УДК 628.218
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЛИВНЕВОЙ КАНАЛИЗАЦИИ
1, 2
Иркутский государственный технический университет,
664074, 3.
Выполняется сопоставление существующих и проектируемых систем поверхностного водостока, приводятся заключения, которые можно сделать на базе сравнительной интерпретации, и даны предложения по оптимизации систем ливневой канализации с целью рационального жизнеобеспечения современного города.
Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: ливневая канализация; поверхностный водосток; проектирование; оптимизация параметров.
SCIENTIFIC AND TECHNICAL PROBLEMS OF STORM-WATER SEWER
A. Zhitov, V. Chupin
Irkutsk State Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074
The authors compare the existing and designed systems of surface watercourse; draw the conclusions based on comparative interpretation and suggest the ways of optimizing the storm water drain systems for the purpose of sustainable life support in a modern city.
Sources: 6 refs.
Keywords: storm-water sewer; surface watercourse; design; optimization of parameters.
На сегодняшний день огромную роль в рациональном жизнеобеспечении современного города играют системы водоотведения ливневых сточных вод. Проведенный анализ их состояния показал, что многие участки перегружены и работают в режиме размывающих скоростей, другие недогружены и в них происходит накопление осадков. Многие участки вышли из строя из-за механических повреждений и засоров; часть коллекторов не удовлетворяет по пропускной способности и требует перекладки на большие диаметры и уклоны; другие участки имеют полный физический износ.
В период интенсивных дождей трубопроводы и колодцы систем ливневой канализации переполняются, приводя к подтоплению проезжей части, переходов, подвалов зданий и других инженерных сооружений. Причиной этого является несоответствие параметров системы тем нагрузкам, которые имеют место в настоящее время.
Следует отметить, что должного внимания этим системам не уделялось. В итоге многие коллекторы просто заилены, другие разрушены и пришли в негодность. Как следствие происходит разрушение дорожного полотна, вымывание грунта, загрязнение водоёмов. Из-за существенного увеличения количества транспортных единиц загрязнения стали более насыщены тяжелыми металлами и другими опасными элементами. Перечисленные обстоятельства делают задачу реконструкции и развития ливневой канализации актуальной.
Такая ситуация сложилась вследствие увеличения темпов промышленного и жилищного строительства, изменения поверхностного водостока, увеличения интенсивности и продолжительности дождей, заиливания колодцев и засорения сети и из-за многих других факторов. Недостаточно внимания к этим системам уделяется со стороны эксплуатирующих служб и органов власти, а главное, выделяется мало средств на своевременную модернизацию и ремонт.
Отсутствие внимания к системам водоотведения также затормозило и развитие методологии их проектирования. Можно сказать, что на сегодняшний день проектные организации имеют лишь те подходы и методы, которые были разработаны еще в 1950–1960-е гг. В то же время системы дождевой канализации характеризуются низкой автоматизацией и диспетчеризацией, значительной аварийностью. Аварийность возникает вследствие зарастания и засорения трубопроводов, что является причиной несоблюдения скоростных режимов течения стоков.
В практике эксплуатации не делается анализ скоростей движения стоков и не приводятся гидравлические и оптимизационные расчеты по обоснованию режимов работы транспортирующих сооружений.
С учетом сложившейся ситуации задачу оптимизации параметров развивающихся систем можно сформулировать следующим образом: учитывая площади поверхностного водостока, необходимо определить такие диаметры новых и реконструируемых коллекторов, места установки насосных станций и напорных трубопроводов, объемы регулирующих резервуаров и очистных сооружений, которые бы были минимальны по затратам и соответствовали техническим, гидравлическим, экологическим и другим требованиям. При этом в качестве критерия оптимизации следует принять минимум приведённых расчетных затрат, либо в качестве сопутствующих – минимум объемов земляных работ, минимальное или максимальное время добегания и др.
Очевидно, для практики эксплуатации и реконструкции ливневой канализации представляет большой интерес возможность моделировать различные режимы течения стоков, включая переполнение сети и появление противотоков, выхода стоков на поверхность земли и др. При этом актуальными являются вопросы интенсификации работы ливневой канализации и повышения ее пропускной способности в период интенсивных и продолжительных дождей. Недостаточно эффективна работа существующих канализационных очистных сооружений. Наблюдается высокий износ основных фондов систем водоотведения, особенно магистральных сетей. Слабо развита система водоотведения в сельских населенных пунктах.
В наше время наблюдается строительный бум. Необходимо понимать, что в соответствии с действующим законодательством хозяин обязан организовать водоотведение с территории новой постройки не только хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод (ХБСВ и ПСВ), но и поверхностных (ливневых, дождевых) сточных вод. Если сброс ХБСВ в местную сеть канализации, т. е. без очистки на локальных очистных сооружениях (ОС), иногда возможен, то для сброса ливневых практически всегда необходимо строить локальные ОС. Отсюда следует, что в любом случае на территории застройки должно быть предусмотрено, как минимум, место для размещения локальных ОС ПСВ с соответствующей защитной зоной с радиусом не менее 100 м.
Эксплуатация и реконструкция систем водоотведения представляет большой интерес и возможность моделировать такие ситуации, предвидеть выходы стоков на поверхность земли, своевременно предотвращать эти явления.
Отсутствие в городах централизованных систем ливнесточной сети, нередко, в том числе при специфических инженерно-геологических условиях (заболоченные и подтопленные территории), ухудшает экологию городов, осложняет строительство и эксплуатацию зданий и сооружений, затрудняет эксплуатацию систем инженерного оборудования, ведет к усиливающемуся загрязнению природных водоемов и городских территорий. Цели и задачи исследований заключаются в разработке методических основ и вычислительной базы для расчета и анализа режимов работы систем водоотведения бытовых и поверхностных сточных вод.
Необходимость развития методики оптимального проектирования систем ливневой канализации обосновывается тем, что в настоящее время основной объем эксплуатационных затрат в системах водоотведения – затраты на прочистку сетей водоотведения. Известно, что безотказность работы сети определяется в основном безотказностью работы наименее надежного объекта сети.
Согласно СНиП 2.04.03–85 «Канализация. Наружные сети и сооружения» и рекомендаций по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока, расходы дождевых вод в коллекторах дождевой канализации qr, л/с определяются методом предельных интенсивностей. Расчетный расход сточной жидкости вычисляется по формуле
|
где zmid − среднее значение коэффициента, характеризующего поверхность бассейна стока,; F − расчетная площадь стока, га; tr − расчетная продолжительность дождя, равная продолжительности протекания поверхностных вод по поверхности и трубам до расчетного участка, мин.
Параметры А и п необходимо определять по результатам обработки многолетних записей самопишущих дождемеров, зарегистрированных в данном конкретном пункте. При отсутствии обработанных данных допускается параметр А определять по формуле
где q20 – интенсивность дождя, л/с на 1 га, продолжительностью 20 мин при периоде однократного превышения расчетной интенсивности дождя, равного 1 год;
п, γ – показатели степени;
тr – средние количество дождей за год.
Расчетную продолжительность протекания дождевых вод по поверхности и трубам tr, мин, следует вычислять по формуле:
где tcon − продолжительность протекания дождевых вод до уличного лотка, а при наличии дождеприемников в пределах квартала, до уличного коллектора (время поверхностной концентрации), мин, определяется по расчету или принимается в населенных пунктах при отсутствии внутриквартальных закрытых дождевых сетей равной 5-10 мин. При их наличии принимается равной 3–5 мин;
tcan − то же, по уличным лоткам до дождеприемников (при отсутствии их в пределах квартала), определяется по формуле
здесь lcan − длина участков лотков, м;
vcan − расчетная скорость течения на участке, м/с;
tp − то же, по трубам до рассчитываемого сечения, определяется по формуле
где lp − длина расчетных участков коллектора, м;
vp – расчетная скорость течения на участке, м/с.
Расчетный расход по участкам дождевой канализации согласно СНиП 2.04.03–85 следует определять с учетом коэффициента в, учитывающего заполнение свободной ёмкости сети в момент возникновения напорного режима:
В настоящее время в отношении системы водоотведения населенных пунктов отмечается, что необходимы решения, которые позволят значительно оптимизировать затраты на строительство и минимизировать площади под очистные сооружения за счет комплексного подхода к созданию единой водной инфраструктуры, объединяющей в одном и том же сооружении функции элементов хозяйственно-бытовой, ливневой канализации, декоративных водоемов и противопаводковых защитных сооружений.
В практике расчетов и моделирования систем водоотведения отсутствуют подходы, методы и программы, позволяющие рассчитывать излив стоков на поверхность земли и образование противотоков в безнапорных коллекторах.
Имеющиеся в научно-методической литературе и в практике проектирования подходы, методики и методы для обоснования параметров таких систем проработаны слабо, поэтому требуют дальнейшего развития и совершенствования.
Использование практических рекомендаций даёт экономический эффект в результате экономии материальных ресурсов при возведении систем ливневой канализации и предотвращённого ущерба водным объектам.
Библиографический список
СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. – М.: Изд-во ФГУП ЦПП, 2006. – 87 с. , Курганов отведения поверхностного (дождевого и талого) стока с урбанизированных территорий: учеб. пособие. – М.: Изд-во АСВ. 2000. – 352 с. Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты. ФГУП “НИИВОДГЕО”. М., 2006. Проектирование сооружений для очистки сточных вод / ВНИИ ВОДГЕО: справочное пособие к СНиП 2.04.03-85. – М.: Стройиздат, 1990. Отведение и очистка поверхностных сточных вод / B. C. Дикаревский [и др.]. Л.: Стройиздат, 1990. – 224 с. СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. М, 2000.
1 , аспирант кафедры городского строительства и хозяйства, e-mail: *****@***ru
Zhitov Alexander, a postgraduate student of Urban Construction and Economy Department, e-mail: *****@***ru
2 , доктор технических наук, профессор кафедры городского строительства и хозяйства, , e-mail: *****@***edu
Chupin Victor, Doctor of Engineering Sciences, Professor of Urban Construction and Economy Department, tel.: 405145, e-mail: *****@***edu
