Systemy odwodnienia dróg i Systemy odwodnienia dróg i mostówmostów

Projekt kanalizacji Projekt kanalizacji deszczowejdeszczowej

Katedra Geotechniki i Budownictwa DrogowegoWYDZIAŁ NAUK TECHNICZNYCHUniwersytet Warmińsko-Mazurski

ćwiczenia projektowe:ćwiczenia projektowe:dr inż. Ireneusz Dyka (pok. 3.29, ul. Heweliusza dr inż. Ireneusz Dyka (pok. 3.29, ul. Heweliusza

4),4),e-mail: i.dyka@uwm.edu.ple-mail: i.dyka@uwm.edu.plWWW: http://pracownicy.uwm.edu.pl/i.dyka/WWW: http://pracownicy.uwm.edu.pl/i.dyka/

Literatura:•Bajkiewicz-Grabowska E., Mikulski Z., Hydrologia ogólna, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006•Błaszczyk W., Roman M., Stamatello H.: „Kanalizacja tom 1 i 2” Arkady Warszawa 1974• Stamatello M.: „Budowa miejskich sieci kanalizacyjnych”. Arkady, W-wa 1976.•Demandt P., Makowski J., Odwadnianie mostów ulic i placów, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1980

•Edel R.: Odwodnienie dróg. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa 2000-2010•Edel R., Suligowski Z.: Wpływ parametrów wpustów deszczowych na sprawność odwodnienia powierzchniowego dróg i ulic. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej 2004•Geiger Wolfgang Dreiseitl H.: Nowe sposoby odprowadzania wód deszczowych.” Oficyna Wydawnicza Projprzem – EKO Bydgoszcz 1999•Kuczyński J.: „Miejskie budowle sanitarne i podziemne”. PWN, W-wa 1980.•Sokołowski J., Zbikowski A., Odwodnienia budowlane i osiedlowe, Wydawnictwo SGGW, Warszawa 1993

•Szyling Z., Pacześniak E., Odwodnienia budowli komunikacyjnych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2004•Zwierzchowska A.: Technologie bezwykopowej budowy sieci gazowych, wodociągowych i kanalizacyjnych. Wydawnictwo Politechniki Świętokrzyskiej Kielce 2006

Systemy odwodnienia dróg i Systemy odwodnienia dróg i mostówmostów

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

Odwodnienie drogiOdwodnienie drogi[PN-S-02204:1997 – Drogi samochodowe. Odwodnienie [PN-S-02204:1997 – Drogi samochodowe. Odwodnienie

dróg]dróg]

SSystem ystem przeznaczony do:przeznaczony do:

a) ujmowania wód opadowych spływających z drogi,a) ujmowania wód opadowych spływających z drogi,

b) odprowadzania wód poza koronę drogi,b) odprowadzania wód poza koronę drogi,

c) oczyszczania ich ze szkodliwych zanieczyszczeń c) oczyszczania ich ze szkodliwych zanieczyszczeń pochodzących z użytkowania drogi,pochodzących z użytkowania drogi,

d) wprowadzenia ich do środowiska zgodnie z wymogami d) wprowadzenia ich do środowiska zgodnie z wymogami ochrony wód i prawa wodnego.ochrony wód i prawa wodnego.

Elementy systemu Elementy systemu odwodnieniaodwodnienia

Odwodnienie powierzchnioweOdwodnienie powierzchniowe

Obieg wody na powierzchni Obieg wody na powierzchni zlewnizlewni

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

Charakterystyka zlewniCharakterystyka zlewni procesy: spływu, odpływu, przepływu, retencji; ukształtowanie zlewni: pionowe, kształt , wymiary, sposób zagospodarowania powierzchni terenu zlewni, przepuszczalność gruntów, obecność obszarów leśnych i różnego rodzaju roślinności, obecność naturalnych lub sztucznych zbiorników wodnych

oraz koryt i cieków terenowych, zawilgocenie powierzchni gruntów, poziom zwierciadeł wód gruntowych.

Określenie zlewniOkreślenie zlewni

Wyznaczanie spływu ze zlewniWyznaczanie spływu ze zlewni

Zlewnie są to obszary, w obrębie których zbierająca Zlewnie są to obszary, w obrębie których zbierająca się z opadów woda formuje się w strugi wodne i się z opadów woda formuje się w strugi wodne i

odpływa do odbiorników. odpływa do odbiorników.

Najbardziej ogólny wzór do obliczenia spływów deszczowych:

gdzie:Q - ilość spływu [dm3/s] -współczynnik opóźnienia odpływu - współczynnik spływu (mniejszy od 1)q - natężenie deszczu [dm3/(ha·s)]F - powierzchnia zlewni [ha.]

FqQ

Współczynnik spływuWspółczynnik spływu1

op

sp

QQ

Zlewnia drogowa - Zlewnia drogowa - to obszar, z którego wody spływają to obszar, z którego wody spływają do ścieków i rowów przydrożnych. do ścieków i rowów przydrożnych.

W obszar zlewni drogowej wchodzi:połowa lub cała szerokość jezdni,pasy dzielące, chodniki, drogi rowerowe,pasy parkingowe usytuowane wzdłuż jezdni, zatoki autobusowe,pobocze, pas zajęty przez rów lub ściek,skarpy nasypu lub wykopu,przyległy teren określony na mapach z uwzględnieniem wododziałów.

Wyznaczanie spływu ze zlewniWyznaczanie spływu ze zlewni

Dane wyjściowe: Dane wyjściowe: natężenie i prawdopodobieństwo pojawienia natężenie i prawdopodobieństwo pojawienia się deszczu, się deszczu,

współczynniki spływu, współczynniki spływu,

czas trwania deszczu, czas trwania deszczu,

wielkość i sposób uszczelnienia zlewni wielkość i sposób uszczelnienia zlewni częściowych (tzn. elementów zlewni częściowych (tzn. elementów zlewni całkowitej stanowiących odrębne jednostki całkowitej stanowiących odrębne jednostki obliczeniowe), obliczeniowe),

cieki wodne jako odbiorniki. cieki wodne jako odbiorniki.

z „Rocznika hydrologicznego”, z „Rocznika hydrologicznego”, Instytut Meteorologii i Gospodarki Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej Wodnej

z „Projektu drogowego” z „Projektu drogowego”

Wyznaczanie spływu ze zlewni - dane Wyznaczanie spływu ze zlewni - dane wyjściowewyjściowe

natężenie deszczu [mm/min] – wysokość natężenie deszczu [mm/min] – wysokość opadu opadu hh [mm] przypadająca na jednostkę [mm] przypadająca na jednostkę czasu czasu tt

częstotliwość występowania deszczu - C, częstotliwość występowania deszczu - C,

• jest to okres czasu wyrażony w latach, w którym wystąpi deszcz o danym lub większym natężeniu.

DeszczDeszcz

thJ

Natężenie deszczu zależy od:•czasu trwania,•częstotliwości występowania,•zasięgu.

%1001C

p Prawdopodobieństwo Prawdopodobieństwo pojawienia się deszczu ppojawienia się deszczu p-- określa, ile razy w przeciągu stulecia zostanie osiągnięte przekroczenie danego natężenia deszczu.

DESZCZ MIARODAJNYDESZCZ MIARODAJNYodwodnienie przez muldy i rowy c=1 rok,odwodnienie przez muldy i rowy w obrębie miast c=10 lat,odcinki drogi w wykopach zależnie od jej ważności c=10- 20 lat,najniższe punkty niwelety c= 5 lat,kanalizacje drugorzędne c=2 lata,kolektory i burzowce c= 5 lat,kanalizacje w niekorzystnych warunkach terenowych c= 10 lat,kanalizacje odwadniające pas dzielący dwie jezdnie c= 4 lata

Prawdopodobieństwo wystąpienia deszczu miarodajnego w zależności od klasy drogi: p=10% (c=10 lat) – drogi klas A lub S p=20% (c=5 lat) – drogi klasy GP p=50% (c=2 lata) – drogi klas G lub Z p=100% (c=1 rok) – drogi klas L lub D

ROZPORZĄDZENIEMINISTRA TRANSPORTU I GOSPODARKI MORSKIEJ

z dnia 2 marca 1999 r.w sprawie warunków technicznych, jakim powinny

odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie.(Dz. U. z dnia 14 maja 1999 r.)

Natężenie deszczu Natężenie deszczu miarodajnegomiarodajnego

6670,)( mtAq

C – okres w latach, w którym następuje jednorazowe przekroczenie danego natężenia opadu;

H – roczna suma opadów [mm];tm – czas miarodajny trwania opadu [min];

6670

3 26316,)(

,mt

HCq

A - współczynnik zależny od prawdopodobieństwa pojawienia się deszczu oraz średniej rocznej wysokości opadu.

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

1op

sp

QQ

Systemy odwodnienia dróg i Systemy odwodnienia dróg i mostówmostów

Ćwiczenia projektowe:

•projekt odwodnienia wskazanego terenu (kanalizacji deszczowej) wraz z zaprojektowaniem układu do podczyszczania wód opadowych.  1.Określenie zlewni dla poszczególnych odcinków przewodu, wytyczenie trasy przebiegu kanalizacji deszczowej.2.Rozmieszczenie wpustów ulicznych.3.Określenie powierzchni poszczególnych zlewni oraz ilości wód opadowych4.Obliczenia hydrauliczne oraz dobór przewodów dla poszczególnych odcinków5.Przygotowanie profilu podłużnych przewodów głównych6.Przygotowanie profili podłużnych przewodów bocznych7.Dobór urządzeń układu do podczyszczania wód opadowych 8.Sporządzenia rysunków szczegółowych w tym profilu podłużnego przez podczyszczanie.

Określenie zlewniOkreślenie zlewni

Kanalizacja Kanalizacja deszczowadeszczowa

Kanalizacja deszczowaKanalizacja deszczowa– – zewnętrzna, podziemna sieć kanalizacyjna zewnętrzna, podziemna sieć kanalizacyjna

przeznaczona do odprowadzenia ścieków przeznaczona do odprowadzenia ścieków opadowych. opadowych.

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

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

Trasowanie kanalizacji Trasowanie kanalizacji deszczowejdeszczowej

•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 Trasowanie kanalizacji deszczowejdeszczowej

Trasowanie kanalizacji Trasowanie kanalizacji deszczowejdeszczowej

Metoda granicznych natężeń Metoda granicznych natężeń deszczudeszczu

wg PN-S-02204:1997 – Drogi samochodowe. Odwodnienie drógwg PN-S-02204:1997 – Drogi samochodowe. Odwodnienie dróg

gdzie:Q – miarodajny przepływ obliczeniowy [dm3/s]F – powierzchnia zlewni drogi [ha] - współczynnik spływuq – natężenie miarodajne opadu deszczu [dm3/sxha]

qFQ

Metoda granicznych natężeń Metoda granicznych natężeń deszczudeszczu

wg PN-S-02204:1997 – Drogi samochodowe. Odwodnienie drógwg PN-S-02204:1997 – Drogi samochodowe. Odwodnienie dróg

Procedura iteracyjna obliczeń:1) założenie wstępnej prędkości przepływu v w kanale,2) obliczenie wstępnej wartości czasu miarodajnego deszczu tm,3) obliczenie wstępnej wartości natężenia miarodajnego deszczu q,4) obliczenie wstępnej wartości natężenia miarodajnego przepływu wód

opadowych Q,5) założenie wymiarów kanału i obliczenie pola powierzchni czynnego

przekroju P,6) obliczenie wartości prędkości przepływu v w kanale i porównanie z

wartością wstępną v,7) przyjęcie nowej wartości v i ponowne wykonanie obliczeń .

qFQ

Metoda stałych natężeń 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.

FqQ

Obliczenia przepływówObliczenia przepływów

Oznaczenie zlewni tm [min] q [l/(sxha)] F [ha] n Q [l/s]

do D4 10 167.66 0.0395 0.9 4 2.24 13.37D4 - D3 10 167.66 0.0300 0.9 4 2.40 10.88D3 - D2 10 167.66 0.0258 0.9 4 2.50 9.71D2 - D1 10 167.66 0.0131 0.9 4 2.96 5.84

               do D25 10 167.66 0.0420 0.9 4 2.21 14.00

D25 - D24 10 167.66 0.0170 0.9 4 2.77 7.10D24 - D3 10 167.66 0.0226 0.9 4 2.58 8.80

               do D22 10 167.66 0.0186 0.9 4 2.71 7.60

D22 - D21 10 167.66 0.0000 0.9 4 - 0.00D21 - D20 10 167.66 0.0157 0.9 4 2.83 6.69D20 - D19 10 167.66 0.0162 0.9 4 2.80 6.85

D19 - D18 10 167.66 0.0230 0.9 4 2.57 8.91D18 - D2 10 167.66 0.0180 0.9 4 2.73 7.42

               do D23 10 167.66 0.0155 0.9 4 2.83 6.63

D23 - D19 10 167.66 0.0000 0.9 4 - 0.00               

do D21 10 167.66 0.0226 0.9 4 2.58 8.80do D20 10 167.66 0.0220 0.9 4 2.60 8.62do D19 10 167.66 0.0167 0.9 4 2.78 7.01

6670

3 26316,)(

,mt

HCq

Obliczenia hydrauliczne i wymiarowanie przewodówObliczenia hydrauliczne i wymiarowanie przewodów

Profil podłużny przewodu deszczowegoProfil podłużny przewodu deszczowego

Spadek kanału - Spadek kanału - jest jedną z podstawowych wielkości, która ma decydujący wpływ na prędkość przepływu ścieków.

Spadki minimalne Spadki minimalne można określić w oparciu o:•prędkość graniczną,•prędkość samooczyszczania,•naprężenia ścinające na granicy kanał – ścieki,•wzory empiryczne na spadki minimalne.

Profil podłużny przewodu deszczowegoProfil podłużny przewodu deszczowego

Obliczenia hydrauliczne i wymiarowanie przewodówObliczenia hydrauliczne i wymiarowanie przewodów

FQNatężenie przepływu dla przekroju Natężenie przepływu dla przekroju kołowego:kołowego:

Wzór Manninga (Chezy-Manninga):Wzór Manninga (Chezy-Manninga): 21

321 IRn h

Wzór Kuttera (Niemcy):Wzór Kuttera (Niemcy): 2121

21

100 IRRb

Rh

h

h

Wzór Prandtla-Colebrooka:Wzór Prandtla-Colebrooka:

21884148

6302 IRgR

kIRgR

hhhh

,

,lg

n = 0,0125 K = 1/n = 80 b = 0,35 k = 1,5 mm

Obliczenia hydrauliczne i wymiarowanie przewodówObliczenia hydrauliczne i wymiarowanie przewodów

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)

Spadek linii ciśnień I=2.1 ‰

Wymiarowanie urządzeń podczyszczającychWymiarowanie 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.

źródło: „ EKOLOGICZNE ZAGADNIENIA ODWODNIENIA PASA DROGOWEGO„ [http://www.gddkia.gov.pl/userfiles/articles/a/analiza-metod-poprawy-

stanu-odwo_1//documents/zeszyt-7.pdf]

Na podstawie PN-S-02204:1997 – Drogi samochodowe. Odwodnienie dróg:

Wymiarowanie urządzeń podczyszczającychWymiarowanie urządzeń podczyszczających

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

1. Ilość ścieków wymagających podczyszczenia - Qnom

2. Maksymalny przepływ ścieków kierowany do osadnika Qmax

Na podstawie materiałów firmy Ecol-Unicon:http://http://ecol-unicon.com/eKatalog 1.01/eKatalog_Ecol-Unicon.html

Wymiarowanie urządzeń podczyszczającychWymiarowanie urządzeń podczyszczających

3. Niezbędny stopień redukcji zawiesiny (sprawność osadnika) -

4. Powierzchnia osadnika o przepływie poziomym Ap

Na podstawie materiałów firmy Ecol-Unicon:http://http://ecol-unicon.com/eKatalog 1.01/eKatalog_Ecol-Unicon.html

Wymiarowanie urządzeń podczyszczającychWymiarowanie urządzeń podczyszczających

Założenie: osadnik o przepływie poziomym (Q<130 l/s)

Dane wyjściowe:Fi = 4.26 ha = 0.425qnom = 15 dm3/sqmax = 166.67 dm3/sFzr = F × = 4.26 × 0.425 = 1.81 ha, gdzie: Z1 = 400 mg/dm3

Z2 = 100 mg/dm3

Hr = 900 mm (roczna wysokość opadów) = 1

Przykład obliczeniowy

1. Ilość ścieków wymagających podczyszczeniaQnom = qnom × Fzr × = 15 × 1.81 × 1.0 = 27.16 l/s

i

iiśred F

F .

Przykład obliczeniowy

2. Maksymalny przepływ ścieków kierowany do osadnikaQmax = qmax × Fzr × = 166.67 × 1.81 × 1.0 = 300.01 l/s

%% 75100

1

21 Z

ZZ i

3. Niezbędny stopień redukcji zawiesiny (sprawność osadnika)

4. Powierzchnia osadnika o przepływie poziomym Ap

2591910

6316270263 mq

QAF

nom .....

Nie można dobrać osadnika OS ze względu na wielkości oferowanych urządzeń.W związku z tym dobieramy osadnik wirowy OW

Przykład obliczeniowy – osadnik wirowy (OW)

1. Ilość ścieków wymagających podczyszczeniaQnom = 27.16 l/s

2. Maksymalny przepływ ścieków kierowany do osadnikaQmax = 300.01 l/s

3. Niezbędny stopień redukcji zawiesiny (sprawność osadnika) = 75 %

Przykład obliczeniowy – osadnik wirowy (OW)

Dla wymaganych parametrów dobieram osadnik wirowy V2B1-4.

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

Stary katalog Nowy katalog

Przykład obliczeniowy – osadnik wirowy (OW)

Osadnik wirowy V2B-4:Dw1 = Ø 1500, Dw2 = Ø 1200, Hw = 1670 mm

4. Objętość magazynowania osadu (Vos) osadnika OW

mHBHh w 7602000

15016702000150

2000150

0 .

322

10 341

451760

4mDhV w

os ...

Przykład obliczeniowy – osadnik wirowy (OW)

5. Krotność usuwania osadu w ciągu roku

rokkgM /)(. 4887100

900100400811

0141000341114887 .

..

n