analiza merodavnih dotoka u · pdf file- sezonska (povećana u toplim periodima godine ali...
TRANSCRIPT
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
Uvod - urbanizacija kao globalni trend
Data source:U.N. Population
Division
Gradovi sa više od 5 milliona stanovnika
4
2015
Uvod - urbanizacija kao globalni trend
Data source:U.N. Population
Division
Gradovi sa više od 5 milliona stanovnika
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
Uvod - posledice (štete) od urbanih poplava
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
Uvod - posledice (štete) od urbanih poplava
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
Uvod - posledice (štete) od urbanih poplava
Štete na poplavljenoj površini zavise od: dubine, trajanja i brzine vode
Rizik od plavljenja: šteta i učestalost pojave
9
Uvod - posledice (štete) od urbanih poplava
1% najbogatijih poseduje 40% svih dobara - Izvor: UN Reports
900 miliona ljudi živi u sirotinjskim četvrtima: UN Reports
10
Uvod - posledice (štete) od urbanih poplava
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
Tipovi kanalizacionih sistema
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
Tipovi kanalizacionih sistema
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.
Tipovi kanalizacionih sistema
17
Koji sistem je bolji?
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 ???).
Tipovi kanalizacionih sistema
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
Koji sistem je bolji?
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)
Dotok upotrebljene vode
22
1. Domaćinstva
Specifična potrošnja: qpot (l/(st.dan)
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
Dotok upotrebljene vode
23
1. Domaćinstva
Specifična potrošnja: qpot (l/(st.dan)
Dotok upotrebljene vode
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).
Dotok upotrebljene vode
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.
Dotok upotrebljene vode
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
Dotok upotrebljene vode
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.
Dotok upotrebljene vode
3a) Infiltracija
28
Procena količine infiltrirane vode: Primer dva izliva u Kraljevu
Dotok upotrebljene vode
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
Dotok upotrebljene vode
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
Dotok upotrebljene vode
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.
Dotok upotrebljene vode
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)
Dotok upotrebljene vode
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
Dotok kišnog oticaja
• 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
Dotok kišnog oticaja
Jedinični hidrogram (“Time-area diagram”) je jedan od najčešće korišćenih “hydrological routing” modela
36
Dotok kišnog oticaja
SWMM koristi jednačinu kontinuiteta i kinematički talas kao “hydrological routing” model
Razmatra se oticaj sa tri tipa površina
Qd(t)
37
Dotok kišnog oticaja
SWMM koristi jednačinu kontinuiteta i kinematički talas kao “hydrological routing” model
Razmatra se oticaj sa tri tipa površina
Qd(t)