INFLUENCE OF URBANIZATION ON THE SYSTEMS OF WATER DISPOSAL AND SURFACE DISCHARGE PURIFICATON (IN SAMARA)

Full Text

Согласно разделу 4 [1], удельный вес озелененQr=zmid•A 1,2 •F/tr 0,2n-0.1 , ( 1 ) ных территорий различного назначения в пределах застройки городов (уровень озелененности территории застройки) должен быть не менее 40 %, а в границах территории жилого района не менее 25 % (включая суммарную площадь озелененной территории микрорайона). В последние десятилетия наблюдается нарушение нормативного баланса застройки и лесопарковых зон городов. Можно отследить тенденцию увеличения и преобладания такого вида поверхности, как кровля и асфальтобетонные покрытия над газонами, что, в свою очередь, не может не отражаться на расходах дождевых сточных вод, поступающих на очистные сооружения в условиях урбанизированных территорий. Основная расчетная формула (2) [1] и (20) [3] для определения расходов дождевых вод в коллекторах дождевой канализации, л/с: где zmid – среднее значение коэффициента, характеризующего вид поверхности стока (коэффициент покрова), определяется как средневзвешенная величина в зависимости от коэффициентов zi для различных видов поверхностей по табл. 11 и 12 [3]. Из расчетной формулы (1) видна прямая зависимость расхода стока от вида поверхности: чем больше коэффициент покрова zmid, тем больше расход, образующийся на единице площади данного типа территории. В 80-х годах прошлого столетия на территории г. Самары значение коэффициента покрова достигало zmid = 0.159 (период утверждения генеральной схемы ливневой канализации, выполненной в 1983 г. институтом «Гипрокоммундортранс»). На данный момент это значение коэффициента покрова не соответствует действительности. Рассмотрим варианты возникающих расходов при изменении коэффициента покрова zmid. Выполним поверочный расчет для четырех вариантов с различными комбинациями коэффициентов на примере выпуска «Бельского» Самарского склона г.о. Самара: при zmid=0,18 (табл. 1); при zmid=0,20 (табл. 2); при zmid=0,25 (табл. 3); при zmid=0,28 (табл. 4). Для участков, работающих с подпором, определим диаметры дополнительно параллельно прокладываемых трубопроводов (табл. 5-8). При сравнении вариантов можно сделать вывод, что чем больше коэффициент покрова zmid, тем больше расчетный расход. Имеющаяся сеть не будет справляться с поступающим количеством поверхностных сточных вод, и на участках сети, где ранее создавался подпор, высота излива увеличивается в несколько раз. Все это приводит к быстрому затоплению улиц города. По приведенным в табл. 5-8 данным мы видим, что прокладка параллельного трубопровода с уже имеющимся не всегда возможна из-за больших размеров первого или необходимости прокладки двух дополнительных трубопроводов. Следует рассматривать другие способы повышения работоспособности сложившейся системы дождевой канализации. В свою очередь, коэффициент покрова zi напрямую зависит от долевого соотношения видов поверхности занимаемой территории. Рассмотрим долевое соотношение видов поверхности при средних коэффициентах покрова zmid1=0,159, zmid2=0,18, zmid3=0,20, zmid4=0,25, zmid5=0,28. Определим коэффициент покрова по формуле zmid=z1·a1+z2·a2. (2) При этом можно найти а1 и а2, приняв а2=1-а1. (3) Тогда формула (2) будет выглядеть следующим образом: zmid=z1·a1+z2·(1-а1), (4) где zi – коэффициент покрова для различных видов поверхностей, принимаем по табл. 11 [2] z1=0.28 (вид поверхности стока – кровли и асфальтобетонные покрытия (водонепроницаемые поверхности), z2=0.038 (вид поверхности стока – газоны). Тогда формула (4) приобретает следующий вид для каждого варианта среднего значения коэффициента покрова: 0,159=0,28·a1+0,038·(1-a1); 0,18=0,28·a1+0,038·(1-a1); 0,2=0,28·a1+0,038·(1-a1); 0,25=0,28·a1+0,038·(1-a1); 0,28=0,28·a1+0,038·(1-a1). Таблица 1 Ведомость поверочного расчета магистрального коллектора дождевой сети (выпуск «Бельский») для zmid=0.18 № участка сети Диаметр трубы d, м Длина участка l, м Уклон лотка трубы i Падение уклона лотка трубы i•I, м Расчетная скорость течения vр, м/с Фактическая скорость течения vф, м/с Пропускная способность трубы при h/d=1, л/с Подпор, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1-2 800 150 0,0432 6,48 5,26 0,41 2646 0,023 2-3 800 200 0,0492 9,84 5,36 0,71 2692 0,067 3-4 800 110 0,0035 0,38 1,5 0,71 754,6 0,067 4-5 800 160 0,0275 4,4 4,09 1,02 2057 0,138 5-6 800 90 0,043 3,87 5,11 1,91 2573 0,486 6-7 800 100 0,0431 4,31 5,11 2,83 2102 1,064 7-8 800 115 0,054 6,21 5,85 3,94 2941 2,062 8-9 800 300 0,057 17,11 6,1 7,34 3064 7,144 9-10 800 80 0,0653 5,22 6,31 7,96 3170 8,409 10-11 800 175 0,0339 5,94 4,14 12,52 2083 20,795 11-12 800 150 0,0393 5,89 4,83 12,52 2451 20,795 Окончание табл. 1 № участка сети Диаметр трубы d, м Длина участка l, м Уклон лотка трубы i Падение уклона лотка трубы i•I, м Расчетная скорость течения vр, м/с Фактическая скорость течения vф, м/с Пропускная способность трубы при h/d=1, л/с Подпор, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 12-13 1200 215 0,0004 0,08 0,65 5,57 731,3 4,108 13-14 1200 200 0,0003 0,06 0,59 5,57 696,5 4,108 14-15 1200 130 0,0238 3,1 4,74 5,57 5361 4,108 15-16 1200 75 0,0607 4,55 9,26 5,57 16362 4,108 16-17 1500 120 0,0143 1,71 4,49 3,56 7941 1,682 17-18 1500 30 0,04 1,2 7,52 3,56 13282 1,682 18-19 1500 65 0,0157 1,02 4,75 3,56 8401 1,682 19-20 1500 140 0,0174 2,44 5,01 3,56 8860 1,682 20-21 1500 100 0,0242 2,42 5,85 3,56 10331 1,682 21-22 1500 150 0,0098 1,47 4,02 3,56 6213 1,682 22-23 1500 100 0,0599 5,99 8,72 3,67 15418 1,787 23-24 1500 50 0,1776 8,88 15,84 3,77 27978 1,889 24-25 1500 50 0,0034 0,17 2,19 3,77 3872 1,889 Таблица 2 Ведомость поверочного расчета магистрального коллектора дождевой сети (выпуск «Бельский») для zmid=0.20 № участка сети Диаметр трубы d, м Длина участка l, м Уклон лотка трубы i Падение уклона лотка трубы i•I, м Расчетная скорость течения vр, м/с Фактическая скорость течения vф, м/с Пропускная способность трубы при h/d=1, л/с Подпор, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1-2 800 150 0,0432 6,48 5,26 0,46 2646 0,028 2-3 800 200 0,0492 9,84 5,36 0,79 2692 0,083 3-4 800 110 0,0035 0,38 1,5 0,56 754,6 0,042 4-5 800 160 0,0275 4,4 4,09 1,13 2057 0,170 5-6 800 90 0,043 3,87 5,11 2,13 2573 0,600 6-7 800 100 0,0431 4,31 5,11 3,15 2102 1,313 7-8 800 115 0,054 6,21 5,85 4,38 2941 2,546 8-9 800 300 0,057 17,11 6,1 8,16 3064 8,819 9-10 800 80 0,0653 5,22 6,31 8,85 3170 10,382 10-11 800 175 0,0339 5,94 4,14 13,91 2083 25,672 11-12 800 150 0,0393 5,89 4,83 13,91 2451 25,672 12-13 1200 215 0,0004 0,08 0,65 6,18 731,3 5,071 13-14 1200 200 0,0003 0,06 0,59 6,18 696,5 5,071 14-15 1200 130 0,0238 3,1 4,74 6,18 5361 5,071 15-16 1200 75 0,0607 4,55 9,26 6,18 16362 5,071 16-17 1500 120 0,0143 1,71 4,49 3,96 7941 2,077 17-18 1500 30 0,04 1,2 7,52 3,96 13282 2,077 18-19 1500 65 0,0157 1,02 4,75 3,96 8401 2,077 19-20 1500 140 0,0174 2,44 5,01 3,96 8860 2,077 Окончание табл. 2 № участка сети Диаметр трубы d, м Длина участка l, м Уклон лотка трубы i Падение уклона лотка трубы i•I, м Расчетная скорость течения vр, м/с Фактическая скорость течения vф, м/с Пропускная способность трубы при h/d=1, л/с Подпор, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20-21 1500 100 0,0242 2,42 5,85 3,96 10331 2,077 21-22 1500 150 0,0098 1,47 4,02 3,96 6213 2,077 22-23 1500 100 0,0599 5,99 8,72 4,08 15418 2,206 23-24 1500 50 0,1776 8,88 15,84 4,19 27978 2,332 24-25 1500 50 0,0034 0,17 2,19 4,19 3872 2,332 Таблица 3 Ведомость поверочного расчета магистрального коллектора дождевой сети (выпуск «Бельский») для zmid=0.25 № участка сети Диаметр трубы d, м Длина участка l, м Уклон лотка трубы i Падение уклона лотка трубы i•I, м Расчетная скорость течения vр, м/с Фактическая скорость течения vф, м/с Пропускная способность трубы при h/d=1, л/с Подпор, м Отметки, м поверхности земли в начале в конце 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1-2 800 150 0,0432 6,48 5,26 0,57 2646 0,044 133,4 127,2 2-3 800 200 0,0492 9,84 5,36 0,99 2692 0,130 127,2 119,6 3-4 800 110 0,0035 0,38 1,5 0,99 754,6 0,130 119,6 117,4 4-5 800 160 0,0275 4,4 4,09 1,42 2057 0,266 117,4 113,4 5-6 800 90 0,043 3,87 5,11 2,66 2573 0,938 113,4 110,3 6-7 800 100 0,0431 4,31 5,11 3,93 2102 2,052 110,3 105,5 7-8 800 115 0,054 6,21 5,85 5,48 2941 3,978 105,5 98,49 8-9 800 300 0,057 17,11 6,1 10,19 3064 13,780 98,49 82,02 9-10 800 80 0,0653 5,22 6,31 11,06 3170 16,222 82,02 81,1 10-11 800 175 0,0339 5,94 4,14 17,39 2083 40,113 81,1 72,76 11-12 800 150 0,0393 5,89 4,83 17,39 2451 40,113 72,76 65,9 12-13 1200 215 0,0004 0,08 0,65 7,73 731,3 7,924 65,9 66,29 13-14 1200 200 0,0003 0,06 0,59 7,73 696,5 7,924 66,29 67,76 14-15 1200 130 0,0238 3,1 4,74 7,73 5361 7,924 67,76 64,63 15-16 1200 75 0,0607 4,55 9,26 7,73 16362 7,924 64,63 64,83 16-17 1500 120 0,0143 1,71 4,49 4,95 7941 3,246 64,83 59,19 17-18 1500 30 0,04 1,2 7,52 4,95 13282 3,246 59,19 58,37 18-19 1500 65 0,0157 1,02 4,75 4,95 8401 3,246 58,37 56,55 19-20 1500 140 0,0174 2,44 5,01 4,95 8860 3,246 56,55 52,64 20-21 1500 100 0,0242 2,42 5,85 4,95 10331 3,246 52,64 50,54 21-22 1500 150 0,0098 1,47 4,02 4,95 6213 3,246 50,54 48,65 22-23 1500 100 0,0599 5,99 8,72 5,10 15418 3,447 48,65 43,93 23-24 1500 50 0,1776 8,88 15,84 5,24 27978 3,644 43,93 36,48 24-25 1500 50 0,0034 0,17 2,19 5,24 3872 3,644 36,48 31,83 Таблица 4 Ведомость поверочного расчета магистрального коллектора дождевой сети (выпуск «Бельский») для zmid=0.28 № участка сети Диаметр трубы d, м Длина участка l, м Уклон лотка трубы i Падение уклона лотка трубы i•I, м Расчетная скорость течения vр, м/с Фактическая скорость течения vф, м/с Пропускная способность трубы при h/d=1, л/с Подпор, м Отметки поверхности земли в начале, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1-2 800 150 0,0432 6,48 5,26 0,64 2646 0,055 133,4 2-3 800 200 0,0492 9,84 5,36 1,11 2692 0,163 127,2 3-4 800 110 0,0035 0,38 1,5 1,11 754,6 0,163 119,6 4-5 800 160 0,0275 4,4 4,09 1,59 2057 0,334 117,4 5-6 800 90 0,043 3,87 5,11 2,98 2573 1,176 113,4 6-7 800 100 0,0431 4,31 5,11 4,41 2102 2,574 110,3 7-8 800 115 0,054 6,21 5,85 6,13 2941 4,990 105,5 8-9 800 300 0,057 17,11 6,1 11,42 3064 17,286 98,49 9-10 800 80 0,0653 5,22 6,31 12,39 3170 20,349 82,02 10-11 800 175 0,0339 5,94 4,14 19,48 2083 50,318 81,1 11-12 800 150 0,0393 5,89 4,83 19,48 2451 50,318 72,76 12-13 1200 215 0,0004 0,08 0,65 4,26 731,3 2,402 65,9 13-14 1200 200 0,0003 0,06 0,59 4,26 696,5 2,402 66,29 14-15 1200 130 0,0238 3,1 4,74 4,26 5361 2,402 67,76 15-16 1200 75 0,0607 4,55 9,26 6,00 16362 4,770 64,63 16-17 1500 120 0,0143 1,71 4,49 3,84 7941 1,954 64,83 17-18 1500 30 0,04 1,2 7,52 4,20 13282 2,342 59,19 18-19 1500 65 0,0157 1,02 4,75 4,20 8401 2,342 58,37 19-20 1500 140 0,0174 2,44 5,01 4,20 8860 2,342 56,55 20-21 1500 100 0,0242 2,42 5,85 4,20 10331 2,342 52,64 21-22 1500 150 0,0098 1,47 4,02 4,20 6213 2,342 50,54 22-23 1500 100 0,0599 5,99 8,72 5,71 15418 4,324 48,65 23-24 1500 50 0,1776 8,88 15,84 5,87 27978 4,571 43,93 24-25 1500 50 0,0034 0,17 2,19 5,87 3872 4,571 36,48 Таблица 5 Определение диаметра дополнительных трубопроводов на участках, работающих с переполнением сети для zmid=0,18 № участка dф, мм iф qпр.сп, л/с qр, л/с qщ=qр-qпр.сп, л/с dдоп, мм qтаб.доп, л/с vдоп, м/с Подпор, м Заложение лотка трубыв начале участка, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 8-9 800 0,057 3064 3687,68 623,68 500 847,12 4,31 1,29 2,51 9-10 800 0,0653 3170 4001,05 830,95 500 906,70 4,62 2,29 3,15 10-11 800 0,0339 2083 6291,68 4208,38 1000 4136,02 5,24 3,76 7,45 Окончание табл. 5 № участка dф, мм iф qпр.сп, л/с qр, л/с qщ=qр-qпр.сп, л/с dдоп, мм qтаб.доп, л/с vдоп, м/с Подпор, м Заложение лотка трубыв начале участка, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11-12 800 0,0393 2451 6291,68 3840,68 1000 4461,09 5,68 3,13 4,05 12-13 1200 0,0004 731,3 6291,68 5560,38 2200 2484,86 0,88 0,28 3,08 13-14 1200 0,0003 696,5 6291,68 5595,18 2200 2151,95 0,76 0,29 3,55 Таблица 6 Определение диаметра дополнительных трубопроводов на участках, работающих с переполнением сети для zmid=0,20 № участка dф, мм iф qпр.сп, л/с qр, л/с qщ=qр-qпр.сп, л/с dдоп, мм qтаб.доп, л/с vдоп, м/с Подпор, м Заложение лотка трубыв начале участка, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 8-9 800 0,057 3064 4097,42 1033,42 600 1377,29 4,87 1,81 2,51 9-10 800 0,0653 3170 4445,61 1275,51 600 1474,16 5,21 2,75 3,15 10-11 800 0,0339 2083 6990,76 4907,46 1100 5340,63 5,62 3,54 7,45 11-12 800 0,0393 2451 6990,76 4539,76 1100 5750,28 6,05 3,03 4,05 12-13 1200 0,0004 731,3 6990,76 6259,46 1900 3822,37 1,06 0,65 3,08 13-14 1200 0,0003 696,5 6990,76 6294,26 1900 3310,27 0,92 0,66 3,55 14-15 1200 0,0238 5361 6990,76 1629,36 700 2067,90 4,22 2,44 5,08 15-16 1200 0,0607 16362 6990,76 -9370,84 1500 25117,08 11,16 3,72 5,05 Определение диаметра дополнительных трубопроводов на участках, работающих с переполнением сети для zmid=0,25 Таблица 7 № участка dф, мм iф qпр.сп, л/с qр, л/с qщ=qр-qпр.сп, л/с dдоп, мм qтаб.доп, л/с vдоп, м/с Подпор, м Заложение лотка трубыв начале участка, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 7-8 800 0,054 2941 2751,72 -189,28 300 211,18 2,99 0,97 3,28 8-9 800 0,057 3064 5121,78 2057,78 800 2964,81 5,9 2,25 2,51 9-10 800 0,0653 3170 5557,02 2386,92 900 4343,17 6,83 1,84 3,15 10-11 800 0,0339 2083 8738,45 6655,15 1400 10149,93 6,59 2,48 7,45 11-12 800 0,0393 2451 8738,45 6287,45 1400 10928,27 7,1 2,21 4,05 Окончание табл. 7 № участка dф, мм iф qпр.сп, л/с qр, л/с qщ=qр-qпр.сп, л/с dдоп, мм qтаб.доп, л/с vдоп, м/с Подпор, м Заложение лотка трубыв начале участка, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12-13 1200 0,0004 731,3 8738,45 8007,15 1900 3822,37 1,06 1,06 3,08 13-14 1200 0,0003 696,5 8738,45 8041,95 1900 3310,27 0,92 1,07 3,55 14-15 1200 0,0238 5361 8738,45 3377,05 1000 3471,63 4,42 2,42 5,08 15-16 1200 0,0607 16362 8738,45 -7623,15 1300 11150,05 8,40 4,36 5,05 Таблица 8 Определение диаметра дополнительных трубопроводов на участках, работающих с переполнением сети для zmid=0,28 № участка dф, мм iф qпр.сп, л/с qр, л/с qщ=qр-qпр.сп, л/с dдоп, мм qтаб.доп, л/с vдоп, м/с Подпор, м Заложение лотка трубыв начале участка, м 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 7-8 800 0,054 2941 3081,93 140,93 300 211,18 2,99 0,54 3,28 8-9 800 0,057 3064 5736,39 2672,39 800 2964,81 5,9 3,79 2,51 9-10 800 0,0653 3170 6223,86 3053,76 900 4343,17 6,83 3,02 3,15 10-11 800 0,0339 2083 9787,07 7703,77 1300 8332,63 6,28 4,45 7,45 11-12 800 0,0393 2451 9787,07 7336,07 1300 8971,78 6,76 4,03 4,05 22-23 1500 0,0599 15418 10086,4 -5331,55 1300 11076,33 8,34 2,13 3,88 Решив эти уравнения, получим следующие данные по вариантам: при zmid=0,159 a1=0,5, a2=0,5; при zmid=0,18 a1=0,59, a2=0,41; при zmid=0,2 a1=0,67, a2=0,33; при zmid=0,25 a1=0,88, a2=0,12; при zmid=0,28 a1=1, a2=0. Полученные данные отображены на рис. 1. Рис. 1. Соотношение типов поверхностей при разных коэффициентах покрова Из рис. 1 видно, что при увеличении значения коэффициента покрова соотношение между двумя типами поверхностей изменяется в сторону увеличения доли кровли и асфальтобетонных покрытий, которая достигает своего пика при значение zmid=0,28 (значение а1 составляет 1, а доля газонов в этом случае равна нулю). Если объединить полученные данные из графика и поверочных расчетов, то можно будет сделать следующие выводы. Изменение в соотношении типов поверхностей городов (в условиях непропорционального их развития в соответствии с действующими нормативами) повлечет за собой, в первую очередь, возрастающую нагрузку на существующие сети дождевой канализации. Как следствие – работа в напорном режиме (подпор), износ сетей, затопление улиц и магистралей города. Достижение критического значения коэффициента покрова zmid=0.25, при котором соотношение долей поверхностей водонепроницаемого типа и газонов достигнет своего нормативного предела, может привести к фактическому затоплению улиц города, также это повлечет за собой увеличение нагрузки на существующие сооружения поверхностного стока, и в этом случае нужно рассматривать возможность полной замены системы дождевой канализации либо в корне изменить систему канализования дождевых стоков. Возможно рассмотрение озеленения улиц как вспомогательного способа улучшения системы канализования. Увеличение доли газонов приведет к снижению величины zmid, что, в конечном счете, уменьшит расход дождевых вод с территории города. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения [Текст]. М.: ФГУП ЦПП, 2007. – 87 с. СНиП 2.07.01-89. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений [Текст] / Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1989. – 56 с. Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты [Текст] / В.Н. Швецов, А.Н. Белевцев, Л.М. Верещагина и др. – М.: ФГУП «НИИ ВОДГЕО»; Подольск: Филиал ОАО «ЧПК», 2006. – 56 с. © Стрелков А.К., Гриднева М.А., Кондрина Е.Е., 2011

About the authors

A. K STRELKOV

ООО НПФ «ЭКОС» Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Author for correspondence.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой водоснабжения и водоотведения, директор

M. A GRIDNEVA

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

кандидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения и водоотведения

E. E KONDRINA

ООО НПФ «ЭКОС» Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Email: vestniksgasu@yandex.ru

аспирант кафедры водоснабжения и водоотведения, инженер I категории

References

Supplementary files