ANALIZA MERODAVNIH DOTOKA U KANALIZACIONU · Sa tri jedinična hidrograma se simulira brz, spor i srednje brz doticaj u kišnom periodu Ovakav set se može napraviti za svaki mesec

Univerzitet u Beogradu

Građevinski fakultet

Institut za hidrotehniku i vodno ekološko inženjerstvo

ANALIZA MERODAVNIH DOTOKA U KANALIZACIONU

MREŽU

Urbana hidrologija VIII semestar 2016/2017

Prof. Miloš Stanić

2

Uvod - urbanizacija kao globalni trend

1950

Data source:U.N. Population

Division

Gradovi sa više od 5 milliona stanovnika

3

2000



Division


4

2015



Division


5

Uvod - posledice (štete) od urbanih poplava

Raste značaj izgradnje i upravljanja hidrotehničkim infrastrukturnim sistemima

Zbog urbanizacije, količina kišnogoticaja se povećava dok se kvalitetpogoršava.

6


Uticaj urbanizacije na kvantitet kišnog oticajaFrekvencija maksimalnih oticaja pre i posle urbanizacije

Mak

sim

aln

ioti

caji

[m3

/s]

Povratni period [godine]

Pre urbanizacije

20% nepropusno

40% nepropusno

60% nepropusno

7


Uticaj urbanizacije na kvalitet kišnog oticaja

Sedimenti

OrganskematerijeNutrienti

Toksična uljai masti

Teški metali(Zn, Pb, Cu , ...)

Mikro-organizmi

Djubre

Zagadjen oticaj je toksičan poživi svet

Nutrienti mogu da dovedu do pojave cevtanja algi u stajaćimvodama

Uticaj zagađenogkišnog oticaja navodoprijemnik:

8


Štete na poplavljenoj površini zavise od: dubine, trajanja i brzine vode

Rizik od plavljenja: šteta i učestalost pojave

9


1% najbogatijih poseduje 40% svih dobara - Izvor: UN Reports

900 miliona ljudi živi u sirotinjskim četvrtima: UN Reports

10


11

Uvod - vrste urbanih poplava

Rečne poplave – izlivanje reka u urbanim područijima

Morske poplave

Poplave od intenzivnih kiša u urbanim slivovima

Bujične poplave – izlivanja povremenih vodotoka sa malim strmim slivovima

Poplave koje su posledice povišenog nivoa podzemne vode (poplave dugog trajanja)

naselje Braća Marić (Krnjača) ,

april 2004. g.naselje Braća Marić (Krnjača) ,

april 2004. g.

Klasifikacija urbanih poplava (prema poreklu vode)

12

Šta je merodavan dotok (opterećenje) za dimenzionisanje i/ili modeliranje kanalizacione mreže?

Zavisi od tipa kanalizacionog sistema i zahtevanog nivoa zaštite.

Tipovi kanalizacionih sistema:

1. Opšti – jedna mreža- upotrebljena voda + kišni oticaj (istorijskirazlozi 70% u Nemačkoj i UK)

Merodavan protok za dimenzionisanje ?

13

1. Opšta kanalizacija – osnovne karakteristike bitne za projektovanje

Protok upotrebljene vode je zanemarljiv kada ima kiše (ne i zakvalitet)

Kišni oticaj je merodavan zadimenzionisanje

Moraju se predvideti objekti zaodvajanje kišnog oticaja(Combined Sewer Overflow –CSO) kako bi samo upotrebljenavoda bila usmerena na PPOV a kišnica mogla izlivati u prirodnevodotoke

Tipovi kanalizacionih sistema

14

2. Kanalizacija po separacionom sistemu – osnovne karakteristike bitne za projektovanje

dve odvojene mreže: jedna za upotrebljene vode i jedna za kišni oticaj

u drugoj polovini XX veka, novoprojektovani sistemisu gotovo isključivoseparacioni

kanalizaciona mreža za kišnioticaj se najčešćeprojektuje kao deo mrežeprirodnih vodotokova naizmenjenom – urbanomslivu


15

3. Hibridni (delimično separacioni) kanalizacioni sistemi (su realnost)

Mnogi gradovi (neplanirano) imaju ovaj tip kanalizacionog sistema.

Npr. stari centar grada je opšta kanalizacija a periferija je separacioni sistem ili postoje pogresno povezani kolektori.

2. Kanalizacija po separacionom sistemu – osnovne karakteristike bitne za projektovanje


16

Koji sistem je bolji?

Osnovna prednost separacionih sistema:

Nema potrebe za CSO – pa samim tim je i bolja zaštita prirodnih vodotoka

Osnovni nedostatak separacionih sistema:

Velika investicija - potrebna veća ulaganja, grade se dve u suštini„paralelne“ mreže. Investicija ne mora biti mnogo veća, ukoliko se dve mreže grade istovremeno (polažu se u isti rov kolektor malog i velikog prečnika). U realnim („našim“) uslovima to najčešće nije slučaj. Izgradnja kišne kanalizacije, koja zahteva veće investicije, a smatra se manjim prioritetom, zaostaje zaizgradnjom kanalizacije za upotrebljenu vodu, a posledica toga je nelegalnopriključivanje oluka i drenažnih sistema na mrežu za upotrebljenu vodu, pa kanalizacioni sistem koji je planiran kao separacioni radi kao preopterećen opštisistem.


17


Dugoročni cilj je pretvaranje kanalizacione mreže opšteg sistema u separacioni (postojeća mreža ostaje za prihvat kišnice), a gradi se nove mreže za upotrebljenu vodu. Ma koliko da je ovaj cilj bio poželjan, istovremeno je i veoma nerealan jer bi podrazumevao raskopavanje gotovo svih, po pravlu uskih ulica, u centru grada i prevezivanje svih korisnika na novu mrežu (mogućnost korišćenja postojećih kolektora opšteg sistema kao koridora za nove kolektore samo za upotrebljenu vodu ???).


18

SEPARACIONI SISTEM OPŠTI SISTEM

Prednosti

- Nema potrebe za razdvajanjem kišnog oticaja (Combined

Sewer Overflow – CSO), potencijalno manje zagađenje

vodotoka

- Pumpne stanice se najčešće projektuju samo na sistemu za

upotrebljenu vodu, a na kanalizacionoj mreži za kišni oticaj

samo ukoliko je neophodno

- Postoji mogućnost da se zasebno odredi optimalna trasa za

kolektore za upotrebljenu vodu i kolektore za kišni oticaj koji se

najčešće usmeravaju prema najbližem vodotoku

- Kolektori za upotrebljenu vodu su znatno manjeg prečnika i

brzina toka je zadovoljavajuća i pri malim protocima

- Postoji mogućnost izgradnje vakumskih sistema

- Relativno ujednačen kvantitet I kvalitet upotrebljene vode koja

dolazi na postrojenje

- Prilikom intenzivnih padavina dolazi izlivanje samo kišnog

oticaja

Nedostatci

- Dodatne investicije u dve mreže

- Zauzima se dodatni prostor ispod površine terena

- Veći broj priključaka što povećava mogućnost greške

- Ne postoji mogućnost povremenog ispiranja mreže za

upotrebljenu vodu kišnim oticajem

Nedostatci

- Mora se graditi CSO zbog prečišćavanja upotrebljene vode, što

je potencijalno zagađenje za vodotok

- Pumpne stanice su znatno većeg kapaciteta jer je potrebno

prepumpavati i kišni oticaj

- Trasa kolektora opšteg sistema je rezultat kompromisa

- Kolektori su većeg prečnika i pri suvom vremenu, dubina i

brzina toka su veoma male pa dolazi do istaložavnja

- Ne postoji mogućnost izgradnje vakumskih sistema

- Neujednačen kvantitet i kvalitet vode koja dolazi na postrojenje

- Prilikom intenzivnih padavina dolazi izlivanja na teren

zagađene, kišne i upotrebljene vode

Prednosti

- Manja ulaganja u jednu mrežu

- Manje zauzeće prostora ispod površine terena

- Manji broj i jednostavnije priključivanje

- Deponovani material se povremeno ispira kišnim oticajem


19

Šta je merodavan dotok(opterećenje) zadimenzionisanjekanalizacione mreže?

I. Dotok upotrebljene vodeII. Dotok kišnog oticaja

Merodavan protok za dimenzionisanje ?

I. Dotok upotrebljene vode

20

a. Domaćinstva

Postoji direktna veza između količine vode koja se uzima iz vodovoda i upotrebljene vode koja završava u kanalizacionom sistemu. Veoma malo vode se zaista potroši.

Veza izmedju vode koja se potroši iz vodovoda (Qpot) i vode koja završi u kanalizaciji (Qupot) :

Qupot = F x Qpot

Faktor F zavisi od:- stepena priključenosti na kanalizacionu mrežu (u razvijenim zemljama 95%)- koji deo vode se troši za zalivanje i pranje okućnice (u toplim periodima

godine može biti i do 40% dnevne potrošnje)

Potrošnja vode iz vodovoda Qpot za domaćinstva se najčešće izražava preko specifične potrošnje: qpot (l/(st.dan)

qpot zavisi od:- socio ekonomski faktori – u nerazvijenim zemljama potrošnja je manja

(ukoliko je cena vode ekonomska) - u toplim periodima godine potrošnja raste (ali nema uticaj na dotok u

kanalizaciju)

Dotok upotrebljene vode

21

1. Domaćinstva

Specifična potrošnja: qpot (l/(st.dan)

Potrošnja po stanovniku veoma varira, ali se kao prosek često može uzeti 150 l/(st.dan)


22

1. Domaćinstva


Neravnomernost potrošnje: - sezonska (povećana u toplim periodima godine ali nije relevantno za

doticanje u kanalizaciju) - dnevna – vikendom je potrošnja povećana- časovna neravnomernost (jutarnji i večernji pik)

Neravnomernost dotoka u kanalizaciju prati neravnomernost potrošnje


23

1. Domaćinstva



Zaključak: merodavan dotok upotrebljene vode u kanalizaciji (Qupot) iz domaćinstavaprati potrošnju iz vodovodnog sistema i zavisi od stepen priključenosti na kanalizacionu mrežu:

Qupot = F x Qpot

24

2. Javne institucije (škole, bolnice), komercijalni sadržaji, industrija

2a) Javne institucije, komercijalni sadržaji

Ovo obuhvata: radnje, kancelarije, restorane, hotele, pranje veša, pranje kola

Norma i paterni potrošnje su sigurno drugačiji nego za domaćinstva, i mogu potpuno izmeniti uobičajene paterne dotoka u kanalizaciju (časovni pikovi mogu biti znatno veći)

Postoji znatno manje analiza potrošnje za ove kategorije (preko 50% potrošnje je vezano za upotrebu WC-a). Neophodne su posebne analize i merenja ovih kategorija.

2b) Industrija

Opterećenje kanalizacionog sistema od strane industrije je generalno teško proceniti, bez uvida u vrstu industrije i tehnološki proces.

Osim standardne potrošnje za sanitarne potrebe, voda se može trošiti za: transport, čišćenje, hladjenje i deo potrošnje koji je vezan za tehnološki proces treba posebno analizirati (predtretman).


25

2. Javne institucije (škole, bolnice), komercijalni sadržaji, industrija

2b) Industrija

Potrošnja vode u industriji se često izražava po jedinici proizvoda: proizvodnja papira 50–150 m3/t mlečna industrija 3–35 m3/t.

Industrijski efluenti mogu imati značajne varijacije kvaliteta i kvantiteta.

Sezonska (npr. agroindustrija) i dnevna neravnomernost može potpuno da promeni standardne paterne dotoka u kanalizacioni sistem.

Potrebno je voditi računa i o minimalnim protocima, koji mogu trajati veoma dugo.


26

3. Infiltracija i dotok u kišnom periodu

Ovo nisu planirani dotoci u kanalizacioni sistem kao deo upotrebljene vode ali se sa njima mora računati

3a) Infiltracija

Podzemna voda koja se u kanalizacionu mrežu infiltrira kroz defekte i prsline na cevima, spojevima i šahtovima

Problemi prouzrokovani infiltracijom

- dodatno hidrauličko opterećenje kanalizacione mreže i objekata (crpne stanice, CSO)

- ispiranje sitnijih čestica tla – sleganje- deponovanje suspendovanog

materijala u kolektorima


27

Infiltracija zavisi od:

- nivoa podzemne vode- starosti (stanja) kanalizacione mreže- prisustva agresivnih hemikalija u zemlji- sleganja- kvaliteta izvedenih radova i prečnika kolektora

Procena količine infiltrirane vode:

Specifična infiltracija varira u širokom opsegu od 0.01 do 1.0 m3/(dan.km.mm)Često se izražava i u l/(s.km) (npr. 1 l/(s.km) za Obrenovac)

Kod starih kanalizacionih sistema, infiltracija može biti i više od50% dotoka upotrebljene vode (Dry Weather Flow – DWF).

Eksfiltracija

Suprotno od infiltracije je gubitak vode iz kanalizacionog sistema.


3a) Infiltracija

28

Procena količine infiltrirane vode: Primer dva izliva u Kraljevu


3a) Infiltracija

Region ID

DWF

(l/s)

sum.DWF

(l/s)

Inf.

(l/s)

sum.Inf

. (l/s)

3 12.6 12.6 2.2 2.2

4 73.8 86.4 85.1 87.3

Total (l/s): 86.4 87.3

Region ID

DWF

(l/s)

sum.DWF

(l/s)

Inf.

(l/s)

sum.Inf

. (l/s)

6 11.1 11.1 68.1 68.1

29

Procena količine infiltrirane vode: Primer izliva Sijece polje u Kraljevu


3a) Infiltracija

Region ID

DWF

(l/s)

sum.DWF

(l/s)

Inf.

(l/s)

sum.Inf

. (l/s)

3 12.6 12.6 2.2 2.2

4 73.8 86.4 85.1 87.3

Total (l/s): 86.4 87.3

30

Procena količine infiltrirane vode: Primer naselja Ribnica u Kraljevu


3a) Infiltracija

Region ID

DWF

(l/s)

sum.DWF

(l/s)

Inf.

(l/s)

sum.Inf

. (l/s)

6 11.1 11.1 68.1 68.1

31

3. Dotok u kišnom periodu

Značajan dotok kišnice u kanalizacioni sistem za upotrebljenu vodu je posledica

nemara.

Problem ima uobičajenu genezu: izgradnja sistema kišne kanalizacije kasni za

izgradnjom mreže za upotrebljenu vodu.

Imajući u vidu da se radi o nelegalnim priključcima, dotok kišnice u kanalizacioni

sistem za upotrebljenu vodu je teško proceniti bez merenja.


32

3. Dotok u kišnom periodu

Postoji mogućnost simulacije ovog dotoka u SWMM

U SWMM-u se ovaj dotok naziva RDII (Rainfall Dependant

Infiltration Inflows)


Potrebno je definisati deo padavina koji

utiče na RDII

Sa tri jedinična hidrograma se simulira

brz, spor i srednje brz doticaj u kišnom

periodu

Ovakav set se može napraviti za svaki

mesec posebno (12x3 hidrograma)

Ovaj dotok je teško proceniti bez merenja - neophodna kalibracija

33

Dotok kišnog oticaja

II. Dotok kišnog oticaja

Proračun ulaznog hidrogramakoji je rezultat kišnog oticaja- “hydrological routing”

- ovim proračunom se završava modeliranje hidroloških procesa u SWMM-u i počinje se sa hidrauličkim proračunom transformacije dotokakroz kanalizacionu mrežu

34


• Ovaj dotok je posledica kiše,pa se mora koristiti model za transformaciju efektivnih

padavina u hidrogram oticaja.

APdttQV e

T

dd

B

0

)(

kt

ee dttiP0

)(

kt

dttiP0

)(pro

tok

ki

aš

direktan oticaj

Qd

vreme

vreme

35


Jedinični hidrogram (“Time-area diagram”) je jedan od najčešće korišćenih “hydrological routing” modela

36


SWMM koristi jednačinu kontinuiteta i kinematički talas kao “hydrological routing” model

Razmatra se oticaj sa tri tipa površina

Qd(t)

37


SWMM koristi jednačinu kontinuiteta i kinematički talas kao “hydrological routing” model

Razmatra se oticaj sa tri tipa površina

Qd(t)

Documents

ANALIZA MERODAVNIH DOTOKA U KANALIZACIONU · Sa tri jedinična hidrograma se simulira brz, spor i srednje brz doticaj u kišnom periodu Ovakav set se može napraviti za svaki mesec