Systemy odwodnienia dróg i mostów Projekt kanalizacji deszczowej

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

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

3. Systemy odwodnienia dróg i mostów

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

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

6. Elementy systemu odwodnienia

7. Odwodnienie powierzchniowe

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

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

10. Określenie zlewni

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

12. Współczynnik spływu

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

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

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

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

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

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

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

20. Określenie zlewni

21. Kanalizacja deszczowa

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

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

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

25. Trasowanie kanalizacji deszczowej

26. Trasowanie kanalizacji deszczowej

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

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

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

30. Obliczenia przepływów

31. Obliczenia hydrauliczne i wymiarowanie przewodów

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

33. Profil podłużny przewodu deszczowego

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

35. Obliczenia hydrauliczne i wymiarowanie przewodów

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

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

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

39. Wymiarowanie urządzeń podczyszczających na podstawie materiałów firmy Ecol-Unicon: http://http://ecol-unicon.com/eKatalog1.01/eKatalog_Ecol-Unicon.html

40. Wymiarowanie urządzeń podczyszczających Na podstawie materiałów firmy Ecol-Unicon: http://http://ecol-unicon.com/eKatalog1.01/eKatalog_Ecol-Unicon.html 1. Ilość ścieków wymagających podczyszczenia - Qnom 2. Maksymalny przepływ ścieków kierowany do osadnika Qmax

41. Wymiarowanie urządzeń podczyszczających Na podstawie materiałów firmy Ecol-Unicon: http://http://ecol-unicon.com/eKatalog1.01/eKatalog_Ecol-Unicon.html 3. Niezbędny stopień redukcji zawiesiny (sprawność osadnika) - h 4. Powierzchnia osadnika o przepływie poziomym Ap

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

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

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

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

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

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

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