Zbiornik retencyjno-wsiąkowy

Transkrypt

1 Materiały pomocnicze do ćwiczenia projektowego Zbiornik retencyjno-wiąkowy z przedmiotu Podtawy Budownictwa Wodnego [3] Opracował: dr inŝ. Witold Sterpejkowicz-Werocki Politechnika Gdańka, Wydział InŜynierii Lądowej i Środowika, Katedra Hydrotechniki Gdańk, październik 2009

2 Materiały pomocnicze do ćwiczenia Zbiornik retencyjno-wiąkowy trona 2 Zbiornik retencyjno-wiąkowy PODSTAWY BUDOWNICTWA WODNEGO ćwiczenie projektowe nr 1 Zadanie: Wykonać projekt wtępny zbiornika retencyjno-wiąkowego dla zagopodarowania wód dezczowych. Zakre obliczeń: Obliczenie objętości wody do zagopodarowania, Wymiarowanie koryta doprowadzającego wodę do zbiornika, Wymiarowanie zbiornika, Bilan ma ziemnych, Urządzenia przelewowe, Umocnienie brzegów. Ryunki: Rzut zbiornika, Przekrój przez zbiornik. Dane: - powierzchnie zlewni czątkowych, - podłoŝe gruntowe, - natęŝenie i cza trwania dezczu miarodajnego. Literatura: [1] Wolfgang Geiger, Herbert Dreieitl - Nowe pooby odprowadzania wód dezczowych, Oficyna Wydawnicza Projprzem-EKO, 1999 [2] Edward Zawada, Armand śbikowki - Budownictwo Wodne. Część 2, WSiP, 1991 [3] [4] konkur_drip/opot1.jpg [5]

3 Materiały pomocnicze do ćwiczenia Zbiornik retencyjno-wiąkowy trona 3 1. Utalenie pływu Na ogół na pływ nie oddziałuje cały opad, padający na określoną powierzchnię. Dlatego w więkzości metod obliczeniowych naleŝy podać wielkość trat, o jakie opad zotanie zmniejzony. Wynikający tąd opad zredukowany, to ta część opadu, która pływa i którą naleŝy zagopodarować. Dla pływu Q r z określonego obzaru o powierzchni A całk obowiązuje zaleŝność: [1] Q r = r ψ śr A calk Dezcz obliczeniowy r odpowiada przy tym przyjętemu za podtawę dezczu o określonym czaie trwania i czętotliwości wytępowania. Wielkość wpółczynnika pływu ψ zaleŝy od materiałów i jakości pokrycia nawierzchni oraz od jej nachylenia. Jet to wpółczynnik empiryczny, a jego wartości podane ą w tabeli: Średni wpółczynnik pływu ψ r pochodzi z uśrednienia (średnia geometryczna) według powierzchni czątkowych A n zgodnie ze wzorem: [1]

4 Materiały pomocnicze do ćwiczenia Zbiornik retencyjno-wiąkowy trona 4 ψ śr ψ A + A = A + A + A A A 1 1 ψ 2 2 ψ 3 3 ψ n n A n [1] 2. Wymiarowanie koryta dopływowego do zbiornika. Do doprowadzenia wody do zbiornika retencyjnego w obrębie terenów miejkich (oiedlowych) nadają ię koryta otwarte, które kztałtować moŝna w najrozmaitzy poób. Układ koryt otwartych tanowi alternatywę dla układu rur podziemnych, umoŝliwia proty dozór i czyzczenie, poprawia mikroklimat i pozwala na kontakt z wodą.

5 Materiały pomocnicze do ćwiczenia Zbiornik retencyjno-wiąkowy trona 5 [1] Za podtawę wymiarowania koryt przyjmowany jet empiryczny wzór Manninga- Strickleta, który dość dobrze odzwierciedla przybliŝone wartości dla przepływów burzliwych w zortkich korytach: v = k St R 2 / 3 h gdzie: R h = A/O z promień hydrauliczny A pole przekroju czynnego koryta [m 2 ] O z obwód zwilŝony [m] k St wpółczynnik zortkości wg Manninga-Strickleta I padek linii energii (moŝna przyrównać do padku dna koryta) [-] I 1/ 2 [1] [1]

6 Materiały pomocnicze do ćwiczenia Zbiornik retencyjno-wiąkowy trona 6 [1] [1] [1]

7 Materiały pomocnicze do ćwiczenia Zbiornik retencyjno-wiąkowy trona 7 [1]

8 Materiały pomocnicze do ćwiczenia Zbiornik retencyjno-wiąkowy trona 8 3. Wymiarowanie zbiornika Do wymiarowania zbiornika potrzebny jet w zaadzie rozkład pływu wód dezczowych w czaie. Dla zbiornika mającego za zadanie odprowadzenie części pływu do gruntu (zbiornik wiąkowy) naleŝy mieć na uwadze, Ŝe wilgotność gruntu na ogół wzrata wraz z głębokością, aŝ oiągnięty zotanie poziom zwierciadła wody gruntowej. Zakładając, Ŝe przy powierzchni gruntu wilgotność w przybliŝeniu równa jet 0, a wartość pełnego naycenia zotaje oiągnięta przy przejściu do wody gruntowej, to jako pewne przybliŝenie średniej przewodności w obzarze między tanem uchym a w pełni nayconym, moŝna przyjąć średnią arytmetyczną obydwóch wartości granicznych. Taka średnia wartość jet dotatecznie dokładna dla prędkości filtracji w gruncie nienayconym i przedtawiona jet w równaniu: v f k f = 2 I gdzie: I oznacza gradient hydrauliczny (padek zw.wody) pomiędzy dwoma otworami wiertniczymi, k f wpółczynnik filtracji gruntu. Orientacyjne wartości wpółczynników filtracji (k f ) przedtawiono w tabl. Wpółczynniki filtracji (k f ) L.p. Rodzaj gruntu Wpółcz. filtracji (k f ) (m/) 1 otoczaki, grunt narzutowy Ŝwir piaek gruboziarnity piaek drobnoziarnity piaek gliniaty glina piazczyta ił Zakładając, Ŝe wydajność wiąkania jet tała na całej powierzchni zbiornika, to I=1. Dla tałej wydajności wiąkania Q równanie przyjmuje potać: Q = v f A gdzie: A oznacza dypozycyjną powierzchnię dla wiąkania (w przybliŝeniu jet to powierzchnia dna zbiornika). = 1 2 k f A

9 Materiały pomocnicze do ćwiczenia Zbiornik retencyjno-wiąkowy trona 9 [4] Dopływ Q dopl do powierzchni przeiąkania kłada ię z odpływu z przyłączonych powierzchni podlegających odwodnieniu oraz opadu przypadającego na powierzchnię wiąkania: dopl Odpływ podlegający wiąkaniu wynoi: r ( A A ) Q = Q = r ψ + calk r Q odpl = dv dt 1 2 k f A RóŜnica pomiędzy Q dopl a Q odpl podlega pośredniemu gromadzeniu. JeŜeli obiekt gromadzący wodę jet opróŝniony na początku dezczu o czaie trwania T, to w takim przypadku po całkowaniu równania bilanu, gromadzona objętość wody wynieie: V = r ( A ψ + A ) k A T calk r 1 2 f W przypadku zbiornika retencyjno-wiąkowego ze zdławionym odpływem potrzebna objętość zbiornika wynieie: V = r ( A ψ + A ) k A Q T calk r 1 2 f zd gdzie: Q zd oznacza dopuzczalne natęŝenie przepływu na odpływie ze zbiornika PowyŜze równania obowiązują dla putego zbiornika retencyjno-wiąkowego. W drugim przypadku krajnym, moŝe ię zdarzyć, Ŝe zbiornik będzie napełniony. Wówcza, aby nie

10 Materiały pomocnicze do ćwiczenia Zbiornik retencyjno-wiąkowy trona 10 dopuścić do niekontrolowanego wylania ię wody ze zbiornika naleŝy wypoaŝyć go w przelew awaryjny, o zdolności przeputowej więkzej od dopływu do zbiornika Q dopl. [1] 4. Obliczenia hydrauliczne urządzenia dławiącego oraz przelewu awaryjnego. Jako urządzenie dławiące moŝna przyjąć w najprotzym rozwiązaniu zatawkę. Obliczenia hydrauliczne zatawki prowadzają ię w zaadzie do określenia jej zerokości i wyokości unieienia ponad progiem, tak aby jej wydatek Q był zbliŝony, lecz nie przekraczał wartości Q zd. Przyjmując, Ŝe wypływ pod zamknięcia jet nie zatopiony, jego wydatek obliczyć moŝna z uprozczonego, lecz zazwyczaj dotatecznie dokładnego, wzoru: Q = µ a b g H ' 1 2 o gdzie: µ 1 wpółczynnik wydatku H 0 wznieienie linii energii wody w górnym tanowiku nad środkiem cięŝkości pola otworu niezatopionego Wpółczynnik wydatku dla otworów małych (o powierzchni do 2 m 2 ), w przypadku dławienia z góry i z boków, wynoi 0,75 (krawędzie zaokrąglone) lub 0,70 (krawędzie otre).

11 Materiały pomocnicze do ćwiczenia Zbiornik retencyjno-wiąkowy trona 11 v2 0 2g v 0 a. H'o Obliczenia moŝna prowadzić przyjmując zerokość otworu b i natępnie dobierając wyokość a, w ten poób, aby wydatek Q pod zauwy był równy Q zd przy pełnym napełnieniu zbiornika. Obliczenia hydrauliczne dla przelewu awaryjnego prowadzi ię w oparciu o poniŝzy wzór: Q = M b H gdzie: M wpółczynnik wydatku (moŝna przyjąć 1,55), b światło przelewu [m], H głębokość wody ponad koroną przelewu [m], ε - wpółczynnik dławienia bocznego. Warunek jaki mui być pełniony przy obliczaniu przelewu awaryjnego jet taki, Ŝe mui on poiadać zdolność do przepuzczenia przepływu o natęŝeniu co najmniej Q dopł. Wpółczynnik dławienia bocznego ε we wzorze na wydatek moŝna przyjmować jak dla przelewów bezciśnieniowych wg wzorów: H ε = 1 0,2n ξ b gdzie: n liczba przęeł przelewu (zazwyczaj n=1) [-], b światło przelewu [m], H głębokość wody nad koroną przelewu [m], ξ wpółczynnik kztałtu filarów i przyczółków [-]. 3/ 2 ε

12 Materiały pomocnicze do ćwiczenia Zbiornik retencyjno-wiąkowy trona Umocnienia Umocnienia w zbiorniku potrzebne ą w miejcu dopływu (umocnienie dna) w celu upokojenia i wyrównania przepływu wody oraz w miejcu zrzutu. W przypadku niewielkich natęŝeń przepływu wody, a z takimi właśnie mamy do czynienia w małych zbiornikach retencyjnych wód odpadowych, jako umocnienie przed rozmyciem wytarczy wartwa tłucznia kamiennego ułoŝona na geowłókninie filtracyjnej. Innym rozwiązaniem, mniej trwałym, moŝe być materac fazynowy połoŝony w ww miejcach wymagających umocnienia. Do umocnienia karp zbiornika, przy łagodnych nachyleniach (min. 1:3), wytarczy obiew miezanką traw zwłazcza, Ŝe woda w zbiorniku pojawiać ię będzie okreowo.

13 Materiały pomocnicze do ćwiczenia Zbiornik retencyjno-wiąkowy trona 13 Warto w tym przypadku zatoować na wyrównanej powierzchni karpy geomatę przeciwerozyjną, którą natępnie przykrywa ię wartwą humuu i obiewa trawą. Geomata przeciwerozyjna moŝe być równieŝ zatoowana w miejcu dopływu wody do zbiornika w celu wyrównania i upokojenia przepływu. W przypadku bardziej tromych karp wymagane jet ich umocnienie, które moŝe być wykonane jako narzut z tłucznia kamiennego na geowłókninie, materac gabionowy, kizki fazynowe oparte na paliadzie itp. 6. Ryunki [5]

14 14,50 14,50 14,00 13,09 13, ,79 13,29 Materiały pomocnicze do ćwiczenia Zbiornik retencyjno-wiąkowy trona 14 Przekrój A-A 14,50 14,50 14,00 13,79 13, B koryto dopływowe narzut z tłucznia na geowłókninie A A linia zwierciadła wody przy nadpiętrzeniu (praca przelewu awaryjnego) linia zwierciadła wody przy napełnionym zbiorniku 1:3 1:3 zauwa dławiąca odpływ ze zbiornika przelew awaryjny kanał odpływowy B trawa humu gr.5 cm mata przeciwerozyjna zauwa dławiąca wypływ (otwór 4x16 cm) narzut z tłucznia gr.20 cm geowłóknina filtracyjna 1:3 KORYTO DOPROWADZAJĄCE WODY DO ZBIORNIKA kotka granitowa 10x10x10 cm podypka Ŝwirowa gr.10 cm