max ln 68981197417584)( pttpth ddd (810)
lub
1
8090
022202420
max ]1
ln68981197417584[7166)(
dddd t
CttCtq (810a)
gdzie
hmax - maksymalna wysokość opadu (deszczu) mm
qmax - jednostkowe maksymalne natężenie opadu dm3(smiddotha)
td - czas trwania deszczu min
p - prawdopodobieństwo przewyższenia opadu p C -
C - częstość występowania deszczu o danym natężeniu z przewyższeniem lata
KANALIZACJA I
76
852 WYMIAROWANIE PRZYKŁADOWYCH SIECI KANALIZACYJNYCH
Na potrzeby ilustracji metod wymiarowania a następnie modelowania działania
hydrodynamicznego - przykładowo zwymiarowanych sieci kanalizacji deszczowej przyjęto
modelową zlewnię deszczową o powierzchni F = 2025 ha (tj ok 2 km2) położoną w terenie
płaskim we Wrocławiu przedstawioną schematycznie na rysunku 85 Przykład zaczerpnięto
z pracy doktorskiej B Kaźmierczaka z 2011 r pt Badania symulacyjne działania przelewoacutew
burzowych i separatoroacutew ściekoacutew deszczowych w warunkach ruchu nieustalonego do
wspomagania projektowania sieci odwodnieniowych cytowanej w [1 2]
1
2
5
4
3
6
7
10
9
8
11
12
15
14
13
16
17
20
19
18
21
22
25
24
23
26
27
30
29
28
31
32
35
34
33
86
87
90
89
88
81
82
85
84
83
76
77
80
79
78
71
72
75
74
73
66
67
70
69
68
61
62
65
64
63
56
57
60
59
58
51
52
55
54
53
46
47
50
49
48
41
42
45
44
43
36
37
40
39
38 out
Rys 85 Plan zintegrowanych powierzchni cząstkowych modelowej zlewni deszczowej
Kanalizowana zlewnia deszczowa w zabudowie mieszkaniowej składa się z 90 zlewni
cząstkowych - modułoacutew o powierzchniach 225 ha i wymiarach 150 na 150 m Średni ważony
wspoacutełczynnik spływu powierzchniowego wynosi ψ = 025 stąd powierzchnia zredukowana
zlewni Fzr = 50625 ha Projektowane kanały boczne (w liczbie 36) mają długość po 300 m
(2 odcinki po 150 m) Kolektor ma całkowitą długość 2700 m (18 odcinkoacutew po 150 m)
Obliczenia hydrologiczne i hydrauliczne kanalizacji deszczowej przeprowadzono dla 3
wariantoacutew wymiarowania sieci metodami czasu przepływu a mianowicie
(I) MGN - z modelem opadoacutew Błaszczyka (717) dla H = 590 mm (Wrocław)
(II) MGN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia (810a)
(III) MMN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia (810a)
Zestawienie założeń wyjściowych do obliczeń hydrologicznych i hydraulicznych dla 3
wariantoacutew obliczeniowych sieci kanalizacji deszczowej przedstawiono w tabeli 814
Tabela 814 Zestawienie założeń wyjściowych do obliczeń hydrologicznych i hydraulicznych
przykładowych sieci kanalizacji deszczowej (dla trzech wariantoacutew wymiarowania)
Wariant
metoda
Częstość deszczu
obliczeniowego
C lata
Czas koncentracji
terenowej
tk min
Czas
retencji
kanałowej
tr min
Minimalny czas
trwania deszczu
miarodajnego
tdm min min
Maksymalne
wypełnienie
kanału
D kanały
boczne kolektor
kanały
boczne kolektor
I MGN z
wzorem (717) 1 2 10 5 02 tp 10 do 100
II MGN z
wzorem (810a) 1 2 10 5 02 tp 10 do 100
III MMN z
wzorem (810a) 2 2 0 0 0 15 do 75
KANALIZACJA I
77
Wyniki wymiarowania
I MGN z modelem opadoacutew Błaszczyka
W I wariancie obliczeniowym - wymiarowania kanalizacji deszczowej opracowano
krzywe natężenia deszczu z wzoru Błaszczyka (717) Zredukowane (dla czasu przepływu tp)
krzywe IDF dla częstości występowania opadoacutew C = 1 i 2 lata przedstawiono na rys 86
W I wariancie dobrano średnice kanałoacutew bocznych pierwszy odcinek (150 m) ma
K030 m oraz drugi odcinek (150 m) ma K040 m Kolektor składa się z 18 odcinkoacutew o
średnicach od K080 do K160 m Obliczeniowy czas przepływu wynosi 456 min
Miarodajny strumień odpływu ściekoacutew deszczowych wynioacutesł Qm(I) = 1948 m3s
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
C=2
C=1
p Rys 86 Zredukowane krzywe natężenia deszczu (IDF) z wzoru Błaszczyka do MGN
II MGN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W II wariancie obliczeniowym opracowano krzywe natężenia deszczu do MGN z
modelu opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia Zredukowane (od czasu przepływu tp) krzywe
IDF z wzoru (810a) dla częstości występowania opadoacutew C = 1 i 2 lata przedstawiono na
rys 87
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
p
C=2
C=1
Rys 87 Zredukowane krzywe natężenia deszczu (IDF) z modelu opadoacutew
maksymalnych dla Wrocławia do MGN
W II wariancie kanały boczne mają średnice K040 m i K050 m Kolektor składa się z
18 odcinkoacutew o średnicach K080 m do K20 m Czas przepływu w sieci wynosi 4385 min
Przyjmując miarodajny strumień odpływu ściekoacutew deszczowych z I wariantu Qm(I) = 1948
m3s za 100 to strumień odpływu w II wariancie Qm(II) = 3049 m3s jest wyższy o 56
III MMN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W III wariancie obliczeniowym na podstawie założeń wyjściowych (tab 814)
opracowano krzywą natężenia deszczu do MMN - z modelu (810a) opadoacutew maksymalnych
dla Wrocławia Krzywą IDF dla C = 2 lata i td min = 15 minut przedstawiono na rysunku 88
KANALIZACJA I
78
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
25
50
75
100
125
150
175
200
t min
q dm
s
ha
3
p
C=2
Rys 88 Krzywa natężenia deszczu (IDF) z modelu opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia do MMN
W III wariancie kanały boczne mają średnice K040 m i K060 m a kolektor - od
K080 m do K220 m Czas przepływu wynosi 433 min Strumień ściekoacutew deszczowych w
III wariancie Qm(III) = 3700 m3s jest wyższy aż o 90 wzgl I wariantu (Qm(I) = 1948 m3s)
853 MODELOWANIE DZIAŁANIA PRZYKŁADOWO ZWYMIAROWANYCH SIECI
KANALIZACYJNYCH
W celu weryfikacji występowania nadpiętrzeń w kanałach w przykładowo
zaprojektowanych sieciach należy zgodnie z zaleceniami DWA-A 1182006 obciążyć
zlewnię modelową deszczem o częstości występowania C = 3 lata (wg tab 83) i czasie
trwania dwukrotnie przewyższającym czas przepływu w sieci Ponieważ w zaprojektowanych
zlewniach modelowych (średni) czas przepływu jest rzędu 45 min opracowano na podstawie
wzoru (810) na maksymalną wysokość deszczu we Wrocławiu opad modelowy o czasie
trwania t = 90 min Do symulacji działania sieci wykorzystano oprogramowanie SWMM 50
Ideą opadoacutew modelowych jest oddanie w sposoacuteb zbliżony do rzeczywistości przebiegu
typowych opadoacutew - o zmiennej w czasie intensywności Przykładem jest model Eulera typu
II zalecany min do symulacji działania kanalizacji w Niemczech a obecnie w Polsce [1 2]
Jego przydatność potwierdziła Wartalska w pracy doktorskiej z 2019 r oraz w monografii ndash wg Wartalska KE Kotowski A Metodyka tworzenia wzorcoacutew opadoacutew do modelowania odwodnień
terenoacutew Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2020
Rys 3 Opad modelowy Eulera typu II o C = 3 lata i t = 90 min dla Wrocławia [1 2]
Wyniki modelowania
Ad I Sieć deszczowa zwymiarowana MGN z modelem opadoacutew Błaszczyka
W celu weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zwymiarowanej w 3 wariantach obciążono zlewnię opracowanym opadem modelowym
Eulera typu II dla warunkoacutew wrocławskich Z sumarycznej wysokości opadu (2675 mm)
czwarta jego część (ψ = 025) przekształcana była w spływ powierzchniowy i trafiała do
kanalizacji Profil kolektora wraz z maksymalnymi wypełnieniami w czasie trwania opadu
(31-sza min) dla zwymiarowanej w I wariancie sieci kanalizacyjnej podano na rys 810
KANALIZACJA I
79
Rys 810 Profil kolektora w 31 minucie trwania opadu modelowego
w I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Zaprojektowana w I wariancie sieć kanalizacji deszczowej nie ma odpowiedniej
przepustowości hydraulicznej aby bez nadpiętrzeń do poziomu terenu odprowadzać
modelowane spływy ściekoacutew deszczowych Jak pokazano na rysunku 810 praktycznie cały
kolektor poza ostatnim odcinkiem pracuje pod ciśnieniem w czasie trwania zadanego
opadu modelowego Nadpiętrzenia rzędu kilku metroacutew w tym do powierzchni terenu (i
wylania) występują w większości węzłoacutew obliczeniowych kolektora W przypadku kanałoacutew
bocznych roacutewnież mamy do czynienia z licznymi nadpiętrzeniami
Sumaryczna objętość ściekoacutew ktoacutere podczas trwania opadu modelowego nie zmieściły
się lub wylały się z sieci wynosi 1291 m3 Większa część z tej objętości to ścieki deszczowe
ktoacutere wylały się w początkowych odcinkach sieci - w węzłach obliczeniowych gdzie
zagłębienie kolektora jest najmniejsze Łącznie wylania zanotowano aż w 71 węzłach
obliczeniowych czyli w 71 zintegrowanych zlewniach cząstkowych
Węzły obliczeniowe w ktoacuterych nastąpiły wylania przedstawiono schematycznie na
rysunku 814 Tylko w przypadku 19 z 90 węzłoacutew napiętrzenia nie osiągnęły w żadnej chwili
czasowej trwania opadu modelowego poziomu terenu
Rys 814 Miejsca spiętrzeń powyżej poziomu terenu w modelowej zlewni
w I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
W I wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej maksymalny modelowy
strumień objętości na ostatnim odcinku kolektora wynioacutesł Qmax(I) = 516 m3s
Ad II Sieć deszczowa zwymiarowana MGN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
W celu weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zaprojektowanej w II wariancie obciążono ją roacutewnież opadem modelowym Eulera typ II o
częstości występowania C = 3 lata i o czasie trwania t = 90 min (analogicznie jak w
przypadku I wariantu) Profil kolektora wraz z wypełnieniami w wybranym czasie trwania
opadu (31 minuta) przedstawiono na rysunku 816
KANALIZACJA I
80
Rys 816 Profil kolektora w 31 minucie trwania opadu modelowego
w II wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Jak widać z rysunku 816 napiętrzenia na początkowych odcinkach kolektora w
przedstawionej chwili czasowej symulacji osiągają poziom terenu Środkowe i po części
końcowe odcinki kolektora pracują już pod niewielkim ciśnieniem W przypadku
początkowych kanałoacutew bocznych także mamy do czynienia z nadpiętrzeniami do poziomu
terenu Sumaryczna objętość ściekoacutew ktoacutere podczas trwania deszczu modelowego nie
zmieściły się lub wylały się z sieci wynosi 20 m3 Łącznie wylania zanotowano w 12
węzłach (rys 819)
Rys 819 Miejsce nadpiętrzeń do poziomu terenu w modelowej zlewni
w II wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
Maksymalny modelowy strumień objętości (w II wariancie) na ostatnim odcinku
kolektora wynosił Qmax(II) = 611 m3s
Ad III Sieć deszczowa zwymiarowana MMN z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
Do weryfikacji przepustowości hydraulicznej sieci kanalizacji deszczowej
zaprojektowanej w III wariancie obciążono ją roacutewnież opadem modelowym Eulera typ II o
częstości C = 3 lata i o czasie trwania t = 90 min Profil kolektora (34 minuta) przedstawiono
na rysunku 821
Rys 821 Profil kolektora w 34 minucie trwania opadu modelowego
w III wariancie zwymiarowanej kanalizacji deszczowej
KANALIZACJA I
81
Jak wynika z rysunku 821 praktycznie cały kolektor pracuje ze swobodnych lustrem
ściekoacutew W przypadku wszystkich kanałoacutew bocznych nadpiętrzenia do poziomu terenu
roacutewnież nie występują - brak wylewoacutew z kanałoacutew Maksymalny strumień objętości
przepływu (w III wariancie) na ostatnim odcinku kolektora wynosił Qmax(III) = 695 m3s
854 WNIOSKI Z ANALIZ DZIAŁANIA PRZYKŁADOWO ZWYMIAROWANYCH SIECI
KANALIZACYJNYCH
Przeprowadzone badania miały na celu weryfikację przydatności do bezpiecznego
projektowania sieci (i obiektoacutew) kanalizacyjnych tzw metod czasu przepływu Zestawienie
wynikoacutew wymiarowania i analiz działania modelowych sieci kanalizacyjnych (dla trzech
wariantoacutew) przedstawiono w tabeli 818
Tab 818 Zestawienie wynikoacutew wymiarowania i modelowania działania przykładowych sieci
kanalizacyjnych w terenie płaskim w warunkach wrocławskich
Wariant
obliczeń
Parametry projektowe kanalizacji deszczowej Parametry modelowe
Strumień
odpływu
Qm
Objętość
sieci
VK
Wskaźnik
objętości
VKj
Rezerwa
systemu
VR
Maksymalny
wymiar
kolektora
Maksymalne
zagłębienie
kolektora
Strumień
modelowy
Qmax
Liczba
wylewoacutew
Lw
Objętość
wylewoacutew
Vw
m3s m3 m3ha m m ppt m3s - m3
I 1948 4849 239 22 K16 599 516 71 1291
II 3049 7234 357 22 K20 591 611 12 20
III 3700 9825 485 28 K22 533 695 0 0
Przeprowadzone analizy wskazały jednoznacznie że bezpieczną metodą czasu
przepływu jest MMN - z modelem opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia ze względu na
brak nadpiętrzeń do powierzchni terenu i wylewoacutew z kanalizacji Wzoacuter Błaszczyka i ogoacutelnie
MGN znacznie niedoszacowuje miarodajny do wymiarowania sieci strumień objętości
ściekoacutew deszczowych ze względu na licznie występujące nadpiętrzenia do powierzchni
terenu i wylania Proacuteba zastosowania w MGN wzoru opadoacutew maksymalnych dla Wrocławia
też nie przyniosła zadawalających wynikoacutew - zmalała jedynie liczba nadpiętrzeń i objętość
wylewoacutew z kanalizacji
UWAGA Praktyczne wskazoacutewki do symulacji działania kanalizacji podano w monografiach
1 Kaźmierczak B Kotowski A Weryfikacja przepustowości kanalizacji deszczowej w
modelowaniu hydrodynamicznym Oficyna Wyd Politechniki Wrocławskiej 2012
2 Nowakowska M Kotowski A Metodyka i zasady modelowania odwodnień terenoacutew
zurbanizowanych Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2017
Zalecenia do doboru wymiaroacutewśrednic kanałoacutew deszczowych
Biorąc pod uwagę prognozowany wzrost intensywności opadoacutew w przyszłości jako
minimalną średnicę kanałoacutew deszczowych w miastach zaleca się już obecnie przyjmować
Dmin = 040 m a tylko w uzasadnionych przypadkach można stosować Dmin = 030 m (jak wg
dotychczasowych WTP) - na początkowych odcinkach sieci przy znacznych spadkach terenu
- na podstawie wynikoacutew modelowania hydrodynamicznego w wyżej omoacutewionym
przykładzie a także dla obciążeń zlewni w przyszłości tj symulacji komputerowych
obecnymi opadami o C = 5 lat i 100 lat ndash wg rozdz 855 w podręczniku [2])
Analogicznie uwzględniając zmiany klimatu celowe jest także zwiększenie minimalnej
średnicy przykanalikoacutew deszczowych z wpustoacutew ulicznych - z obecnej D = 015 m na
D = 020 m a także zwiększenie ich liczby (z typowym rusztem 04x06 m) tj zmniejszenie
rozstawoacutew z obecnie zalecanych le 30 m do rozstawoacutew le 25 m - w zależności od klasy drogi
i spadkoacutew niwelety jezdni - wg tabeli 10
KANALIZACJA I
82
Tab 10 Zalecane odstępy między wpustami ulicznymi podane w [1 2]
Maksymalny odstęp
między wpustami [m]
Spadek podłużny
niwelety drogi []
le 25 gt 10
le 15 05 do 10
le 10 lt 05
Minimalne spadki dna kanałoacutew deszczowych można określać ze znanej formuły
imin = 1D (imin w [permil] dla D w [m]) Przykładowo dla Dmin = 040 m imin = 1040 = 25permil
przy czym dla D ge 10 m imin = 10permil Spadek maksymalny kanałoacutew deszczowych (imax)
powinien wynikać z warunku nieprzekraczania prędkości maksymalnej Vmax = 50 ms ndash w
warunkach całkowitego wypełnienia danego przekroju (średnicy) kanału Przykładowo dla
Dmin = 040 m imax = 90permil [1 2 3]
Kanały deszczowe należy dobierać na niecałkowite wypełnienie - odpowiednio do 90
przepustowości całkowitej (Qo) danego przekroju (np średnicy D) kanału - wg zaleceń DWA-
A118 z 2006 r czyli do względnego wypełnienia [1 2 3]
hD lt 075 - dla kanałoacutew o przekroju kołowym (o średnicy D)
hH lt 079 - dla kanałoacutew jajowych (o wysokości przekroju H = 15B) oraz
hH lt 072 - dla kanałoacutew dzwonowych (o wysokości przekroju H = 085B gdzie B
oznacza szerokość przekroju w tzw pachach)
Przykład metodyczny Przyporządkowanie pośrednich średnic kanałoacutew na odcinkach
kolektora A-B-C-D Kolektor ściekowy AD podzielono na 3 odcinki i obliczono miarodajne
strumienie ściekoacutew QB QC i QD
ndash dla odcinka AB ndash dla QB i spadku dna kanału ik1 dobrano D1 = 06 m
ndash dla odcinka BC ndash dla QC i spadku dna kanału ik2 dobrano D2 = 08 m
ndash dla odcinka CD ndash dla QD i spadku dna kanału ik3 dobrano D3 = 12 m
Do wyznaczenia położenia pośrednich średnic kolektora pomocny jest wykres (rys 58)
Q = f(LAD) na podstawie ktoacuterego zakładając proporcjonalny przyrost strumienia na długości
można określić położenie innych średnic np D = 03 m D = 04 m D = 05 m i D = 10 m
Rys 58 Wykres metodyczny do określania położenia pośrednich średnic kanałoacutew
UWAGA Spadek dna kanału o średnicy Di musi być odpowiedni dla tej średnicy (ik min ge
1Di)
KANALIZACJA I
83
9 PODSTAWY WYMIAROWANIA HYDRAULICZNEGO PRZEWODOacuteW
ŚCIEKOWYCH I KANAŁOacuteW
91 RODZAJE I KLASYFIKACJE PRZEPŁYWOacuteW CIECZY
W kanałach przewodach ściekowych i obiektach kanalizacyjnych wyroacuteżnić można pod
względem hydraulicznym trzy zasadniczo roacuteżniące się przepływy cieczy [2 39 64 69 72
84 189 232]
pod ciśnieniem - pełnym przekrojem przewodu ściekowego (kanału)
o swobodnej powierzchni - przy częściowym wypełnieniu kanału
o swobodnej strudze - np przez koronę przelewu
Odrębną grupę stanowią przepływy ciśnieniowe o ruchu wirowym spotykane min w
urządzeniach do dławienia energii czy regulatorach hydrodynamicznych
Gdy parametry ruchu cieczy takie jak ciśnienie prędkość przepływu i przyspieszenie
nie zmieniają się w czasie i w przestrzeni to taki ruch jest ustalony W przeciwnym
wypadku tj gdy parametry ruchu są funkcjami zaroacutewno położenia jak i czasu ruch taki jest
nieustalony Powiązanie parametroacutew ruchu cieczy z geometrią przewodoacutew ściekowych czy
kanałoacutew ujmują układy roacutewnań roacuteżniczkowych de Saint-Venanta o roacuteżnym stopniu
uproszczeń stosowanych do ich wymiarowania (tab 91)
Tab 91 Założenia wyjściowe do obliczeń hydraulicznych kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych
odnośnie rodzaju ruch cieczy wg ATV-A110 [1 2]
Oznaczenia do tabeli 91
x ndash wspoacutełrzędna drogi t ndash wspoacutełrzędna czasu Q ndash strumień objętości q ndash jednostkowy
dopływodpływ boczny (przyjmowany jako ustalony) A ndash powierzchnia przekroju poprzecznego
strumienia cieczy i ndash spadek dna J ndash spadek linii energii wywołany tarciem h ndash wysokość
napełnienia kanału względnie wysokość ciśnienia w przewodach całkowicie wypełnionych v ndash
średnia prędkość przepływu g ndash przyspieszenie ziemskie
Przy rozwiązaniu pełnego układu roacutewnań roacuteżniczkowych ruchu cieczy tj roacutewnania
zachowania pędu i roacutewnania zachowania masy (ciągłości przepływu) - oznaczonego w tab
91 jako bdquo0rdquo - metoda obliczeniowa jest dokładna dla roacuteżnych stanoacutew i uwarunkowań
systemowych w wyniku powiązania strumieni przepływu i poziomoacutew cieczy z parametrami
geometrycznymi przewodoacutew a także średnią prędkością przepływu Znajduje zastosowanie
do modelowania działania systemoacutew kanalizacyjnych w czasie rzeczywistym Układ roacutewnań
oznaczony jako bdquo1rdquo ma ścisłe zastosowanie do kanałoacutewprzewodoacutew tranzytowych - bez
KANALIZACJA I
84
bocznych dopływoacutewodpływoacutew Dalsze uproszczenia tj pominięcie pierwszego czy drugiego
członu roacutewnania ruchu (postaci bdquo1rdquo) może już prowadzić do błędoacutew obliczeniowych (postać
bdquo4rdquo) Jednak błędy te mogą mieć tendencje przeciwstawne - w części znoszące się
Układy roacutewnań roacuteżniczkowych ruchu cieczy (de Saint-Venanta) nie są rozwiązywalne
analitycznie - poza postacią oznaczoną w tab 91 jako bdquo7rdquo - bdquoprzepływ normalnyrdquo
Konieczne jest więc stosowanie metod numerycznych przybliżonego ich rozwiązywania
Odcinki kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych cechuje na ogoacuteł stały przekroacutej poprzeczny
niezmienny spadek podłużny dna i stała na ogoacuteł chropowatośćszorstkość ścian Przy ich
wymiarowaniu przepływy ściekoacutew są traktowane najczęściej jako ustalone i roacutewnomierne
(chwilowo niezmienne) co dla strumienia miarodajnego (maksymalnego) Qm jest jak
dotychczas podstawą doboru wymiaroacutew liniowych kanału czy przewodu Dla kanałoacutew
częściowo wypełnionych zakłada się że rozwiązanie roacutewnania ruchu cieczy (postaci bdquo7rdquo ndash
tab 91) i = J mieści się w klasie dokładności danych wyjściowych dotyczących głoacutewnie
strumienia przepływu
92 PRZEPŁYWY PEŁNYM PRZEKROJEM PRZEWODU
921 METODY I WZORY WYJŚCIOWE
Podczas przepływu cieczy newtonowskiej (ścieki - woda) w przewodach zamkniętych
powstają naprężenia styczne (opory ruchu) wywołane lepkością określane jako straty
hydrauliczne Wysokość liniowych strat hydraulicznych (Δh) w całkowicie wypełnionym
rurociągu o długości l i średnicy wewnętrznej d wyraża wzoacuter Darcy-Weisbacha
gR
l
gd
lh
h 242Δ
22
(93)
gdzie
λ - wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych (tarcia) -
- średnia prędkość strumienia cieczy w przekroju poprzecznym rurociągu ms
g - przyśpieszenie ziemskie ms2
Rh - promień hydrauliczny stosunek powierzchni przekroju poprzecznego (A) strumienia
cieczy do obwodu zwilżonego (U) Rh = d4 - dla przewodoacutew o przekroju kołowym
całkowicie wypełnionych m
Dla izotermicznych (bez wymiany ciepła) przepływoacutew turbulentnych cieczy mających
znaczenie praktyczne w sieciach kanalizacyjnych (i wodociągowych) tzn przy wartościach
liczby Reynoldsa Re gt 4000 (gdzie Re = d1306middot10-6) w literaturze naukowo-technicznej
dostępnych jest wiele wzoroacutew określających wartość wspoacutełczynnika λ - najczęściej w
odniesieniu do konkretnych materiałoacutew przewodoacutew Ich ogoacutelna postać zależy od strefy w
jakiej odbywają się przepływy wodyściekoacutew
W ruchu turbulentnym wyodrębnia się trzy takie strefy a mianowicie
strefę I - przepływoacutew w przewodach hydraulicznie gładkich gdzie λ = f1 (Re)
strefę II - przepływoacutew przejściowych λ = f2 (Re kd)
strefę III - przepływoacutew o kwadratowej zależności oporoacutew λ = f3 (kd)
Wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych (λ) zaleca się obliczać z uwikłanej postaci wzoru
Colebrooka-Whitersquoa
hR
k
d
k
4713Re
512log2
713Re
512log2
1
(94)
gdzie
k - zastępcza chropowatość wewnętrznych ścian przewodu m
KANALIZACJA I
85
Re - liczba Reynoldsa Re = dν equiv 4Rhν -
ν - wspoacutełczynnik lepkości kinematycznej cieczy m2s
Wzoacuter (94) ma uniwersalny charakter obejmujący swoim zakresem wszystkie 3 strefy
przepływoacutew turbulentnych
Dla przepływoacutew w III strefie jako alternatywną do metody bazującej na wzorach
Darcy-Weisbacha (93) i Colebrooka-Whitersquoa (94) do wymiarowania przewodoacutew wodnych
w tym kanałoacutew ściekowych całkowicie wypełnionych stosowana jest metoda oparta na
wzorze Chezy-Manninga na prędkość średnią (w ms) o dogodnej postaci analitycznej
21321JR
nJRC hhM (99)
gdzie
n - wspoacutełczynnik szorstkości przewodu sm13
Rh - promień hydrauliczny m
J - jednostkowy spadek energii wywołany tarciem (J = Δhl) -
CM - wspoacutełczynnik Cheacutezy do wzoru Manninga m12s
61
61
4
11
d
nR
nC hM (910)
Wspoacutełczynnik szorstkości (n) zależy od stanu hydraulicznego przewodoacutew - analogicznie
jak zastępcza chropowatość (k) [1 2] W normie PN-EN 752 definiowany jest jako
wspoacutełczynnik Manninga K = 1n ktoacuterego wartość w III strefie określa wzoacuter
k
d
dgK
73log
324
61
(911)
923 DOBOacuteR PRZEKROJOacuteW PRZEWODOacuteW I KANAŁOacuteW CIŚNIENIOWYCH
W praktyce na wartość wspoacutełczynnika oporoacutew liniowych (λ) wpływ mają roacutewnież
straty miejscowe - na połączeniach odcinkoacutew rur na niedokładnościach osiowego ułożenia
przewodu na zmianach spadkoacutew dna czy kierunkoacutew tras przewodu czy też niecałkowicie
kołowego kształtu przekroju poprzecznego rur (zwłaszcza tworzywowych - wynikających z
wad zabudowy) a także wynikające z efektoacutew starzenia się przewodoacutew wodnych w czasie
eksploatacji (prowadzących do spadku przepływności) możemy zapisać
ggR
lhhh
h
ml224
Δ22
(929)
Nieliniowe straty miejscowe (Δhm w m) można rozłożyć roacutewnomiernie na długości
przewodu uzyskując tym samym zastępczą chropowatość eksploatacyjną (ke) i woacutewczas
l
Rhe
4 (930)
gdzie
λe - wspoacutełczynnik oporoacutew dla zastępczej chropowatości eksploatacyjnej ke -
λ - wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych wywołany chropowatością k wg (94) -
ξ - wspoacutełczynnik oporoacutew miejscowych wywołany zaburzeniem rozkładu prędkości -
Po uwzględnieniu (929) i (930) i przekształceniu (928) na spadek linii energii
otrzymamy
gRl
hJ
h
e24
1 2
(931)
gdzie
KANALIZACJA I
86
J - jednostkowy sumaryczny spadek energii (spadek hydrauliczny) wywołany tarciem i
oporami miejscowymi na odcinku kanału o długości l
Przekształcając (931) ze względu na
gdJJgRe
h
e
21
81
(932)
i wykorzystując ogoacutelną postać wzoru (94) Colebrooka-Whitersquoa dla liczby Reynoldsa
Re = 4Rh ν equiv d ν zapisanego jako
h
e
eheR
k
R 47134
512log2
1
(933)
po podstawieniu (933) do (932) i dalszych przekształceniach otrzymamy wzoacuter na średnią
prędkość przepływu (w ms)
JgRR
k
JgRRh
h
e
hh
8471384
512log2
(934)
Stosując roacutewnanie ciągłości ruchu Q = A (gdzie A - pole powierzchni przekroju
poprzecznego przewodu m2) otrzymamy ostatecznie ogoacutelny wzoacuter analityczny na strumień
objętości przepływu (Q w m3s)
AJgRR
k
JgRRQ h
h
e
hh
8
471384
512log2
(935)
skąd dla przewodoacutewkanałoacutew o kołowym kształcie przekroju poprzecznego - o średnicy d (w
m) całkowicie wypełnionych Rh = d4
dJdd
k
dJdQ e 2
713
5670log 9576
(936)
Wg ATV-A110 do wymiarowania przewodoacutew ściekowych i kanałoacutew tranzytowych
działających pod ciśnieniem (w tym tworzywowych) zaleca się przyjmować uśrednioną
wartość zastępczej chropowatość eksploatacyjnej w wysokości ke = 025 mm Wartość ta nie
uwzględnia jednak strat miejscowych na armaturze kolanach i łukach kształtkach
połączeniowych wlotach i wylotach ściekoacutew w obiektach kanalizacyjnych takich jak syfony
rury dławiące czy reduktory ciśnienia Straty te należy ustalać indywidualnie Wskazoacutewki
znaleźć można min w pracy [2] Wspoacutełczynnik lepkości kinematycznej wody w temperaturze 10ordmC (28315 K) wynosi
ν10 = 1306 10-6 m2s a dla ściekoacutew przyjmuje się odpowiednio [1 2 3]
ν10 = 133 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 100 mgdm3
ν10 = 137 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 300 mgdm3
ν10 = 143 10-6 m2s ndash przy stężeniu zawiesin ok 600 mgdm3
W celu ułatwienia doboru przekroi - średnic przewodoacutew czy kanałoacutew ciśnieniowych (np
przewodoacutew tłocznych pompowni ściekoacutew) można posługiwać się nomogramami
opracowanymi do wzoru Colebrooka-Whitersquoa dla przyjętej wartości zastępczej chropowatości
eksploatacyjnej k = ke Przykładowo wykorzystując nomogramem logarytmiczny
przedstawiony na rysunku 95 dotyczący ciśnieniowych przewodoacutewkanałoacutew żelbetowych o
przekroju kołowym dla k = ke = 10 mm i lepkości wody ν10 = 1306 10-6 m2s można dla
ustalonej wartości strumienia Q (w dm3s) i założonej prędkości przepływu ( w ms)
dobierać średnicę (d w mm) przewodu a następnie odczytać wartość spadku linii ciśnienia (J
w promilach)
KANALIZACJA I
87
Rys 95 Przykładowy nomogram logarytmiczny do doboru przewodoacutew żelbetowych (ciśnieniowych)
o przekroju kołowym wg wzoru Colebrooka-Whitersquoa dla k = 10 mm (ν10 = 1306 10-6 m2s)
93 PRZEPŁYWY W KANAŁACH CZĘŚCIOWO WYPEŁNIONYCH
931 METODY I WZORY WYJŚCIOWE
U podstaw obliczeń hydraulicznych służących do doboru wymiaroacutew liniowych kanałoacutew
czy przewodoacutew grawitacyjnych działających ze swobodnym zwierciadłem cieczy (tj
częściowo wypełnionych) leży założenie upraszczające iż mamy do czynienia z ruchem
ustalonym i roacutewnomiernym Odcinki kanałoacutew i przewodoacutew ściekowych cechuje na ogoacuteł stały
przekroacutej poprzeczny niezmienny spadek podłużny dna oraz stała chropowatośćszorstkość
ścian W ruchu roacutewnomiernym (ustalonym) występuje wzajemna roacutewnoległość dna kanału
(i) wysokości zwierciadła cieczy (hn(Q)) i linii wysokości energii (J = i) a rozkłady
prędkości są jednakowe we wszystkich przekrojach poprzecznych na danym odcinku kanału
( = idem)
Wychodząc z ogoacutelnej postaci wzoru Darcy-Weisbacha (93) na wysokość liniowych
strat hydraulicznych po uwzględnieniu dodatkowo oporoacutew miejscowych wg (929)divide(931)
otrzymamy dla przewodoacutew i kanałoacutew ściekowych częściowo wypełnionych wzoacuter na spadek
hydrauliczny
gR
il
h
h
e24
1 2
(940)
gdzie
Δh - roacuteżnica wysokości den kanału na odcinku o długości l roacutewna roacuteżnicy wysokości
wypełnień normalnych h = hn (w ruchu roacutewnomiernym) Δh = imiddotl m
i - spadek dna kanału roacutewny sumarycznemu spadkowi linii energii - wywołanej tarciem i
oporami miejscowymi (na odcinku l) -
λe - wspoacutełczynnik oporoacutew dla zastępczej chropowatości eksploatacyjnej ke -
KANALIZACJA I
88
Rh - promień hydrauliczny Rh = AU m
A - powierzchnia przekroju poprzecznego strumienia cieczy m2
U - obwoacuted zwilżony m
- średnia prędkość strumienia cieczy ms
g - przyśpieszenie ziemskie ms2
Promień hydrauliczny w przypadku przewodoacutew i kanałoacutew całkowicie wypełnionych
jest miarą hydrauliczną roacuteżnych kształtoacutew przekroi poprzecznych (kołowych jajowych
dzwonowych itp) W przypadku przewodoacutew i kanałoacutew częściowo wypełnionych pełni
dodatkowo rolę miary hydraulicznej stopnia wypełnienia przekrojoacutew - np hD ndash wg rysunku
96
Rys 96 Schemat hydrauliczny kanału zamkniętego częściowo wypełnionego (AU = Rh)
Pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy w kanale o przekroju
kołowym przy częściowym - względnym wypełnieniu ηh = hD oblicza się z zależności
geometrycznych
22
2112121arccos4 D
h
D
h
D
hDAn
(941)
gdzie
An ndash pole powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy przy wypełnieniu
(normalnym) h = hn m2
D - wewnętrzna średnica kanału m
Zależność pomiędzy polem powierzchni przekroju poprzecznego strumienia cieczy przy
częściowym wypełnieniu (An) a polem powierzchni całego przekroju poprzecznego kanału
(A) - o średnicy D ujmuje wskaźnik względnej powierzchni (ηA) postaci
D
h
D
h
A
An
A 21arccos2sin21arccos22
1
(942)
Promień hydrauliczny Rh w tym dla względnego wypełnienia przekroju hD oblicza się
z ogoacutelnej postaci wzoru
Dh
DhDhDRh
21arccos
211211
4
2
(943)
Związek pomiędzy promieniem hydraulicznym przy częściowym wypełnieniu a
promieniem hydraulicznym całego przekroju poprzecznego rur określa się z zależności
geometrycznych dla przekroju kołowego
Dh
Dh
R
R
h
hn
Rh21arccos2
21arccos2sin1
(944)
gdzie
ηRh - wskaźnik względnego promienia hydraulicznego -
Rh - promień hydrauliczny przewodu o (wewnętrznej) średnicy D przy całkowitym
wypełnieniu Rh = AU = D4 m
Rhn - promień hydrauliczny strumienia cieczy przy częściowym wypełnieniu
(normalnym) h = hn m
Obliczanie przepływoacutew cieczy w kanałach czy przewodach ściekowych częściowo
wypełnionych zaleca się obecnie opierać na wzorze Colebrooka-Whitersquoa przy przyjęciu
KANALIZACJA I
89
zastępczej chropowatości eksploatacyjnej (ke) Tym samym odstępuje się od stosowania
wzoru Manninga ze wspoacutełczynnikiem szorstkości (n) jako mniej uniwersalnego właściwego
jedynie dla przepływoacutew turbulentnych w III strefie (tzw kwadratowego prawa oporoacutew)
Norma PN-EN 7522008 dopuszcza jednak stosowanie wzoru Manninga w zmienionej
postaci [1 2] (ze wspoacutełczynnikiem Manninga K = 1n - wg wzoru (911))
2132
6173
log32
4 iRk
D
Dg h
(945)
gdzie ogoacutelnie D = 4Rh
Przekształcając wzoacuter Darcy-Weisbacha (93) - ściślej roacutewnanie (940) ze względu na
igRh
e
81
(946)
i wykorzystując wzoacuter (94) Colebrooka-Whitersquoa dla Re = 4Rhν po odpowiednich
przekształceniach otrzymamy wzoacuter na średnią prędkość przepływu (w ms)
igRR
k
igRRh
h
e
hh
8471384
512log2
(947)
Stosując roacutewnanie ciągłości ruchu Q = An gdzie An - pole powierzchni przekroju
poprzecznego strumienia cieczy przy częściowym wypełnieniu (hn = h) otrzymamy postać
ogoacutelną wzoru analitycznego na strumień objętości przepływu w ruchu roacutewnomiernym
ustalonym (i = J)
nhn
hn
e
hnhn
n AigRR
k
igRRQ
8
471384
512log2
(948)
ktoacutery dla przekroju kołowego uwzględniając zapis An wg (941) przyjmie szczegoacutełową
postać (949) dla h = hn
22 211
21
21arccos8
84148
62750log2
4 D
h
D
h
D
higR
R
k
igRR
DQ hn
hn
e
hnhn
n
(949)
Wg ATV-A110 do wymiarowania grawitacyjnych przewodoacutew ściekowych i kanałoacutew
działających przy częściowym wypełnieniu zaleca się przyjmować uśrednione wartości
zastępczej chropowatość eksploatacyjnej w wysokości
ke = 050 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew tranzytowych ze studzienkami o kinetach do
wysokości przekroju kanału
ke = 075 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew zbierających ścieki ze studzienkami o
kinetach do wysokości przekroju kanału
ke = 15 mm - dla przewodoacutewkanałoacutew zbierających ścieki ze studzienkami o
kinetach do wysokości połowy przekroju kanału
Podane wartości nie uwzględniają strat miejscowych na armaturze zmianach
kierunkoacutew tras wlotach i wylotach ściekoacutew w obiektach kanalizacyjnych Straty te należy
ustalać dodatkowo
932 DOBOacuteR PRZEKROJOacuteW PRZEWODOacuteW I KANAŁOacuteW CZĘŚCIOWO
WYPEŁNIONYCH
Posługiwanie się wzorami analitycznymi na strumień Q a zwłaszcza na Qn stwarza dużą
trudność ze względu na ich uwikłaną postać W celu ułatwienia obliczeń hydraulicznych
kanałoacutew niecałkowicie wypełnionych opracowano charakterystyki sprawności hydraulicznej
roacuteżnych przekroi kanałoacutew tj zależności na wskaźniki względnych prędkości przepływu η =
n oraz względnych strumieni objętości ηQ = QnQ Przykładowo dla przekroju kołowego
KANALIZACJA I
90
stosując metodologię opartą na wzorze Colebrooka-Whitersquoa przy przyjęciu pewnych
uproszczeń (bowiem przy częściowym wypełnieniu zaroacutewno jak i Q zależą roacutewnież od i
oraz k) otrzymamy wg Franke [2 54]
85
h
hnn
R
R
(952)
oraz
85
h
hnnn
QR
R
A
A
Q
Q (953)
gdzie
η - wskaźnik względnych prędkości przepływu stosunek prędkości n przy częściowym
wypełnieniu (h = hn) do prędkości przy całkowitym wypełnieniu przekroju (h = D)
Rh - promień hydrauliczny przy całkowicie wypełnionym kanale (Rh = D4) m
Rhn - promień hydrauliczny przy częściowym wypełnieniu - normalnym hn m
ηQ - wskaźnik względnych strumieni objętości stosunek strumienia Qn przy częściowym
wypełnieniu (h = hn) do strumienia Q przy całkowitym wypełnieniu przekroju (h = D)
A - pole powierzchni przekroju kanału przy całkowitym wypełnieniu (A = πD24) m2
An - pole powierzchni przekroju poprzecznego kanału przy częściowym wypełnieniu - hn
(wg wzoru (941)) m2
Na rysunku 97 przedstawiono krzywe sprawności hydraulicznej η i ηQ od hD (w )
dla kanału o przekroju kołowym o średnicy D
Rys 97 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju kołowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Według metodologii opartej na wzorze Colebrooka-Whitersquoa całkowita przepustowość
kanału (100) tj przy całkowitym wypełnieniu przekroju (100) osiągana jest już przy
względnym wypełnieniu hD = 0827 - w kanałach o przekroju kołowym bądź hH = 0867 -
w kanałach jajowych czy też hH = 0807 - w kanałach dzwonowych (gdzie H oznacza
wysokość przekroju kanału proporcjonalną do jego szerokości B) wg rys 97divide99
Promień hydrauliczny osiąga woacutewczas (prawie) maksymalne wartości a warunki
przepływu odpowiadają panującym w kanałach otwartych Krzywe sprawności hydraulicznej
kanałoacutew interpretuje się więc tylko do wymienionych wyżej względnych wypełnień
UWAGA Kanały grawitacyjne należy dobierać na przepływ ze swobodnym zwierciadłem
roacutewnież ze względu na niestabilne warunki przepływu przy całkowitych wypełnieniach ndash
gdzie powstawać mogą woacutewczas poduszki powietrzne na załamaniach spadkoacutew odcinkoacutew
kanałoacutew
KANALIZACJA I
91
Rys 98 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju jajowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Rys 99 Krzywe sprawności hydraulicznej kanału o przekroju dzwonowym
(oznaczono QQ0 equiv QnQ oraz VV0 equiv n)
Wymiarowany przekroacutej kanału powinno dobierać się tak aby teoretyczna jego
przepustowość całkowita Q (przy danym spadku dna) była zawsze większa od strumienia
obliczeniowego Wg zasad wypracowanych w Niemczech (ATV A-118) w przypadku
kanałoacutew deszczowych bądź ogoacutelnospławnych zaleca się dobierać następny większy przekroacutej
jeżeli strumień obliczeniowy przekracza 90 przepustowości całkowitej (Q) danego
przekroju kanału - przy danym spadku dna (i) Odpowiada to zasadzie wymiarowania takich
kanałoacutew na względne wypełnienia
hD le 075 - w wypadku kanałoacutew o przekroju kołowym bądź
hH le 079 - w przypadku kanałoacutew jajowych czy też
hH le 072 - w przypadku kanałoacutew dzwonowych
W praktyce inżynierskiej występują najczęściej dwa typy zadań hydraulicznych
doboacuter wymiaru - przekroju poprzecznego kanału (kołowego o średnicy D lub innego
o wysokości przekroju H) dla danego strumienia (Qn) i spadku dna (i) z określeniem
wypełnienia normalnego hn(Qn) oraz średniej prędkości przepływu n(Qn)
obliczenie przepustowości (Q lub Qn) kanału o danym spadku dna (i)
Do wymiarowania kanałoacutew ściekowych deszczowych i ogoacutelnospławnych stosowany
jest powszechnie wzoacuter Manninga (99) w ktoacuterym wspoacutełczynnik szorstkości kanału
przyjmowany jest najczęściej w stałej wartości n = 0013 m13s (ogoacutelnie n [0010 0016]
sm13 czemu odpowiada w przybliżeniu k [025 50] mm)
W celu ułatwienia doboru przekrojoacutew kanałoacutew wykorzystuje się wykresy i nomogramy
do wzoru Manninga przedstawiające graficznie zależności pomiędzy parametrami
konstrukcyjnymi takimi jak średnica (przekroacutej) kanału spadek dna szorstkość a
hydraulicznymi takimi jak wypełnienie prędkość i strumień objętości przepływu
Najczęściej stosowane są 2 rodzaje pomocy graficznych mianowicie
KANALIZACJA I
92
nomogramy drabinkowe - przedstawiające zależności D Q i dla kanałoacutew
całkowicie wypełnionych ktoacutere wymagały dodatkowo posługiwania się wykresami
sprawności hydraulicznej przekrojoacutew kanałoacutew przy niecałkowitym wypełnieniu
nomogramy logarytmiczne (scalone) - opracowane dla roacuteżnych przekrojoacutew kanałoacutew
niecałkowicie wypełnionych (dla n = constans)
Przykład obliczeniowy z zastosowaniem nomogramu drabinkowego i krzywych sprawności
przekroju kołowego (wg rys 910 i 911) Należy dobrać średnicę kanału (ściekowego) dla
obliczeniowego strumienia Q = 15 dm3s i spadku dna i = 5 permil
Rys 910 Przykład nomogramu drabinkowego do doboru kanałoacutew kołowych
(oznaczono Qc equiv Q oraz Vc equiv )
Tok postępowania
1 Prowadzimy prostą (1) przechodząca przez punkty i = 5permil oraz Q = 15 dm3s (rys 910)
Dobieramy pierwszą większą (katalogową) średnicę tj D = 020 m Przez punkty D = 02 m
oraz i = 5 permil prowadzimy prostą (2) i odczytujemy strumień objętości przy całkowitym
wypełnieniu Q = 22 dm3s oraz prędkość przy całkowitym wypełnieniu = 080 ms
2 Następnie korzystamy z krzywej sprawności hydraulicznej przekroju kołowego
przedstawiającej zależność pomiędzy względnym wypełnieniem kanału (hD) a względnym
strumieniem przepływu (ηQ) - wyrażonych w (rys 911) Krzywa ta umożliwia ustalenie
wartości względnego wypełnienia przekroju kanału i względnej prędkości przepływu - dla
odczytanych z nomogramu drabinkowego parametroacutew hydraulicznych całkowicie
wypełnionego kanału (tj strumienia Q i prędkości )
Dla ustalonej z nomogramu drabinkowego (rys 910) wartości strumienia przy
całkowitym wypełnieniu Q = 22 dm3s obliczamy wartość funkcji sprawności przepływu
ηQ = 1522 = 0682 asymp 68 Następnie z krzywej sprawności (rys 911) dla ηQ = 68
odczytujemy
po lewej stronie hD = 61 = 061
po prawej stronie ηυ = 108 = 108
Stąd wypełnienie (normalne) w dobranym kanale wyniesie hn = 061∙D = 061∙02 = 012 m
a prędkość przepływu n = η middot = 108∙080 = 086 ms
Rys 911 Idea korzystania z wykresu sprawności hydraulicznej przekroju kołowego
(oznaczono QQC equiv QnQ oraz vvC equiv n)
ηQ = QQc
η = c
KANALIZACJA I
93
Dla innych niż kołowy przekrojoacutew poprzecznych kanałoacutew np jajowych jajowych
podwyższonych gruszkowych czy dzwonowych korzystamy z właściwych nomogramoacutew
drabinkowych i krzywych sprawności danego przekroju kanału
Tok postępowania przy korzystaniu z nomogramoacutew scalonych - opracowanych dla roacuteżnych (typowych) przekrojoacutew kanałoacutew wg idei na rysunku 912
Rys 912 Idea korzystania z nomogramu logarytmicznego do doboru kanałoacutew kołowych
(wg wzoru Manninga)
Przykłady obliczeniowe - z zastosowaniem nomogramoacutew scalonych
1) Dla danych Q = 20 dm3s oraz i = 40permil należy dobrać kanał (ściekowy) o przekroju
kołowym dla n = 0013 sm13 Wychodząc od strumienia Q = 20 dm3s (wg idei na rys 912)
po prawej stronie nomogramu - dobrano średnicę D = 025 m i odczytano
wypełnienie h = hn = 013 m a następnie
po lewej stronie nomogramu - dla D = 025 m i h = 013 m odczytano prędkość
przepływu = n = 080 ms
2) Dla danych Q = 400 dm3s oraz i = 20permil należy dobrać kanał (deszczowy) o przekroju
jajowym dla n = 0013 sm13 Z nomogramu scalonego podanego na rysunku 913 dobrano
kanał jajowy J06 x 09 m i odczytano wypełnienie h = hn = 070 m (hH = 078 lt 079 ndash dla
90 przepustowości Q wg rys 98) oraz ustalono = 12 ms (Dokładny wynik obliczeń hn i
n uzyskamy tylko po zastosowaniu wzoroacutew analitycznych)
Rys 913 Przykładowy nomogram logarytmiczny do wzoru Manninga do doboru kanałoacutew
grawitacyjnych o przekroju jajowym (dla n = 0013 m13s)
KANALIZACJA I
94
94 ZALECANE SPADKI DNA KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
W systemach kanalizacyjnych spadek dna (i) kanałoacutew grawitacyjnych powinien
zawierać się w granicach
imin i imax (955)
- zależnie od wymiaru (średnicy D) kanału i spadku terenu
Spadek mniejszy od minimalnego (imin - dla danej średnicy) w efekcie zbyt małych
prędkości przepływu ściekoacutew prowadziłyby do odkładania się osadoacutew i w efekcie do
zamulenia kanału Spadek większy od maksymalnego (imax - dla danej średnicy)
prowadziłyby do niszczenia kanałoacutew - wskutek erozji powodowanej głoacutewnie zawiesiną
mineralną przy znacznych prędkościach przepływu
Powszechnie w literaturze zalecana jest formuła Imhoffa na spadek minimalny (imin)
D
i1
min (956)
gdzie
imin w promilach gdy wymiar średnicy D wyrażony jest w metrach lub w ułamku gdy D w mm
W przypadku kanałoacutew o innym przekroju niż kołowy (np jajowy gruszkowy) za bdquoDrdquo do
wzoru (956) bezpieczniej jest przyjmować szerokość przekroju w tzw pachach (np dla
ogoacutelnospławnego kanału jajowego J 06x09 m - bdquoDrdquo = 06 m)
Według badań prof Suligowskiego formuła (956) może być stosowana dla
względnych wypełnień kanałoacutew większych od 30 (hD gt 03)
Historycznie w wytycznych technicznych projektowania (WTP) miejskich sieci
kanalizacyjnych z 1965 roku sformułowano zasadę zachowania minimalnej prędkości (min)
przepływu ściekoacutew przy całkowitym wypełnieniu kanałoacutew jako warunku ich
bdquosamooczyszczania sięrdquo tj odpowiednio
w systemie kanalizacji rozdzielczej - w kanałach bytowo-gospodarczych
przemysłowych oraz deszczowych min = 08 ms
w systemie kanalizacji ogoacutelnospławnej min = 10 ms
Wychodząc z powyższych założeń stosując wzoacuter Manninga (99) dla n = 0013 sm13
możliwie było ustalenie wartości minimalnych spadkoacutew dna kanałoacutew ze względu na
bdquosamooczyszczanierdquo podanych w tabeli 94 - dla przykładowych średnic Wyższe wartości
spadkoacutew minimalnych względem obliczonych z formuły 1D (956) wyboldowano
Tab 94 Obliczone z formuły 1D wg wzoru Manninga (dla n = 0013 sm13
i min) minimalne spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych ( - stosowane w praktyce)
Lp
Średnica
kanału
D
Minimalne spadki dna kanałoacutew imin
Obliczone z
formuły
1D
Obliczone z wzoru
Manninga dla prędkości
min = 08 ms min = 10 ms
- m permil permil permil 1 020 50 587 918
2 025 40 436 681
3 030 333 (30) 342 534
4 040 25 233 364
5 050 20 173 270
6 060 167 136 212
7 080 125 092 145
8 100 100 069 107
9 150 067 (05) 040 062
10 200 05 027 043
Maksymalne spadki (imax) dna kanałoacutew określano (wg WTP) w podobny sposoacuteb tj przy
całkowitym wypełnieniu prędkość przepływu ściekoacutew nie powinna przekraczać wartości
KANALIZACJA I
95
max = 30 ms - w kanałach bytowo-gospodarczych i przemysłowych dla rur
betonowych i ceramicznych
max = 50 ms - w kanałach bytowo-gospodarczych i przemysłowych dla rur
żelbetowych i żeliwnych
max = 70 ms - w kanałach deszczowych i ogoacutelnospławnych niezależnie od
materiału kanałoacutew jako że kanały takie przy znacznym wypełnieniu działają
okresowo w poroacutewnaniu z kanałami bytowo-gospodarczymi i przemysłowymi
W tabeli 95 podano obliczone z wzoru Manninga (99) dla n = 0013 sm13 wartości
maksymalnych spadkoacutew dna kanałoacutew dla prędkości max ndash przy całkowitym wypełnieniu
Tabela 95 Obliczone z wzoru Manninga (99) dla n = 0013 sm13
maksymalne spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych
Lp
Średnica
kanału
D
Maksymalne spadki dna kanałoacutew imax z wzoru
Manninga dla prędkości
max = 3 ms max = 5 ms max = 7 ms - m permil permil permil
1 020 828 2300 4508
2 025 603 1675 3283
3 030 477 1325 2597
4 040 324 900 1764
5 050 243 675 1323
6 060 189 525 1029
7 080 135 375 735
8 100 99 275 539
9 150 56 156 306
10 200 38 106 209
W pracy IKŚ z 1983 roku zalecono ograniczenie maksymalnych prędkości przepływu
ściekoacutew niezależnie od materiałoacutew rur do
max = 30 ms - w kanałach ściekowych i ogoacutelnospławnych
max = 50 ms - w kanałach deszczowych i burzowych
co jest racjonalne ze względu na trwałość bezawaryjnego działania kanalizacji
Grawitacyjne przewody i kanały transportujące ścieki tj mieszaniny ciał stałych i
cieczy powinny być układane z takim spadkiem aby możliwy był zaroacutewno transport
zanieczyszczeń zawartych w ściekach w tym wleczonych przy dnie jak i rozmywanie już
odłożonych (przy mniejszych strumieniach przepływu) złogoacutew i osadoacutew
Z punktu widzenia hydromechaniki transport zanieczyszczeń można zapewnić jeżeli
opoacuter tarcia wyrażony stycznymi naprężeniami ścinającymi ( ) pomiędzy ścianką rury a
ściekami będzie większyroacutewny min
min ge 20 Pa - dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
min ge 15 Pa - dla kanałoacutew deszczowych
przy czym iR Rhh - dla małych kątoacutew α pochylenia kanałoacutew (woacutewczas i asymp sinα) W
przypadku przekroju kołowego otrzymamy
iR
RD
h
hn 4
(957)
gdzie
- naprężenia ścinające Pa
- ciężar właściwy ściekoacutew Nm3
D - średnica wewnętrzna przewodu (kanału) m
Rhn - promień hydrauliczny przy częściowym wypełnieniu kanału (normalnym hn) m
Rh - promień hydrauliczny przy całkowitym wypełnieniu kanału (Rh = D4) m
i - spadek dna ułamek
KANALIZACJA I
96
Stąd ogoacutelnie
DR
R
gi
hn
h 14 min
min
(958)
a dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych (dla 02min Pa)
DR
Ri
hn
h 1108160 3
min
(959)
i dla kanałoacutew deszczowych (dla 51min Pa)
DR
Ri
hn
h 1106120 3
min
(960)
Przykłady obliczeniowe
Dla kanału o średnicy D = 030 m z formuły (956) spadek minimalny wynosi imin = 1030 =
333permil (w praktyce przyjmowany jako 3permil) Z obliczeń wg wzoru (959) otrzymamy dla
kanału bytowo-gospodarczego o D = 03 m dla wypełnień względnych
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 00107 = 107permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000564 = 564permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000398 = 398permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000317 = 317permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000272 = 272permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000225 = 225 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000272 = 272permil
Podobnie z obliczeń wg wzoru (960) dla kanału deszczowego o średnicy D = 03 m
otrzymamy
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 000803 = 803permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000423 = 423permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000298 = 298permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000238 = 238permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000204 = 204permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000170 = 170 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000204 = 204permil
UWAGA 1 Obliczone wyżej spadki imin spełniają kryterium hydromechaniczne
samooczyszczania się kanałoacutew co jest ważne dla małych wypełnień Są one znacznie większe
niż z formuły bdquo1Drdquo (przewyższenia dla D = 030 m wyboldowano) a także od obliczonych z
warunku min = 08 ms [1 2]
UWAGA 2 Formuła imin = 1D ma praktyczne zastosowanie dla względnych wypełnień
kanałoacutew większych od 30
UWAGA 3 Dla względnych wypełnień hD gt 03 spadki imin z kryterium
hydromechanicznego są nieco mniejsze od imin = 1D
Według badań prof Dąbrowskiego uwzględniając nieroacutewnomierność godzinową
strumienia ściekoacutew w wymiarowaniu kanałoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
należy przyjmować 52min Pa - dla średnic 020 i 025 m oraz 22min Pa - dla średnic
030 035 040 i 050 m Przyjmowane dotychczas naprężenia minimalne 02min Pa są
właściwe dla średnic ge 060 m
Dla kanałoacutew bytowo-gospodarczych przyjmując 22min Pa otrzymamy
DR
Ri
hn
h 1108970 3
min
(961)
KANALIZACJA I
97
woacutewczas dla przykładowej średnicy D = 03 m minimalne wartości spadkoacutew wyniosą już
hD = 10 (RhRhn = 3936) - imin = 00118 = 118permil
hD = 20 (RhRhn = 2073) - imin = 000620 = 620permil
hD = 30 (RhRhn = 1462) - imin = 000437 = 437permil
hD = 40 (RhRhn = 1167) - imin = 000349 = 349permil
hD = 50 (RhRhn = 1000) - imin = 000299 = 299permil
hD = 75 (RhRhn = 0829) - imin = 000248 = 248 permil
hD = 100 (RhRhn = 1000) - imin = 000299 = 299permil
Na tym tle zalecone w pracy IKŚ z 1984 r minimalne spadki dna kanałoacutew ściekowych
dla jednostek osadniczych o liczbie mieszkańcoacutew le 1000 imin = 10permil są uzasadnione [1 2]
UWAGA Przytoczone dane podkreślają wagę i znaczenie obliczeń hydraulicznych kanałoacutew
do prawidłowego funkcjonowania sieci i zarazem uzasadniają konieczność ich wykonywania
już na etapie koncepcji programowo-przestrzennej (KPP) a także w projektach budowlanych
(PB i PBW) Jest to często pomijane a projektanci dobierają bdquoświadomierdquo większe średnice
kanałoacutew dążąc za wszelką cenę do wypłycenia kanalizacji ściekowej co jest błędnym i
drogim w eksploatacji rozwiązaniem
95 STOSOWANE PRZEKROJE KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Wyboacuter kształtu przekroju poprzecznego kanałoacutew zależy od
warunkoacutew hydraulicznych tj strumienia i nieroacutewnomierności przepływu ściekoacutew
(w dobie) oraz wymaganych prędkości samooczyszczania
warunkoacutew statycznych zabudowy kanału tj zagłębienia dna i przykrycia wierzchu
rury (sklepienia)
rodzaju materiału i sposobu wykorzystania kanału w tym dostosowania do
pokonania przeszkoacuted terenowych uniknięcia kolizji itp
Najczęściej stosowane są przekroje kołowe praktycznie we wszystkich systemach
kanalizacyjnych Pod względem statycznym przekroacutej ten jest właściwy zaroacutewno dla małych
jak i znacznych zagłębień kanału Łatwy w prefabrykacji w montażu i budowie ze względu
na pełną symetrię przekroju (w przypadku braku tzw stopki)
Polska norma PN-71B-02710 dopuszcza do stosowania 5 podstawowych kształtoacutew
przekroi poprzecznych kanałoacutew Przykładowo w Niemczech obowiązują 3 znormalizowane
kształty i wymiary przekroi kanałoacutew (kołowy jajowy i dzwonowy)
1 Kanały kołowe o średnicach wewnętrznych d equiv D = h = b (w m) - oznaczone jako K
K 015 020 025 030 040 050 060 080 10 12 14 16 18 20 m i większe o
wielokrotności 05 m tj np K 25 30 35 40 m
Rys 914 Geometria kanałoacutew kołowych (K)
KANALIZACJA I
98
Przekroje kołowe są powszechnie stosowane w kanalizacji bytowo-gospodarczej i
przemysłowej deszczowej oraz ogoacutelnospławnej przy czym w kanalizacji ogoacutelnospławnej
najczęściej do wymiaru K le 05 m
2 Kanały jajowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość przekroju (h
=15b) oznaczone jako J (J 06 x 09 m 07 x 105 m 08 x 12 m 10 x 15 m 12 x 18 m)
Rys 915 Geometria kanałoacutew jajowych (J)
Przekroje jajowe były powszechnie stosowane w kanalizacji ogoacutelnospławnej (powyżej
K05 m) do wymiaru J12 x 18 m Powyżej tego wymiaru należało stosować przekroje
złożone - z kinetami na ścieki bytowo-gospodarcze i przemysłowe (Z poroacutewnania sprawności
hydraulicznej kanału kołowego o średnicy D z jajowym o przekroju D x 15D wynika że przy
całkowitym wypełnieniu Q(J) = 161Q(K) oraz (J) = 110(K))
3 Kanały jajowe podwyższone o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość
przekroju (h =175b) oznaczone jako JP (JP 06 x 105 m 07 x 1225 m 08 x 140 m 10 x
175 m 12 x 210 m
Rys 916 Geometria kanałoacutew jajowych podwyższonych (JP)
4 Kanały gruszkowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość przekroju
(h =125b) oznaczone jako GR (GR 14 x 175 m 16 x 20 m 18 x 225 m 20 x 25 m i
większe o wielokrotności 05 m)
Rys 917 Geometria kanałoacutew gruszkowych (GR)
KANALIZACJA I
99
5 Kanały dzwonowe o wymiarach szerokość przekroju w pachach (b) x wysokość
przekroju (h =085b) oznaczone jako DZ (DZ 14 x 119 m 16 x 136 m 18 x 153 m 20
x 170 m i większe o wielokrotności 05 m)
Rys 918 Geometria kanałoacutew dzwonowych (DZ)
Kanały dzwonowe ze względu na małą wysokość przekroju h lt b znajdują
zastosowanie wszędzie tam gdzie nie ma wystarczającej wysokości bądź przykrycia terenem
czy też przy występujących kolizjach z istniejącym uzbrojeniem Geometria sklepienia
kanałoacutew DZ - jak kanałoacutew GR
UWAGA Zgodnie z Ustawą z 12 września 2002 r o normalizacji (Dz U Nr 169 poz 1386)
stosowanie Polskich Norm jest bdquodobrowolnerdquo Jednak unifikacja geometrii kanałoacutew jest
niezbędna ze względoacutew praktycznych (budowy napraw konserwacji czy przyszłościowej
wymiany) Odniesienie do problemoacutew prawnych jest omoacutewione w rozdz 1 i 10 w [1 2]
W uzasadnionych przypadkach (np napraw istniejących kanałoacutew) dopuszczalne jest
stosowanie innych nietypowych kształtoacutew i wymiaroacutew kanałoacutew jako poza normowych
podanych dla przykładu na rysunkach 919divide923
Przekroacutej eliptyczny
Rys 919 Geometria kanałoacutew eliptycznych (h = 067b)
Przekroacutej kołowo-troacutejkątny
Rys 920 Geometria kanałoacutew kołowo-troacutejkątnych
Przekroacutej prostokątny
Rys 921 Geometria kanałoacutew prostokątnych
KANALIZACJA I
100
Przekroacutej pięciokątny (tzw bdquofuumlnfeckrdquo)
Rys 922 Geometria kanałoacutew pięciokątnych
Przekroacutej kołowy z kinetą ściekową (tzw bdquoLindleyrsquoardquo)
Rys 923 Geometria kanałoacutew kołowych z kinetą ściekową
Złożone przekroje kanałoacutew nie mają na ogoacuteł opracowanych charakterystyk przepływu -
h = f(Q) woacutewczas należy je wyznaczyć doświadczalnie lub analitycznie opierając się na
podanych już roacutewnaniach ruchu np
AQ oraz 21321 iR
nh przy UARh
Rys 924 Przykładowa charakterystyka przepływu h = f(Q) złożonego przekroju kanału
96 PRZEPEŁNIANIE SIĘ KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Przepełnianie się kanałoacutew grawitacyjnych i praca pod ciśnieniem jest problemem
eksploatacyjnym zwłaszcza w systemach kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej
podczas występowania deszczu o rzadszej powtarzalności niż częstość (C) przyjęta do
zwymiarowania kanałoacutew Woacutewczas kanały zaczynają działać z większym niż projektowane
wypełnienie (- dla strumienia Q(C)) następnie z całkowitym wypełnieniem i w końcu pod
ciśnieniem (przy Qmax) W efekcie prowadzić to może do wylewania się ściekoacutew z kanałoacutew w
tzw punktach krytycznych sieci tj np w piwnicach czy w najniżej położonych ulicznych
wpustach deszczowych podwoacuterzowych itp
Na profilu kanału wg rysunku 925 maksymalny spadek linii ciśnienia (Jmax) jest
ograniczony przez punkt krytyczny - przecięcie się linii ciśnienia z powierzchnią terenu
Wartości spadku Jmax odpowiada maksymalny strumień przepływu Qmax - zgodnie z wzorem
Manninga (99) w połączeniu z roacutewnaniem ciągłości ruchu
21
max
32
max 1
JRn
AQ h (962)
gdzie
A - powierzchnia przekroju poprzecznego kanału przy całkowitym wypełnieniu m2
KANALIZACJA I
101
Rh - promień hydrauliczny przy całkowitym wypełnieniu m
J = Jmax ndash maksymalny spadek linii ciśnienia (energii) -
Rys 925 Przebieg linii ciśnienia (ilcmax equiv Jmax) wzdłuż trasy kanału grawitacyjnego podczas działania
pod ciśnieniem dla Qmax (skreślenia oznaczają nieaktywność parametroacutew Qn i hn dla spadku dna ik)
Woacutewczas spadek linii ciśnienia Jmax jest większy od spadku dna kanału ik Większy
strumień deszczu niż Qmax nie zmieści się już w kanale pozostanie więc na powierzchni
terenu jako nieodebrany - rozlewając się po powierzchni i niewiele podnosząc spiętrzone w
kanale (studzience) zwierciadło ściekoacutew Stąd na podstawie (962) możemy napisać
maxmax JaQ (963)
przy czym constRn
Aa h 321 oraz idem
l
HHJ
min
max - wg rys 925
Strumień objętości Q przy całkowitym wypełnieniu kanału o spadku dna ik wynosi
kiaQ (964)
Oznaczając ik =l
H (wg rys 925) stąd stosunek strumieni
1minminmaxmax
H
H
H
HH
ia
Ja
Q
Q
k
(965)
Oznaczając sH
Hmin otrzymamy 1max s
Q
Q a stąd 1max sQQ więc
Qmax gt Q ponieważ 1s gt 1
Wynika stąd że strumień Qmax ograniczony jest zagłębieniem kanału Hmin - w punkcie
krytycznym (rys 925) Im większa będzie wartość Hmin tym większa jest wartość 1s i
tym większy będzie strumień Qmax
Z powyższej analizy wynika że kanały mają w sobie pewną rezerwę przepustowości
ktoacutera może być wykorzystywana w przypadku pojawienia się większego strumienia
przepływu niż obliczeniowy - przyjęty do wymiarowania kanału Q(C) Jednak po
przeanalizowaniu oddziaływania spiętrzonych ściekoacutew w danym kanale (np kolektorze) na
warunki odbioru ściekoacutew w kanałach bocznych (zbieraczach) powyższy wniosek nie musi
odnosić się do całej sieci
Praca kolektoroacutew kanalizacyjnych pod ciśnieniem powoduje wzrost ich przepustowości
ale jednocześnie wywołuje podtapianie kanałoacutew bocznych (zbierających roacutewnież ścieki
opadowe) mogąc przyczynić się z kolei do obniżenia ich przepustowości hydraulicznej Wg
rysunku 926 rozpatrzono 3 przypadki relacji spadkoacutew linii ciśnienia w kanałach bocznych
względem spadku dna tych kanałoacutew wymuszone przez roacuteżne poziomy ściekoacutew w kolektorze
(analogia do hydraulicznych naczyń połączonych)
KANALIZACJA I
102
Rys 926 Trzy przypadki wpływu wysokości ciśnienia w kolektorze
na działanie kanałoacutew bocznych o spadku dna ik (b)
Analiza zjawisk
1 Przypadek - przepływ w kolektorze ze swobodnym zwierciadłem dla spadku linii
ciśnienia w kanale bocznym ilc equiv Jb = Jbmax gt ik(b) woacutewczas
Qbmax gt Qb(C)
2 Przypadek - przepływ w kolektorze pod ciśnieniem dla spadku linii ciśnienia w kanale
bocznym Jb = ik(b)
Qb = Qb(C)
3 Przypadek - przepływ w kolektorze pod znacznym ciśnieniem dla spadku linii ciśnienia
w kanale bocznym Jb lt ik(b)
Qb lt Qb(C)
Z rysunku 926 wynika że kolektor podtopiony do poziomu w 3-cim przypadku wywoła
spadek linii ciśnienia Jb w kanale bocznym mniejszy od spadku dna kanału bocznego ik(b) i
woacutewczas strumień przepływu pod ciśnieniem Qb w tym kanale będzie mniejszy niż jego
strumień obliczeniowy Qb(C) Wystąpi więc dławienie przepływu i spadek przepustowości
kanału bocznego - brak odbioru ściekoacutew w studzience na jego początku Przy roacuteżnicach
rzędnych studzienek ścieki mogą nawet wylewać się z kolektora na powierzchnię terenu
poprzez kanał boczny
W Polsce sformułowano jako zasadę ndash już nieaktualną iż
o kolektory powinny być wymiarowane na większy strumień przepływu tj na większą
wartość częstości deszczu C np C = 2 lata - dla kanalizacji deszczowej czy C = 5 lat
ndash w kanalizacji ogoacutelnospławnej (w płaskim terenie - tab 71) a
o kanały boczne (zbieracze) na mniejszy strumień tj na mniejszą wartość częstości
deszczu np C = 1 rok - dla kanalizacji deszczowej czy C = 2 lata - w kanalizacji
ogoacutelnospławnej (w przypadku płaskiego terenu - tab 71)
Powyższą zasadę uzasadniano ekonomicznie tym że jednostkowy koszt budowy
kolektoroacutew jest znacznie większy ale dotyczy mniejszej długości w sieci w poroacutewnaniu z
kosztem budowy kanałoacutew bocznych o zdecydowanie większej sumarycznej długości
UWAGA Zasada ta straciła swą aktualność w świetle normy PN - EN 752 - ujednolicenia
częstości deszczy dla kolektoroacutew i kanałoacutew bocznych
KANALIZACJA I
103
10 ZASADY PROJEKTOWANIA BUDOWY I EKSPLOATACJI SIECI
KANALIZACYJNYCH
101 UKŁADY SIECI KANALIZACYJNYCH
Topologia (układ) sieci kolektoroacutew i kanałoacutew bocznych zależy głoacutewnie od
konfiguracji terenu (spadkoacutew podłużnych i poprzecznych) względem odbiornika
układu geometrycznego ciągoacutew komunikacyjnych (pieszo-jezdnych)
zabudowy terenu
Ogoacutelną zasadą jest lokalizowanie - ze względoacutew hydraulicznych
kanałoacutew głoacutewnych (kolektoroacutew) na kierunkach najmniejszych spadkoacutew
powierzchni terenu
kanałoacutew bocznych (zbieraczy) na kierunkach największych spadkoacutew powierzchni
terenu tj w miarę prostopadle do warstwic terenu
przykanalikoacutew w miarę prostopadle do zbieraczy i kolektoroacutew
W konkretnych warunkach terenowych układ sieci kanalizacji grawitacyjnej zaroacutewno
ogoacutelnospławnej rozdzielczej czy poacutełrozdzielczej może być zrealizowany w oparciu o
poniższe schematy ideowe - ogoacutelnomiejskie (w skali całego miasta) bądź lokalne
1011 UKŁADY OGOacuteLNOMIEJSKIE
I Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacyjnych
II Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacyjnych z kolektorem zbiorczym
III Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacyjnych
IV Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacyjnych z kanałami odciążającymi
Rys 101 Układ poprzeczny kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej
Rys 102 Układ poprzeczny kanalizacji grawitacyjnej - z kolektorem zbiorczym
KANALIZACJA I
104
Rys 103 Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej
Rys 104 Układ roacutewnoległy kolektoroacutew kanalizacji grawitacyjnej - z kanałami odciążającymi
1012 UKŁADY LOKALNE
V Układ promienisty
VI Układ pierścieniowy
VII Układy strefowe
Rys 105 Układ promienisty kanalizacji grawitacyjnej ndash w kotlinie
Rys 106 Układ pierścieniowy kanalizacji grawitacyjnej ndash na wzgoacuterzu
KANALIZACJA I
105
a) b)
Rys 107 Układy strefowe kanalizacji grawitacyjno-pompowej
a) z wododziałem b) w niecce terenowej
Na wyboacuter układu systemu kanalizacyjnego - w danych warunkach terenowych wpływ
mają także inne czynniki [1 2]
102 PROJEKTOWANIE TRAS KANAŁOacuteW
1021 SYTUOWANIE KANAŁOacuteW W PLANIE
Położenie sytuacyjne osi przewodoacutew kanalizacyjnych (podobnie jak wodociągowych
ciepłowniczych gazowych itp) powinno być roacutewnoległe względem
osi ulic (krawężnikoacutew chodnikoacutew)
linii rozgraniczających zabudowy
istniejącego zbrojenia podziemnego
W szerokich ciągach komunikacyjnych (pieszo-jezdnych) ndash o szerokości
przekraczającej 30 m i obustronnej zabudowie należy projektować dwa roacutewnoległe kanały
bytowo-gospodarcze Liczba i układ kanałoacutew deszczowych zależy od warunkoacutew
miejscowych Uzyskamy woacutewczas ciągi kanałoacutew o stosunkowo płytkim posadowieniu o
mniejszych średnicach i mniejszych kosztach budowy (mniej kolizji z istniejącym
uzbrojeniem)
Wymagane odległości projektowanych kanałoacutew od istniejącego uzbrojenia
podziemnego i nadziemnego terenu regulowane są odpowiednimi przepisami miejscowymi
(np powiatowymi czy wojewoacutedzkimi) ustalanymi w Zespołach Uzgadniania Dokumentacji
Projektowych (ZUDP) Przykładowo we Wrocławiu minimalna odległość zewnętrznego
obrysu kanału od
krawężnika - wynosi 20 m (wg [] 12 m)
budynku mieszkalnego 50 m (wg [] 40 m)
toroacutew kolejowych 50 m (wg [] od skrajnej szyny torowiska)
autostrad 50 m
drzew krzewoacutew 10 m (wg [] 20 m)
drenażu podziemnego 20 m
przewodu ciepłowniczego 30 m (wg [] 12divide14 m w zależności od średnicy)
przewodu wodociągowego 20 m (wg [] 12divide17 m w zależności od średnicy)
kabli energetycznych i telekomunikacyjnych 20 m
wg [] Warunki techniczne wykonania i odbioru sieci kanalizacyjnych Wydawnictwo COBRTI
INSTAL Warszawa 2003
KANALIZACJA I
106
Zmiany kierunkoacutew tras kanałoacutew
Kanały nieprzełazowe - o wysokości przekroju H = D lt 10 m należy układać
odcinkami prostymi pomiędzy studzienkami rewizyjnymi (inspekcyjnymi) Każda zmiana
kierunku trasy musi odbywać się więc w studzience
Rys 108 Trasowanie kanałoacutew o wysokościach H = D lt 10 m - w łukach droacuteg
Kanały przełazowe - o wysokości przekroju H = D 10 m można budować w łukach
o łagodnych krzywiznach o promieniu R przy czym Rmin ge 5b gdzie b = D - szerokość
kanału w tzw pachach oraz Rmin ge 50 m Na początku i końcu łuku właściwe jest
lokalizowanie studzienek rewizyjnych aby umożliwić wejście i czyszczenie takiego odcinka
Rys 109 Trasowanie kanałoacutew o wysokościach przekroju H = D 10 m - w łukach droacuteg
Łączenie kanałoacutew
Łączenie tras kanałoacutew powinno odbywać się w studzienkach tzw połączeniowych pod
kątem 90 do kierunku przepływu ściekoacutew (rys 1010)
Rys 1010 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew dla tras pod kątem 90
Gdy z układu tras łączonych kanałoacutew wychodzi kąt ostry 90 należy zastosować
dodatkową studzienkę rewizyjną - wg rys 1011
Rys 1011 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew dla tras pod kątem 90
Kanały nieprzełazowe (H lt 10 m) łączymy w studzienkach połączeniowych (o
przekroju kołowym) a kanały przełazowe (H 10 m) w komorach połączeniowych -
najczęściej o przekroju wieloboku
KANALIZACJA I
107
a) b)
Rys 1012 Sposoacuteb łączenia kanałoacutew
A) nieprzełazowych - w studzienkach połączeniowych (StP) ndash studzienka kołowa
B) przełazowych - w komorach połączeniowych (KP) - wielobok foremny
1022 WYSOKOŚCIOWE SYTUOWANIE KANAŁOacuteW
Ogoacutelną zasadą jest układanie kanałoacutew możliwie jak najpłycej względem powierzchni
terenu (najmniejsze koszty budowy) Jednakże zagłębienie kanału determinowane jest przez
minimalne zagłębienie kanału Zmin umożliwiające grawitacyjny dopływ ściekoacutew tzw
przykanalikami - z budynkoacutew wpustoacutew ulicznych podwoacuterzowych itp
strefę przemarzania gruntu Hz stąd wynika minimalne przykrycie kanału Hmin gt Hz
spadki i ukształtowanie terenu po trasie kanału
inne czynniki jak np kolizje z istniejącym uzbrojeniem podziemnym (rys 1013)
Rys 1013 Przykładowy profil kanału grawitacyjnego
Rys 1014 Podział Polski na strefy głębokości przemarzania gruntu (HZ) wg PN-81B-03020
O niezbędnym przegłębieniu kanałoacutew ulicznych decydują najczęściej tzw punkty
krytyczne sieci tj najniżej zlokalizowane wpusty uliczne lub podwoacuterzowe czy też piwniczne
UWAGA Należy zwroacutecić uwagę na cechy wytrzymałościowe stosowanych rur
kanalizacyjnych oraz warunki ich zabudowy - wynikające z obciążeń statycznych - naziomem
gruntu i obciążeń dynamicznych - z ruchu pojazdoacutew
Minimalne zagłębienia przykanalikoacutew i kanałoacutew Zmin
Minimalne przykrycie przykanalikakanału deszczowego (Hmin gt HZ) przyjmuje się
najczęściej od 10 do 16 m w zależności od rejonu Polski - strefy przemarzania gruntu (wg
rys 1014) - z zapasem minimum 02 m Zasadniczo przykanaliki i kanały ściekowe powinny
być układane głębiej
Hmin ge Hz + (02divide04) m
KANALIZACJA I
108
Minimalne zagłębienie przykanalikakanału (Zmin) zależy od jego średnicy Dla
przykanalika ściekowego o np D = 020 m woacutewczas Zmin(02) ]02 41[ m - w zależności od
strefy przemarzania - z zapasem minimum 04 m Gdy zagłębienie kanału na jego trasie jest
mniejsze niż Zmin woacutewczas należy go docieplić materiałem o małym wspoacutełczynniku
przewodzenia ciepła np keramzytem lub nasypem ziemnym ndash wg schematoacutew w [1 2]
Maksymalne zagłębienia kanałoacutew Zmax
Najczęściej przyjmuje się obecnie Zmax le 60 m ppt (wg WTP z 1965 r Zmax [6 8]
m ppt) Gdy Z gt Zmax stosuje się pompownie strefowe lub bdquogoacuterniczerdquo metody budowy
kanałoacutew tj tzw wiercenia bdquopoziomerdquo lub przeciski (rys 1016)
Rys 1016 Sposoby pokonywania wzniesień na trasie kanału
Obliczenia niezbędnego zagłębienia kanałoacutew ulicznych
W przeciętnych warunkach terenowych miast jako niezbędne (i zarazem minimalne)
zagłębienie kanałoacutew ulicznych przyjmuje się na ogoacuteł
Z [18 23] m ppt - w kanalizacji deszczowej
Z [23 28] m ppt - w kanalizacji bytowo-gospodarczej i przemysłowej
Z [25 30] m ppt - w kanalizacji ogoacutelnospławnej
Takie zagłębienia kanałoacutew umożliwiają min
prawidłowe podłączenie przykanalikoacutew i kanałoacutew bocznych - zbieraczy
nie powodują na ogoacuteł kolizji z innym uzbrojeniem podziemnym terenu np z
przewodami wodociągowymi Z [15 18] m ppt
Szczegoacutełowo niezbędne zagłębienie kanałoacutew ustalić można na podstawie obliczeń
według poniższych schematoacutew (w zależności od rodzaju kanalizacji)
Kanalizacja ściekowa - schemat obliczeniowy
Rt Rt
Ru
Z2 Z3 Z1
l2
l3
l1
h
h = i l1 1
d p1
p1
pp = 000
i2i1
g1
Rys 1017 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału ściekowego alternatywnie
wariant z 2 kanałami (o zagłębieniu Z1 i Z2) i wariant z jednym kanałem (o Z3)
Wzoacuter wyjściowy na niezbędne zagłębienie kanałoacutew
Z = g + p + dp + il + h ndash (Rt ndash Ru) (101)
gdzie
g - zagłębienie posadzki piwnicy względem rzędnej terenu przy budynku Rt m
KANALIZACJA I
109
p - położenie przykanalika względem fundamentu (pmin = 05 m dla kamionki i 03 m dla
żeliwa) m
dp - średnica przykanalika (dp min = 015 m) m
i - spadek dna przykanalika (imin = 15permil dla dp = 015 m i imin = 10permil dla dp = 020 m)
h - wypełnienie w kanale ulicznym (najczęściej przyjmuje się h = 05d) m
Ru - rzędna osi ulicy (ewentualnie rzędna terenu nad kanałem) m npm
Rt - rzędna terenu przy budynku (ewentualnie poziom progu - pp = 000 m npm)
Kanalizacja deszczowa - schemat obliczeniowy
Z = H + dp + il + h ndash (Rt ndash Ru) (102)
Rys 1018 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału deszczowego
Kanalizacja ogoacutelnospławna - schemat obliczeniowy
Rys 1019 Schemat do obliczeń niezbędnego zagłębienia kanału ogoacutelnospławnego h - wypełnienie w
kanale (do tzw pach przekroju jajowego) Zp - zamknięcie przeciwcofkowe
Do obliczeń zagłębienia kanału ogoacutelnospławnego stosujemy wzory (101) lub (102)
1023 WYBOacuteR SPADKOacuteW DNA KANAŁOacuteW GRAWITACYJNYCH
Spadki dna kanałoacutew grawitacyjnych (ik) powinny być dostosowane do spadku terenu
(it) ale jednocześnie muszą spełniać warunek hydrauliczny ikmin le ik le ikmax [1 2]
I przypadek gdy minkt ii - spadek terenu jest mniejszy od minimalnego spadku dna kanału
woacutewczas na trasie występuje systematyczny wzrost zagłębienia kanału od Zmin do Zmax
Rys 1020 Racjonalny spadek dna kanału w terenie płaskim ik = ik min
KANALIZACJA I
110
II przypadek gdy maxmin ktk iii - kanał roacutewnoległy do terenu tj ik = it woacutewczas
zagłębienie kanału na jego trasie jest niezmienne i wynosi np Zmin
Rys 1021 Racjonalny spadek dna kanału w terenie pochyłym
zgodnym z kierunkiem przepływu ściekoacutew ik = it
III przypadek gdy maxkt ii
Rys 1022 Racjonalny spadek dna kanału w stromym terenie ik = ik
1024 SPOSOBY POŁĄCZEŃ KANAŁOacuteW
Mamy do dyspozycji 4 sposoby połączeń kanałoacutew przy wzroście wymiaroacutew (średnic
bądź wysokości przekroju) kanałoacutew mianowicie poprzez
a) wyroacutewnanie den kanałoacutew - tanie w budowie jednak hydraulicznie nie poprawne
b) wyroacutewnanie sklepień - drogie w budowie (zagłębienie) poprawne hydraulicznie
c) wyroacutewnanie osi ndash trudne w budowie poprawne hydraulicznie
d) wyroacutewnanie zwierciadeł ściekoacutew - trudne w budowie hydraulicznie właściwe
Ad a) 0h
Rys 1023 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu den
Ad b) 12 ddh
Rys 1024 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu sklepień
KANALIZACJA I
111
Ad c) 2
12 ddh
Rys 1025 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu osi kanałoacutew
Ad d) 12 hhh 21 hhh
Rys 1026 Schemat połączeń kanałoacutew przy wyroacutewnywaniu zwierciadeł ściekoacutew
Przykłady sposoboacutew łączenia kanału bocznego (zbieracza) z kolektorem bądź
przykanalika z kanałem bocznym podano na schematach wg [1 2]
Rys 1027 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem o przekroju kołowym - przy
wyroacutewnaniu sklepień
Rys 1028 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem o przekroju jajowym - przy
wyroacutewnaniu sklepień
Rys 1029 Schemat połączenia kanału bocznego z kolektorem (widok z goacutery)
KANALIZACJA I
112
W sieciach kanalizacyjnych nie dopuszcza się do zmniejszenia przekroju kanału na jego
trasie - niezależnie od wypełnień w kanałach Przykład takiej potencjalnej możliwości -
sytuacji podano na rysunku 1030 [2]
Rys 1030 Sytuacja terenowa stwarzająca potencjalną możliwość zmniejszenia przekroju
kanału na dolnym odcinku (przyjmujemy jednak d1 = d2)
Dolny (drugi) odcinek kanału o bardzo dużym spadku dna przy danym strumieniu
objętości wymaga hydraulicznie mniejszej średnicy kanału (d2) w poroacutewnaniu do średnicy
(d1) - na goacuternym (pierwszym) odcinku kanału - o małym spadku dna przyjmujemy jednak d1
= d2 - ze względoacutew praktycznych np nie zatykania się kanałoacutew ściekowych Woacutewczas
wypełnienie kanału dolnego (h2) będzie mniejsze niż goacuternego (h1)
Przypadek odwrotny do sytuacji podanej na rys 1030 - niekorzystne hydraulicznie
połączenie kanałoacutew o roacuteżnych spadkach dna i terenu zobrazowano na rysunku 1031
Woacutewczas h2 gt h1 oraz d2 gt d1
Rys 1031 Niekorzystny przypadek połączenia kanałoacutew (d2 gt d1) - występuje
cofka piętrząca i praca goacuternego odcinka kanału pod ciśnieniem
1025 RODZAJE I DOBOacuteR STUDZIENEK KANALIZACYJNYCH
Rozstaw włazowych studzienek kanalizacyjnych na kanałach nieprzełazowych - o
wysokości przekroju kanału H lt 10 m i przełazowych - do H lt 14 m nie powinien być
większy niż
50divide75 m wg zaleceń [1]
60divide80 m wg zaleceń []
Natomiast dla kanałoacutew przełazowych o H 14 m
75divide120 m wg [1]
80divide120 m wg [] wg [] Warunki techniczne wykonania i odbioru sieci kanalizacyjnych Wydawnictwo COBRTI
INSTAL Warszawa 2003
Każda zmiana spadku na trasie kanału grawitacyjnego musi rozpoczynać się i kończyć
w studzience kanalizacyjnej podobnie jak i zmiana przekroju kanału czy wysokości dna
kanału na odpływie czy zmiana trasy kanału - dla średnic lt 10 m
Polska norma (branżowa - budowlana) PN-B-10729 z 1999 r zalecała minimalne
średnice betonowych (tzw włazowych) studzienek kanalizacyjnych jako
Dmin = 10 m - dla kanałoacutew o średnicach D le 03 m
Dmin = 12 m - dla kanałoacutew o średnicach D = 04divide06 m
Dmin = 14 m - dla kanałoacutew o średnicach do D = 08 m
Dmin = 16 m - dla kanałoacutew o średnicach powyżej D gt 08 m
KANALIZACJA I
113
Podobne zalecenia w tym zakresie wynikają z aktualnej normy PN-EN 19172004
Zgodnie z Ustawą z 2002 roku o normalizacji norma nie jest aktem prawnym Tak więc
unormowane wartości są jedynie wskazoacutewkami - zalecanymi jednak do stosowania
UWAGA Klasyczne betonowe studzienki kanalizacyjne jak wykazała praktyka sprawdzają
się w warunkach występowania naprężeń dynamicznych i są niewrażliwe na wyparcie przez
wodę ze względu na swoacutej ciężar
Przykładowe ndash klasyczne konstrukcje betonowych włazowych studzienek rewizyjnych
(tzw inspekcyjnych) i połączeniowych przedstawiono na rysunkach 1032 1033 i 1034 [2]
Rys 1032 Betonowa studzienka rewizyjna o głębokości lt 30 m ndash zlokalizowana w jezdni (1- właz
żeliwny 2- płyta pokrywowa z pierścieniem podporowym 3 - krąg studzienny komina złazowego 4 -
krąg przejściowy 5 - krąg komory roboczej 6 - betonowa kineta ściekowa 7 - krąg fundamentowy
monolityczny 8 - fundament 9 - stopnie złazowe)
Rys 1033 Betonowa studzienka rewizyjna o głębokości lt 30 m ndash zlokalizowana w trawniku
(1- właz żeliwny 2- płyta pokrywowa 3 i 4 - kręgi studzienne 5 - fundament 6- stopnie złazowe)
KANALIZACJA I
114
Rys 1034 Betonowa studzienka połączeniowa o głębokości gt 30 m (w przypadku lokalizacji w
jezdni niezbędne jest oparcie płyty pokrywowej z włazem na pierścieniu podporowym wg rys 1032)
UWAGA Obecnie dopuszcza się do stosowania tzw nie włazowe studzienki kanalizacyjne
(zaroacutewno rewizyjne ndash przelotowe jak i połączeniowe) tj o małych średnicach szybu studni
rzędu 03divide06 m wykonanych z tworzyw sztucznych Jednak stosowanie takich studzienek
ograniczone jest do małych średnic kanałoacutew (015divide03 m) płytko ułożonych
Studzienki kaskadowe i komory kaskadowe służą do pokonywania roacuteżnic wysokości
przy zmianach zagłębień kanałoacutew Studzienki kaskadowe stosowane są zazwyczaj dla małych
średnic kanałoacutew (mała energia kinetyczna strumienia ściekoacutew) Przykładowo dla kanałoacutew
bytowo-gospodarczych należy stosować studzienki kaskadowe z dodatkowym pionowym
bądź ukośnym przewodem spadowym (o mniejszej średnicy) na zewnątrz studzienki
Roacuteżnica poziomoacutew den kanałoacutew (Hmax) przy takiej konstrukcji studzienek kaskadowych nie
powinna przekraczać 4 m (rys 1035 i 1036)
Rys 1035 Schemat studzienki kaskadowej dla kanałoacutew ściekowych o d 04 m
KANALIZACJA I
115
Rys 1036 Przykład połączeniowej studzienki kaskadowej
W kanalizacji deszczowej dla małych spadoacutew (Hmax le 06 m) i średnic kanałoacutew (d le 06
m) stosowane są pionowe studzienki kaskadowe ewentualnie z obniżeniem dna - tworzącym
tzw poduszkę wodną do tłumienia energii spadającego swobodnie strumienia ściekoacutew
Rys 1037 Schemat studzienki kaskadowej dla kanałoacutew deszczowych
Komory kaskadowe stosowane są zazwyczaj dla dużych średnicprzekroi kanałoacutew (d gt
06 m) w tym do pokonywania dużych roacuteżnic wysokości zagłębień kanałoacutew Kaskady mają
specjalnie formowaną pochylnię - kinetę spadową (rys 1038) Niszczenie (dławienie)
nadmiaru energii kinetycznej strumienia cieczy poruszającej się po pochylni odbywa się w
zagłębieniu dna komory - poniżej dna kanału odpływowego Towarzyszy temu odskok
hydrauliczny zwany odskokiem Bidonersquoa
Rys 1038 Schemat komory kaskadowej dla kanałoacutew o d gt 06 m
Niezbędne zagłębienie progu (p) w dnie komory kaskadowej po wyznaczeniu grubości
tzw poduszki wodnej oblicza się z wzoroacutew na głębokości sprzężone Następnie oblicza się
długość komory (L) z wzoru
)( ee HHHL 33032 (103)
gdzie
He - wysokość energii rozporządzalnej w goacuternym kanale He = hg + υ22g m
H - roacuteżnica rzędnych dna kanałoacutew goacuternego i dolnego (wysokość spadu) m
hg - wypełnienie normalne w goacuternym kanale m
υ - średnia prędkość przepływu w goacuternym kanale ms
Obliczenia wspoacutełrzędnych (x y) kształtu krzywizny pochylni wykonuje się zadając
wartości y i wyliczając x z roacutewnania
HyLx 2 (104)
KANALIZACJA I
116
103 PROJEKTOWANIE SYFONOacuteW KANALIZACYJNYCH
Syfony kanalizacyjne służą do pokonywania przeszkoacuted terenowych takich jak koryta
rzeczne niecki czy kolidujące z trasą kanału podziemne obiekty pod tymi przeszkodami
Rys 1039 Przykład syfonu pod dnem rzeki (1- komora rozdzielcza na dopływie
2- przewoacuted płuczący 3 - komora połączeniowa na odpływie)
Przepływ w syfonie złożonym z jednego lub z kilku przewodoacutew odbywa się pod
ciśnieniem ze stratą energii sh - na pokonanie oporoacutew liniowych i miejscowych
Rys 1040 Schemat działania syfonu pod dnem rzeki
Ze względu na występujące wytrącanie się i odkładanie osadoacutew należy przewidzieć
możliwość płukania i czyszczenia (mechanicznego lub hydrodynamicznego) przewodoacutew
syfonowych zwłaszcza odcinkoacutew wznoszących się Celowa jest więc budowa przed syfonami
(na kierunku napływu ściekoacutew) studzienki jako piaskownika oraz studzienki (na wylocie z
syfonu) umożliwiającej płukanie i zbieranie popłuczyn Ogoacutelnie syfony kanalizacyjne są w
praktyce wysoce awaryjne - wymagają częstego czyszczenia
Prędkość przepływu ściekoacutew w przewodach syfonowych - przy minimalnych
przepływach powinna być większa od prędkości samooczyszczania [1 2]
09 ms w kanalizacji rozdzielczej (przy przepływach nocnych ściekoacutew pogody
bezdeszczowej - nie mniej niż 07 ms)
12 ms w kanalizacji ogoacutelnospławnej
Z drugiej strony prędkość przepływu nie powinna być zbyt duża gdyż prowadzi do
dużych wartości strat hydraulicznych (Δhs) i w konsekwencji do dużych niezbędnych roacuteżnic
den kanałoacutew na wlocie i wylocie z syfonu
W kanalizacji deszczowej bądź ogoacutelnospławnej stosuje się najczęściej kilka przewodoacutew
syfonowych o roacuteżnych średnicach i o wlotach na roacuteżnych poziomach włączających się do
pracy kolejno w miarę zwiększania się strumienia dopływających ściekoacutew pogody
deszczowej ndash schematy podano w [1 2] Minimalna średnica syfonu to 015 m Stosuje się
tutaj najczęściej rury żeliwne stalowe czy żelbetowe Obecnie coraz częściej roacutewnież
wzmocnione tworzywa sztuczne
Obliczenia hydrauliczne syfonoacutew sprowadzają się do
doboru średnic przewodoacutew syfonowych (ds) ze względu na prędkość przepływu υs
KANALIZACJA I
117
określenia strat hydraulicznych w syfonie (Δhs) tj roacuteżnicy zwierciadeł ściekoacutew w
studzienkach 1 i 2 (lub roacuteżnicy rzędnych dna kanałoacutew dopływowego i odpływowego)
Rys 1042 Schemat do obliczeń hydraulicznych syfonu
gd
lh s
s
s
i
is2
)(2
(105)
gdzie
ξi - wspoacutełczynniki strat miejscowych na wlocie i zmianach kierunkoacutew - łuki 1 i 2
- wspoacutełczynnik oporoacutew liniowych na długości odcinkoacutew l1 l2 i l3 - z wzoru Colebrooka
- Whitersquoa lub z formuły Chezy-Manninga (dla strefy oporoacutew kwadratowych)
= 8g n2 (ds4)13 (106)
s - wspoacutełczynnik energii kinetycznej roacutewny wspoacutełczynnikowi strat wylotowych
s = 1 + 293 ndash 155 32 (107)
Gdy występuje kilka rur syfonowych np 3 o roacuteżnych średnicach di
woacutewczas
2QKh zs (108)
przy czym
2
1
1
i
z
K
K (109)
oraz
Ki = Kli + Kmi = Ci il + SKi ( i ) (1010)
Wielkości poszukiwane
i
s
iK
hQ
(1011)
stąd
)(42
iii dQ (1012)
gdzie
Kz - zastępczy wspoacutełczynnik oporności układu roacutewnolegle połączonych przewodoacutew
syfonowych s2m5
Ki - wspoacutełczynnik oporności przewodu syfonowego o średnicy di
Kli - wspoacutełczynnik oporności liniowej przewodu di o długości Σ li
Kmi - wspoacutełczynnik oporności miejscowej Σ ξi przewodu di
Ci - wspoacutełczynnik oporności właściwej przewodu di (do strat liniowych) s2m6
KANALIZACJA I
118
iii
i
i ddg
C
5
52082660
18 (1013)
SKi - wspoacutełczynnik oporności przewodu di (do strat miejscowych) s2m5
SKi = 4
082660
id (1014)
Ogoacutelnie
2QlChl (1015)
2QSh iKm (1016)
Wartości wspoacutełczynnikoacutew C (dla wg 106) oraz SK dla przewodoacutew żeliwnych i
stalowych o średnicy d i wspoacutełczynniku szorstkości n = 0012 sm13 (k asymp 10 mm) podano w
tabeli 101
Tab 101 Wartości wspoacutełczynnikoacutew do wymiarowania przewodoacutew syfonowych dla n = 0012 sm13 Parametr Wartości wspoacutełczynnikoacutew dla średnic przewodoacutew
d [m] 010 015 020 025 030 040 050 060 080 100
[-] 00386 00337 00306 00285 00268 00243 00226 00213 00193 00179
C [s2m-6] 3191 3671 7916 2408 09108 01964 005974 002260 0004872 0001595
SK [s2m-5] 8266 1633 5166 2116 1020 3229 1323 06378 02018 008266
104 PROJEKTOWANIE POMPOWNI SIECIOWYCH
1041 WYMIAROWANIE STUDNI ZBIORCZYCH POMPOWNI ŚCIEKOacuteW
W niekonwencjonalnych (ciśnieniowych) systemach kanalizacji ściekowej stosuje się
obecnie przepompownie wyposażone w pompy zatapialne instalowane w studniach
zbiorczych Klasyczne konstrukcje przepompowni (z tzw mokrą komorą czerpną i suchą
komorą pompową) stosuje się nadal w dużych grawitacyjno-pompowych systemach
kanalizacji rozdzielczej (ściekowej) czy ogoacutelnospławnej gdzie pełnią funkcję pośrednich
pompowni ściekoacutew [2]
O kosztach pompowania ściekoacutew decydują koszty inwestycyjne i eksploatacyjne
Istotną częścią kosztoacutew inwestycyjnych jest koszt wykonania studnikomory zbiorczej
pompowni ktoacutery zależy od jej niezbędnej objętości retencyjnej Natomiast w kosztach
eksploatacyjnych najistotniejszy jest koszt energii elektrycznej potrzebnej do
przepompowania określonego strumienia ściekoacutew (Q H) ktoacutery zależy też od sprawności
dobranych pomp
Do określenia wymaganych wymiaroacutew studni zbiorczych - komoacuter czerpalnych w
przepompowniach ściekoacutew niezbędne jest obliczenie ich objętości czynnej (Vcz) ktoacutera zależy
od liczby pomp (i) strumienia dopływu ściekoacutew (Q) oraz przyjętej liczby cykli załączeń
pomp w godzinie (1Tmin) Dopuszczalną liczbę załączeń silnika elektrycznego pompy w
godzinie należy przyjmować według zaleceń producenta pomp Jeżeli nie ma takich danych
można kierować się minimalnym czasem trwania jednego cyklu pracy pompy (Tmin)
przykładowo podanych w tabeli 102
Tab 102 Zalecane czasy minimalnych cykli pracy pomp
w zależności od mocy silnikoacutew napędowych Moc znamionowa
silnika [kW]
Czas Tmin
[min]
0 - 11 50
14 - 22 65
25 - 44 80
48 - 74 100
110 - 147 130
KANALIZACJA I
119
Dla jednej czynnej pompy maksymalna dopuszczalna liczba załączeń w godzinie
występuje wtedy gdy przez połowę cyklu pompa pracuje a przez drugą połowę jest
wyłączona [1] Wynika to z analizy wzoroacutew na cykl pracy (T) ktoacutery jest sumą czasu pracy
(ts) i czasu postoju (tp) danej pompy
inin
psQ
V
VttT
(1017)
gdzie
V ndash objętość retencyjna studni zbiorczej pompowni dm3
Qin ndash strumień objętości dopływu ściekoacutew dm3s
Q ndash strumień objętości (wydajność) pompy dm3s
Minimalną objętość czynną studni (Vcz) dla jednej pompy oszacować można z wzoru
4
min QTVcz
(1018)
Dla przepompowni z większą liczbą czynnych pomp (i gt 1) niezbędna objętość studni
zbiorczej zależy nie tylko od wydajności pracujących pomp (Q) i liczby dopuszczalnych cykli
włączeń silnika napędowego pomp (1Tmin) ale także od charakterystyki hydraulicznej sieci
kanalizacyjnej oraz od kolejności załączania i wyłączania pomp po osiągnięciu określonego
poziomu ściekoacutew w studni Przykładowo dla 4 czynnych pomp włączenie do pracy drugiej
pompy powoduje zwiększenie wydajności pompowni o 455 trzeciej o 251 a czwartej
już tylko o 148 - wg rys 1045
Rys 1045 Zmiany parametroacutew hydraulicznych przepompowni (H Q) i poszczegoacutelnych pomp
(Hi Qi) w zależności od liczby roacutewnocześnie czynnych pomp
Objętość czynna studni zbiorczej zależy w tym przypadku od charakterystyki sieci (strat
hydraulicznych) liczby pracujących pomp i ich charakterystyki przepływu (rys 1046)
Istotny jest przy tym sam kształt charakterystyki hydraulicznej (tzw przepływność) sieci do
ktoacuterej tłoczone są ścieki [2]
1042 ZALECENIA DO DOBORU POMP
Przyjmując liczbę czynnych pomp w przepompowni należy brać pod uwagę wielkość
systemu kanalizacyjnego wartości strumieni Qmax i Qmin nachylenie charakterystyki
przepływu danej pompy H = f(Q) a także sam kształt charakterystyki strat hydraulicznych
danej sieci kanalizacyjnej
Zużycie energii elektrycznej przez pompę w ciągu roku obliczyć można z wzoru
tPE (1019)
gdzie
E ndash roczne zużycie energii elektrycznej kWh
P ndash moc pompy kW
t ndash roczny czas pracy pompy h
Moc na wale pompy wynosi
KANALIZACJA I
120
QHP
(1020)
gdzie
γ ndash ciężar właściwy ściekoacutew Nm3
H ndash wysokość podnoszenia pompy m
Q ndash strumień objętości pompy m3s
η ndash sprawność całkowita pompy -
Roczne zużycie energii E jest proporcjonalne do iloczynu parametroacutew H Q i t Z
uwagi na jej zużycie znaczenie ma kształt charakterystyki hydraulicznej sieci co wykazano
w [2] 1043 ROZMIESZCZENIE POMP ZATAPIALNYCH
Pompy w przepompowniach ściekoacutew powinny być tak rozmieszczone - w hali pomp
(dla tzw pomp suchych) lub zamocowane do dna w komorze pomp (dla pomp zatapialnych)
aby zapewnić niezawodne działanie bezpieczną obsługę i możliwe najkroacutetsze prowadzenie
rurociągoacutew w obiekcie Dla walcowych studni zbiorczych przepompowni ściekoacutew
rozmieszczenie pomp i podstawowe wymiary komoacuter czerpalnych można przyjmować
przykładowo wg wytycznych firmy KSB podanych w [2] i przedstawionych na rys 1049
Rys 1049 Przykład zabudowy pomp KSB w studniach walcowych
Gabaryty komory pompowej powinny zapewniać ciągły ruch ściekoacutew w całej objętości
aby nie dochodziło do zagniwania zanieczyszczeń na jej dnie oraz właściwie zasilać czerpnie
poszczegoacutelnych pomp tj bez zasysania powietrza do kroacutećcoacutew ssących pomp Montaż pomp
wykonać należy wg zaleceń zawartych w DTR producenta urządzeń W przypadku dużych
pompowni ściekoacutew sposoby doprowadzenia ściekoacutew do komory pompowej podano w
podręczniku [2]
105 MATERIAŁY TECHNIKI BUDOWY I RENOWACJI KANAŁOacuteW
1051 MATERIAŁY
Do budowy przewodoacutew i kanałoacutew ściekowych stosowane są
tradycyjne materiały (już nowej generacji) jak np kamionka klinkier żeliwo
sferoidalne (z wewnętrzną wykładziną) beton wodoszczelny czy też bazalt o
przewidywanej żywotności technicznej rzędu 100 lat ale także
nowoczesne materiały tworzywowe jak np polimerobeton (PMB) polietylen
(PE) polichlorek winylu (PVC) utwardzony polichlorek winylu (PVC-U)
KANALIZACJA I
121
polipropylen (PP) polibutylen (PB) czy żywice poliestrowe wzmacniane włoacuteknem
szklanym (GRP) o przewidywanej żywotności co najmniej 50 lat
Materiały tworzywowe powinny być stosowane w uzasadnionych sytuacjach
terenowych np na obszarach oddziaływań goacuterniczych zagrożonych osuwiskami dużego
natężenia ruchu pojazdoacutew itp Przykłady tradycyjnych wyroboacutew stosowanych do budowy
nowych kanałoacutew czy modernizacji istniejących sieci podano na rysunkach [1 2]
Rys 1054 Kształtki rury i elementy kamionkowe (spody i łuski do wykonania kinet ściekowych)
Rys 1055 Rury betonowe o przekroju kołowym a) bez stopki b) ze stopką c) o przekroju jajowym
(1- wpust 2- pioacutero)
50080
512
Wpust uliczny
2 x łuk 45deg
DN 150
Wstawkadł min100mm
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIE
WŁĄCZENIA DO WPUSTU 90deg
50080
512
2 x łuk 45deg
Wpust uliczny
Zamknięcie wodne częściowe
PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIE
WŁĄCZENIA DO WPUSTU 90deg
Zamknięcie wodne pełne
Rysunek 1
100
Po
zio
m H
2
Po
zio
m H
1
Rysunek 1a
H1H2
lt
DN 150
Rys 1057 Przykładowe rozwiązania wpustoacutew deszczowych zalecane we Wrocławiu
KANALIZACJA I
122
Wpusty deszczowe - na kanalizacji ogoacutelnospławnej muszą być wyposażone w pełne
zamknięcie wodne na odpływie (z łukiemkolanem skierowanym do goacutery) oraz w osadnik
(o głębokości min 05 m) Przykrycie nad syfonem nie może być mniejsze od 08 m (wg rys
1057 ndash po lewej) Wpusty deszczowe - na kanalizacji deszczowej muszą być wyposażone
w osadnik oraz opcjonalnie w częściowe zamknięcie wodne ndash z łukiemkolanem do goacutery (wg
rys 1057 ndash po prawej)
UWAGA W praktyce stosowanie zamknięć syfonowych na odcinkach droacuteg z płytko
posadowioną kanalizacją deszczową jest trudne do spełnienia ze względu na brak możliwości
zachowania strefy przemarzania gruntu
1052 TECHNIKI BUDOWY I RENOWACJI KANAŁOacuteW
Do złego stanu technicznego kanałoacutew przyczynia się najczęściej słaba jakość materiału
konstrukcyjnego nieprawidłowy transport jak i sam montaż Precyzja wykonania rur
uszczelnienia i rozwiązania konstrukcyjne połączeń mają zasadniczy wpływ na trwałość
eksploatacyjną przewodukanału Przyczyny uszkodzeń kanałoacutew mogą być zaroacutewno fizyczne
jak i chemiczne
czynniki fizyczne to obciążenia zewnętrzne oraz naprężenia wewnętrzne
spowodowane wahaniami temperatury zmianami wilgotności i zmęczeniem
materiału
czynniki chemiczne to głoacutewnie korozja i starzenie się materiału
Powodem tzw odnowy kanałoacutew jest więc najczęściej zły stan techniczny i występujące
awarie systemu Czasem wystarczające jest wyczyszczenie kanału jednak zazwyczaj istnieje
potrzeba punktowej naprawy renowacji lub wymiany całego przewodu Przedsięwzięcia te
mogą być przeprowadzane w sposoacuteb klasyczny - w wykopie otwartym bądź też z
zastosowaniem technologii bezwykopowych
Naprawa kanału jest przeprowadzana gdy występują drobne pojedyncze uszkodzenia
konstrukcji Wśroacuted sposoboacutew punktowych napraw kanałoacutew rozroacuteżnić można chemiczną
stabilizację uszczelnianie połączeń wprowadzanie żywic impregnacja przewodu czy
przywracanie pierwotnego kształtu
Renowacja kanału jest preferowana gdy uszkodzenia są rozległe a średnica przewodu
może ulec nieznacznej redukcji Renowacje dotyczą zwykle dłuższych odcinkoacutew przewodoacutew
Ich celem jest ochrona ścian kanału uszczelnienie alboi wzmocnienie konstrukcji
Pokrywanie wnętrza warstwą izolacyjną służy oddzieleniu materiału konstrukcyjnego od
transportowanego agresywnego medium Alternatywnie gdy stan techniczny kanału tego
wymaga do wnętrza jest wprowadzany specjalny liner (rękaw) o odpowiednio dobranych
parametrach wytrzymałościowych - grubości ścianek (związanej z redukcją średnicy
istniejącego przewodu)
Wymiana przewodu na nowy jest najbardziej kosztowną formą odnowy starego
przewodu - konieczna woacutewczas gdy jego konstrukcja nie jest w ogoacutele zdolna do
przenoszenia obciążeń bądźi gdy celowe jest zwiększenie wymiaru (średnicy) przewodu
Stosowane tutaj linery mają dużą wytrzymałość i są w stanie przejąć wszystkie obciążenia
dotychczas przenoszone przez stary kanał Przykładowo w metodzie Burstlining stara rura
jest rozkruszana przez specjalną głowicę prowadzącą ktoacutera roacutewnocześnie wpycha odłamki
ściany starego przewodu do otaczającego gruntu Następnie wprowadzana jest nowa rura
Renowacja bądź wymiana przewodu może być więc przeprowadzana metodami
tradycyjnymi bądź bezwykopowymi Te pierwsze mają mniej zalet jednak w niektoacuterych
przypadkach np gdy kanał jest płytko zagłębiony i położony poza jezdnią są one nadal
preferowane W innych sytuacjach stosowane są coraz częściej nowoczesne i coraz tańsze
technologie bezwykopowe ktoacutere mają wiele zalet min
KANALIZACJA I
123
wykopy są całkowicie wyeliminowane lub znacznie ograniczone
zredukowana jest objętość powstających odpadoacutew
występują małe zakłoacutecenia w ruchu i aktywności ekonomicznej społeczeństwa
instalacja przebiega szybko i sprawnie
Technologie bezwykopowe mają też istotne wady m in
trudności z podłączeniem istniejących przykanalikoacutew
dodatkowe koszty związane z kontrolą jakości i monitoringiem prac
brak możliwości dokładnego nadzorowania położenia linera
wysokie koszty związane z powtoacuterzeniem instalacji w wypadku komplikacji
Częstym błędem przy wyborze metody odnowy przewodu jest kierowanie się tylko
kryterium ekonomicznym inwestycji - pomijanie kosztoacutew społecznych ponoszonych przez
mieszkańcoacutew Negatywny wpływ na społeczeństwo mają zaburzenia komunikacyjne
wywołują min obniżenie aktywności ekonomicznej generowane zanieczyszczenia i ogoacutelnie
zagrożenie dla zdrowia ludzi i środowiska naturalnego
UWAGA Koszty społeczne w przypadku metod tradycyjnych mogą być poroacutewnywalne do
kosztoacutew inwestycyjnych a w przypadku metod bezwykopowych są zazwyczaj mniejsze
106 EKSPLOATACJA SIECI KANALIZACYJNYCH
1061 WYMIAROWANIE PŁUCZEK KANAŁOWYCH
Sieci kanalizacyjne w terenach płaskich ilub o bardzo małych spadkach dna kanałoacutew
(nawet o ik lt ik min) a zwłaszcza o małych średnicach i wypełnieniach wymagają częstego
płukania w celu usunięcia zawiesin wytrącających się ze ściekoacutew i odkładających się osadoacutew
na dnie kanałoacutew Kanały mogą być płukane
wodą wodociągową ndash ze specjalnych zbiornikoacutew (studzienek) zwanych płuczkami
ściekami ndash z innych kanałoacutew (sterowanie poprzez klapy i zastawki piętrzące)
wodąpłynem z wozoacutew asenizacyjnych (ciśnieniowo)
Płukanie kanałoacutew polega na wytworzeniu fali płuczącej poruszającej się cieczy z dużą
prędkością najczęściej υ gt 10 m tj większą niż prędkość samooczyszczania się kanałoacutew
Płuczki kanałowe umieszcza się na końcoacutewkach sieci lub centralnie jako zbiorniki
podziemne (o objętości od kilku do kilkudziesięciu m3) Płuczki zasilane są najczęściej wodą
wodociągową głoacutewnie ze względoacutew praktycznych ndash sanitarnych Mogą być też zasilane
wodą drenażową opadową czy też ściekami Studzienki płuczące jako zbiorniki do płukania
kanałoacutew lokalizuje się najczęściej w najwyżej położonych punktach sieci
Rys 1058 Schemat płuczki kanałowej (sterowanej ręcznie)
Objętość cieczy V (w m3) niezbędną do przepłukania danego odcinka kanału oblicza
się ze wzoru Hansena [1 2]
2
2
2
1
2 )(40
km iiLAV (1021)
gdzie
KANALIZACJA I
124
A - powierzchnia przekroju poprzecznego płukanego kanału m2
L - zasięg płukania (zasięg fali płuczącej) 100divide200 m
ik - spadek dna kanału permil
im - spadek miarodajny linii energii permil
2321
)( hmm Rn
i (1022)
υm - prędkość miarodajna ms
2
1
2
2
2
12 3050)ln1(
m
(1023)
υ1 - prędkość początkowa (maksymalna) υ1 = 075 gh2 ms
h - wysokość ciśnienia roacutewna wysokości cieczy w płuczce m
υ2 - minimalna prędkość płukania υ2 = 08 ms
n - wspoacutełczynnik szorstkości kanału sm13
Płuczki zaopatrzone są często w urządzenia do automatycznego działania jak np
płuczka lewarowa czy płuczka z naczyniem wywrotnym - opis działania podano w [1 2]
Rys 1059 Schemat ideowy płuczki automatycznej - lewarowej
Rys 1060 Schemat ideowy płuczki automatycznej - z naczyniem wywrotnym
1062 ROZMIESZCZANIE PŁUCZEK KANAŁOWYCH
Odcinki kanałoacutew wykonanie z przyczyn technicznych (np kolizji z istniejącym
uzbrojeniem terenu) o spadku dna ik mniejszym niż dopuszczalny hydraulicznie ikmin wymagają częstego płukania (3divide6 razy na dobę) Efektywny zasięg fali płuczącej jest
ograniczony zwykle do 100divide200 m Dłuższe odcinki wymagają rozmieszczenia kilku płuczek
na trasie kanału gdy ik lt ikmin
Rys 1062 Schematyczne rozmieszczenie płuczek na trasie kanału
ułożonego z nieodpowiednim hydraulicznie spadkiem dna ik lt ik min
Przykłady sytuowania płuczek kanałowych w tzw punktach węzłowych sieci tj
połączeń kilku kanałoacutew sterowanych zasuwami bądź zastawkami do przemiennego płukania
określonych odcinkoacutew kanałoacutew podano na rysunkach w [1 2]
KANALIZACJA I
125
Rys 1064 Przykładowe lokalizacje płuczek kanałowych w węzłach sieci (P ndash płuczka)
1063 STOSOWANIE PŁUCZEK I KANAŁOacuteW PŁUCZĄCYCH
Kanały płuczące w komunalnych systemach kanalizacyjnych stosowane są sporadycznie
ze względu na wysokie koszty budowy Na rysunkach 1067divide1069 przedstawiono 3
przykłady rozwiązań koncepcyjnych płukania sieci kanalizacyjnych w zależności od spadkoacutew
terenu przy łącznym stosowaniu płuczek i kanałoacutew płuczących
Rys 1067 Wariat płukania sieci kanalizacyjnej 2 płuczkami i 2 kanałami płuczącymi
Rys 1068 Wariant płukania sieci kanalizacyjnej 3 płuczkami
Rys 1069 Wariant płukania sieci kanalizacyjnej płuczką z kanałem płuczącym
KANALIZACJA I
126
107 ETAPY I ZAWARTOŚĆ TEMATYCZNA OPRACOWAŃ PROJEKTOWYCH
Zgodnie z art 5 ust 3 Ustawy z 12 września 2002 r o normalizacji (DZ U Nr 169 poz
1386) stosowanie Polskich Norm (PN) jest bdquodobrowolnerdquo podobnie też Norm Europejskich
(EN) w tym tzw zharmonizowanych PN-EN a także Norm Międzynarodowych (ISO)
Rangę prawną mają np ustawy czy rozporządzenia do ustaw Norma nie jest obecnie aktem
prawnym Nie oznacza to jednak że nie należy je stosować a zwłaszcza zaleceń
wynikających z treści bdquoduchardquo norm jako źroacutedła przepisoacutew pozaprawnych na roacutewni z np
aktualnymi wytycznymi technicznymi projektowania (WTP) czy publikowanymi wynikami z
prac badawczych - odnośnie np metod wymiarowania kanalizacji
Obecny stan prawny nakłada więc na projektantoacutew i wykonawcoacutew obiektoacutew
budowlanych większą odpowiedzialność i obowiązek starannego w tym bezpiecznego
projektowania i wykonywania obiektoacutew ndash zgodnie ze sztuką budowlaną wynikającą z
najnowszej dostępnej wiedzy technicznej (np BAT ndash best available techniques)
Idea ta znajduje zastosowanie min w odniesieniu do nowych metod wymiarowania
systemoacutew odwodnień terenoacutew [1 2 3] - wg zaleceń normy PN-EN 752 Uwzględniono przy
tym najnowsze branżowe propozycje niemieckiego Stowarzyszenia Techniki Ściekowej
(ATV obecnie DWA) oraz postulat Europejskiego Komitetu Normalizacji (CEN)
osiągnięcia w państwach członkowskich Unii Europejskiej daleko idącego ujednolicenia
poziomu wymagań co do ochrony przed wylaniem z systemoacutew odwodnieniowych
Dokumentacje projektowe do budowy nowych systemoacutew kanalizacyjnych czy
modernizacji istniejących sporządza się zwykle etapami w kolejności
Koncepcja Programowo Przestrzenna (KPP) - dawniej nazywana bdquoZałożenia
Techniczno - Ekonomicznerdquo (ZTE)
Projekt Budowlany (PB) - dawniej zwany bdquoProjekt Technicznyrdquo (PT) ndash ogoacutelny
Projekt Budowlany Wykonawczy (PBW) - dawniej bdquoProjekt Technicznyrdquo (PT) ndash
szczegoacutełowy
Przykładowy zakres dokumentacji technicznej odnośnie systemu kanalizacyjnego
jednostki osadniczej (w etapach KPP PB lub PBW) obejmuje
1 Opis uwarunkowań sytuacyjno-wysokościowych terenu i odbiornikoacutew ściekoacutew
2 Wyboacuter systemu kanalizacyjnego pod kątem wymagań ochrony środowiska
rozdzielczy - w przypadku budowy nowych sieci
poacutełrozdzielczy - w przypadku modernizacji istniejącej sieci rozdzielczej
ogoacutelnospławny - istniejący w przypadku braku możliwości przebudowy
3 Koncepcja rozplanowania sieci i obiektoacutew
kanałoacutew bocznych (zwykle na dużych spadkach terenu)
kolektoroacutew (na małych spadkach terenu)
lokalizacja obiektoacutew odciążających separatoroacutew przelewoacutew burzowych
zbiornikoacutew retencyjnych regulatoroacutew przepływu ściekoacutew pompowni itp)
lokalizacja wylotoacutew ściekoacutew deszczowych czy zmieszanych do odbiornikoacutew wraz
z urządzeniami do ich podczyszczania
lokalizacja oczyszczalni ściekoacutew wraz ze strefą ochronną
2 Bilans ściekoacutew bytowo-gospodarczych i przemysłowych
5 Określanie powierzchni zlewni cząstkowych dopływu ściekoacutew do kanałoacutew
bytowo-gospodarczych i przemysłowych (czy ogoacutelnospławnych)
deszczowych
6 Obliczenia hydrauliczne sieci z doborem średnic spadkoacutew i zagłębień kanałoacutew
KANALIZACJA I
127
7 Wymiarowanie i projekty technologiczne obiektoacutew sieciowych (separatoroacutew
przelewoacutew burzowych zbiornikoacutew retencyjnych osadnikoacutew syfonoacutew płuczek
kanałowych pompowni oczyszczalni ściekoacutew itp) w tym projekty branżowe
8 Plan sieci kanalizacyjnej z obiektami
9 Profile kolektoroacutew i kanałoacutew z obiektami
10 Opis techniczny rozwiązań projektowych wraz z częścią kosztorysową i towarzyszącą
zgodnie z aktualnymi wymogami prawa [1 2 3]
Wzory tabelek rysunkowych do ćwiczeń projektowych i dyplomoacutew z kanalizacji
A Tabelka na mapy profile schematy hellip
Temat pracyprojektu
(np) ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z KANALIZACJI 2
Tytuł rysunku
(np) PLAN SYTUACYJNY SIECI KANALZACYJNEJ
Funkcja Tytuł imię i nazwisko Nr uprawnień Data Podpis
Projektant helliphellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphellip - 10012020 r helliphelliphellip
Sprawdzający helliphellip helliphelliphellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphellip 10012020 r helliphelliphellip
Wydział Katedra PWr
W07 K42
Stadium
KPP
Skala
(np) 12500
Nr rys
X
B Tabelka na rysunki obiektoacutew ndash z wyszczegoacutelnieniem i opisem elementoacutew (UWAGA Wymiarowanie obiektoacutew budowlanych - w cm )
hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
3 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
2 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphellip
1 helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip hellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphellip
Nr Nazwa elementu Ilość Wymiar materiał Katalog norma
Temat pracyprojektu
(np) PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA (lub) MAGISTERSKA
Tytuł rysunku
(np) PROJEKT STUDZIENKI POŁĄCZENIOWEJ NR hellip
Funkcja Tytuł imię i nazwisko Nr uprawnień Data Podpis
Projektant hellip helliphelliphelliphelliphellip helliphelliphellip - 10012020 r helliphelliphellip
Sprawdzający helliphellip helliphelliphellip helliphelliphellip helliphelliphelliphellip 10012020 r helliphelliphellip
WydziałKatedra PWr
W07 K42
Stadium
KPP (lub) PB
Skala
(np) 150
Nr rys
Y
Dziękujemy za dotrwanie do końca