ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΟΥ ΕΠΙΜΕΛΗΤΗΡΙΟΥ ΕΛΛΑ ΑΣ / ΤΜΗΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕ ΟΝΙΑΣ

Transcript

1 ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΟΥ ΕΠΙΜΕΛΗΤΗΡΙΟΥ ΕΛΛΑ ΑΣ / ΤΜΗΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕ ΟΝΙΑΣ ΙΚΤΥΑ Υ ΡΕΥΣΗΣ ΑΠΟΧΕΤΕΥΣΗΣ ΜΙΚΡΩΝ ΟΙΚΙΣΜΩΝ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ, 28 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 2 ΟΚΤΩΒΡΙΟΥ 2009 Φύλλα Εργασίας-Συνοπτική παρουσίαση Ύλης Σεµιναρίου ΓΡΗΓΟΡΗΣ ΣΑΜΑΡΑΣ Καθηγητής Τµήµα Πολιτικών Έργων Υποδοµής Σχολή Τεχνολογικών Εφαρµογών Αλεξάνδρειο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυµα Θεσσαλονίκης

2 ΕΡΓΑ Υ ΡΕΥΣΕΩΝ 1. Εκτίµηση αναγκών σε νερό Εξυπηρετούµενος πληθυσµός Ν=Ν *( 1+ ε) ο ν ηµ Μέση ηµερήσια κατανάλωση Qµ ση : lit / κατηµ.. ΚΥΑ 11/Φ16/8500/ΦΕΚ174 Τ.Β. / έ ηµ ηµ Μέγιστη ηµερήσια κατανάλωση max :1,5* lit/κατ.ηµ. Q Q έ µ ση Μέγιστες ηµερήσιες ανάγκες V ηµ ηµ Ν * Q 3 max m max = ηµ Πρόσθετες ανάγκες

3 2. ιάταξη έργων ύδρευσης Εξωτερικό υδραγωγείο Εσωτερικό υδραγωγείο Y1 Q Y2 Οικισµός ωρ - Μέγιστη ζήτηση δικτύου Q = max Π max N * Q * ηµ N * Qmax f * 24*3600 ηµ max lit s lit s f = 24 (Κ= 8-16) Κ - Παροχή Πυρκαγιάς Ελληνικός κανονισµός Oι τιµές της παροχής πυρκαγιάς έχουν ως εξής: -Για οικισµούς κάτω των κατοίκων: 0 λ/δλ. -Για οικισµούς από έως κάτοικοι: 5 λ/δλ. -Για οικιµούς από έως κάτοικοι: 7.5 λ/δλ. -Για οικισµούς από έως κάτοικοι: 10 λ/δλ.

4 3. Λειτουργία αγωγών ( ελεύθερη ροή-υπό πίεση) 3.1 Υδραυλικός Υπολογισµός αγωγού υπό πίεση Α. Αναλυτική Λύση j hf 2 L u 0, 0826 f L hf = f = Q 5 D 2 g D π D Q= A u = 4 u D Re= v K S f = f, Re D 2 u 2 (1) (2) (3) (4) m m 3 2 m, m m m s s, - - m s Μεγέθη h f, Q, D, L, K, ν, Re 142, f 43, u (9) S Κύρια εδοµένα Ενδιάµεσα (3) ιατιθέµενες Εξισώσεις 4 Άγνωστα Μεγέθη 9 3 = 6 Απαιτούµενα για επίλυση προβλήµατος 2 Βασικά προβλήµατα 1) Q, D h = ; f 2) h f, Q D = ; 3) h f, D Q = ;

5 B. Χρήση ιαγραµµάτων 1 D h f j= L j Q 3 1 h = j * L f Βασικά προβλήµατα Q, D j h 1) f 2) j, D Q j, Q D < 1 < D D 3) 2

6

7 Λειτουργία Αγωγού υπό πίεση Ρύθµιση Παροχής Κατάντη j=0 Q=0 A.Σ.Π.Γ. Jmax j Q Qmax Κ.Σ.Π.Γ. Ρύθµιση Παροχής Ανάντη Jmax Qmax Α.Σ.Π.Γ. j Q j=0 Q=0 Κ.Σ.Π.Γ.

8 Χαρακτηριστικά Παραδείγµατα λειτουργίας αγωγών υπό πίεση Φ.Π. hf H A

9 4. Εσωτερικό υδραγωγείο (σχεδιασµός - υδραυλικοί υπολογισµοί) Κατηγορίες δικτύων διανοµής 1. Ακτινωτά 2. Κλειστά 3.Μικτά

10 Κατηγορίες αγωγών 1. Μεταφορείς 2. ιανοµείς 3. Μικτοί Qa Qa= Qk Qk Qa Qk = 0 q L Qa q Qk Qa = q*l Qa= q*l+ Qk Μετατροπή διανοµέων µικτών σε µεταφορείς q*l 2 q*l 2 Qa Qk L q*l (παροχή διανοµής) Qa Q= Q ql = Q 2 a k + Qk ql 2 Παροχές διανοµής Q δ = Q L * i δικτύου ΣLi (3) = Q F i δικτύου * ΣFi (2) = Q N i δικτύου * ΣNi (1) Q δικτ ύ ου = Q ωρ max Q + Q ηµ max πυρκ.

11 Μέθοδος Hardy Cross Απλοποιηµένο µοντέλο λειτουργίας δικτύου διανοµής Σκαρίφηµα Αρχικών παροχών Εξίσωση συνέχειας εq i = 0 για κάθε κόµβο ε=± Επιλογή διαµέτρου 2 Q D 4Q = π * 4 U D π U Bress D = 1.2 Q 3 m s min ( / ) D = Q (U=0.93) min 38 ( l/ s)

12 Εξίσωση διατήρησης ενέργειας σε κλειστό κύκλωµα ε=± 1 ε h fi = 0 ιαδικασία διόρθωσης αρχικών παροχών Q= 2 εh h fi fi Q i

13 10 Παράδειγµα ΚΥΚΛΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ 1ος Κύκλωµα Αγωγός L Q Dον. Dεσ. u j Hf Hf/Q DQ Q' m lit/s mm mm m/s m lit/s lit/s 1 1, ,2 0,95 0,0050 1,49 0,044 0,33 34,33 2, ,4 0,89 0,0095 1,90 0,190 0,33 10,33 3, ,4 0,89 0,0095-2,85 0,285 0,33-9,67 4, ,6 0,79 0,0046-0,92 0,051 0,33-17,67-0,37 0,569 1, , ,4 0,96 0,0091 1,83 0,131 0,09 14,09 5, ,8 0,87 0,0124 4,95 0,825 0,09 6,09 6, ,6 0,87 0,0162-3,24 0,810 0,09-3,91 7, ,4 0,89 0,0095-1,90 0,190 0,09-9,91 3, , ,4 0,92 0,0101-2,02 0,196 0,09-10,24-0,38 2,150 4,301

14 5. Εξωτερικό υδραγωγείο (σχεδιασµός - υδραυλικοί υπολογισµοί) 5.1. Τροφοδοσία δεξαµενής µε βαρύτητα Z1 Z2 L Καθορισµός παροχής αγωγού ηµ V Vmax *1000 Q= = t 24*3600 lit s α. Μεγάλο Η (Κριτήριο U max =2,5m) επιλογή 4* Q D= µε u= 2,5m π * u s β. Μικρό Η (Κριτήριο Εκµετάλλευση διαθέσιµου υδραυλικού φορτίου) Η επιλογή D : Q, Jmax = D1 p D p D2 L Τεχνικά Κλάση αγωγών

15 5.2. Τροφοδοσία δεξαµενής µε άντληση hκ hf Hg Hman = Hg+hf +hk m P = ( γ * Q * Hman)/(102 * nολ ) KW ή P = ( γ * Q * Hman)/(75 * nολ ) Ε = (V*Hman)/(367*nολ) HP ΚWΗ Όπου: Hman το µανοµετρικό ύψος σε m Hg το γεωδαιτικό ύψος σε m hf οι γραµµικές απώλειες σε m hk οι τοπικές απώλειες σε m P η απαιτούµενη ισχύς σε KW ή HP E η καταναλισκόµενη ενέργεια σε KWH γ το ειδ.βάρος του νερού 1 t/m 3 Q η µεταφερόµενη παροχή σε lit/sec nολ ο ολικός βαθµός απόδοσης

16 5.3. Υδραυλικό πλήγµα Περιγραφή φαινοµένου Ταχύτητα διαδόσεως κύµατος g 1 α = [ * ] 0.5 ρ 1/ε + (d/e*e) όπου α= η ταχύτητα διαδόσεως του κύµατος σε m/sec d=εσωτ. διάµετρος σε m e=πάχος του τοιχώµατος σε m ρ=το ειδικό βάρος του νερού σε kgf/m3 ε=µέτρο ελαστικότητας νερού = 2.08*10 8 kgf/m2 Ε=µέτρο ελαστικότητας υλικού σωλήνα E P.V.C. = 3,0 * 10 8 kgf/m 2 Est = 2,1 * kgf/m 2 Υπολογισµός υπερπιέσεων - Για απότοµη διακοπή Τ < 2L/α α * V max υπερπίεση P = g T (sec) L (m) α (m/sec) - Για µη στιγµιαία διακοπή Τ > 2L/α T (sec) 2 L*V L (m) max υπερπίεση P= --* --- α (m/sec) g T Επιλογή κλάσης αγωγού : Εγκύκλιος 22200/ / Υ..Ε. Ρονοµ > Ρο και U * Pονοµ > Ρο + Ρ (12) όπου: Ρο --> η µέγιστη υδροστατική πίεση του αγωγού Ρ --> η υπερπίεση λόγω του υδραυλικού πλήγµατος U --> συντελεστής προσαυξήσεως µε τιµές U=1.30 για χαλύβδινους αγωγούς και U=1.25 για αγωγούς από P.V.C.

17 6. εξαµενές αποθήκευσης- εξισορρόπησης παροχών 6.1. ιάταξη Θέση δεξαµενής Hmax Hmin Y1 Ä Y2 Ρόλος εξαµενών α. Εξασφάλιση απαιτούµενης πίεσης β. Εξισορρόπηση παροχών Θέση εξαµενής εδ H = Hmin+ Pεπιτρ µε P επιτρ. = 50 70m H = H + P +Σ h Υψοµετρικά max. Οριζοντιογραφικά Απαιτούµενες πιέσεις m για 1-οροφα κτίρια m για 2-οροφα κτίρια m για 3-οροφα κτίρια m για 4-οροφα κτίρια m για 5-οροφα κτίρια m για 6-οροφα κτίρια m για 7-οροφα κτίρια min max απαιτ f

18 6.2. Όγκος εξαµενών QΕισ. Q(t)= Qεξ. ηµ V max

19 V

20 7. Εξοπλισµός - Αυτοµατισµοί στα δίκτυα ύδρευσης 8. Παρακολούθηση λειτουργίας Συντήρηση έργων ύδρευσης

21 ΕΡΓΑ ΑΠΟΧΕΤΕΥΣΕΩΝ 1. Συστήµατα και διάταξη έργων αποχέτευσης α.- το παντορροϊκό σύστηµα και β.- το χωριστικό σύστηµα 1. Ακτινωτό δίκτυο Αποδέκτης 2. Εγκάρσιο δίκτυο 3. Παράλληλο δίκτυο Αποδέκτης Αποδέκτης

22 2.Εκτίµηση παροχών λυµάτων Με βάση: 1. Τον προβλεπόµενο πληθυσµό που πρόκειται να εξυπηρετηθεί κατά το έτος στόχο, 2. Το γεγονός ότι η παροχή ακαθάρτων µπορεί να ληφθεί περίπου ίση µε το 90 % της παροχής ύδρευσης, 3. Τις εκτιµηθείσες για το πρόβληµά µας ανάγκες νερού ύδρευσης, 4. Τις αναµενόµενες παροχές εισροών στο δίκτυο, 5. Την εφαρµογή των Ελληνικών Κανονισµών ( Π.. 696/74 κεφ., αρθρ.208, παρ.5) ο υπολογισµός της µέγιστης αναµενόµενης παροχής γίνεται ως εξής: q η µέση ηµερήσια κατανάλωση lit/ηµέρα/άτοµο q max =1,5 * q η µέγιστη ηµερήσια κατανάλωση lit/ηµέρα/άτοµο Ν τα εξυπηρετούµενα ανά ηµέρα άτοµα q m =0,9*Ν*q max /24*3600 η µέση παροχή κατανάλωσης p = 1,5 + 2,5/ q ½ m ο συντελεστής ωριαίας αιχµής d = 2,0 *ΣL παροχή εισροής σε lit/sec (ΣL ανάντη µήκος σε Km) Q = p * q m + d η µέγιστη αναµενόµενη παροχή σε lit/sec Σηµειώνεται ότι η εκτίµηση των κατοίκων που εξυπηρετεί κάθε αγωγός προκύπτει από την εξυπηρετούµενη επιφάνεια επί την πυκνότητα.

23 3. Εκτίµηση παροχών οµβρίων Υδρολογία Σχέση έντασης διάρκειας βροχόπτωσης ΠΑΡA ΕΙΓΜΑ (ΣΧΕΣΗΣ MONTANA) i= 17,1317*T 0,2042 * t -0,65 * t σε hour, T η περίοδος επαναφοράς σε έτη, i σε mm/ hour ΠΕ t i ΠΕ t i έτη min mm/hour έτη min mm/hour , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,3

24 Υδρογράφηµα Q t t β< tσυρ t β= tσυρ t β>t συρ

25 Εκτίµηση της παροχής ( ορθολογική µέθοδος ) Κατά την ορθολογική µέθοδο η παροχή απορροής σε µια θέση γίνεται από την σχέση: όπου Q = C * I * F C : ο συντελεστής απορροής της αιχµής της πληµµύρας. I : η µέση ένταση βροχής µε διάρκεια ίση προς τον χρόνο που απαιτείται να φθάσουν τα όµβρια νερά από το πλέον ακραίο σηµείο της λεκάνης στην εξεταζόµενη θέση. F : η επιφάνεια της λεκάνης απορροής. Έτσι η ο υπολογισµός της παροχής για τις µονάδες που θα χρησιµοποιηθούν, γίνεται µε βάση τη σχέση : Q = 0,278 x C x I x F όπου: C = ο συντελεστής απορροής I = η ένταση της βροχόπτωσης σε (mm/ώρα) F = το εµβαδόν της λεκάνης (στρέµµατα) Q = η παροχή υπολογισµού (lit/s) Συντελεστής απορροής Απαιτήσεις των Ελληνικών Κανονισµών ( άρθρο 187, Π.. 696/74) Περίοδος επανάληψης σχεδιασµού έργων Χρόνος συρροής Ο υπολογισµός του χρόνου συρροής για κάθε θέση του δικτύου εντός του οικισµού υπολογίζεται αθροιστικά από τον αρχικό χρόνο συγκέντρωσης ( ο οποίος λαµβάνεται 10 min) και το χρόνο ροής. t σ = 10 min, t σ =tαρχικό + t διαδρ. (s) = tαρχικό L(m) / V(m/s) sec = = t σ /60 min Υπολογισµός του χρόνου συρροής λεκάνης απορροής για κάποια θέση υδατορεύµατος µιας t σ = 3,97 * (L 3 /H) 0,385 (σχέση KIRPICH ) όπου : t = ο χρόνος συρροής σε min L = το µήκος της γραµµής φυσικής απορροής σε km H = η µέγιστη υψοµετρική διαφορά του ανωτάτου υψοµέτρου της λεκάνης απορροής και του σηµείου ελέγχου σε m

26 4. Υδραυλικός υπολογισµός δικτύων αποχέτευσης Τυπολόγιο Οι διατοµές υπολογίζονται µε εφαρµογή του τύπου του CHEZY (1) και ο συντελεστής τραχύτητας C λαµβάνεται από τον τύπο του BAZIN (2). Συγκεκριµένα οι ισχύουσες εξισώσεις είναι: V = C * (R*J)0.5 (1) C = 87 / ( 1+ γ / R 0.5 ) (2) R = A / P (3) A = D 2 * (θ - sinθ )/ 8 (4) P = D * θ /2 (5) h = ( D / 2) * (1- cos (θ / 2) ) (6) Q = V*A (7) Για h = D προκύπτουν τα στοιχεία της πλήρους διατοµής Qπλ Vπλ Q / Q* H / H* U / U* Q / Q* H / H* U / U* Q / Q* H / H* U / U* 0,5 0,5 1 0,02 0,1 0,48 0,20 0,3 0,79 0,51 0,5 1,01 0,024 0,11 0,5 0,21 0,31 0,8 0,52 0,51 1,02 0,029 0,12 0,52 0,22 0,32 0,81 0,53 0,51 1,02 0,035 0,13 0,54 0,24 0,33 0,82 0,54 0,52 1,02 0,041 0,14 0,56 0,24 0,34 0,83 0,55 0,52 1,03 0,047 0,15 0,58 0,26 0,35 0,84 0,56 0,53 1,03 0,054 0,16 0,6 0,28 0,36 0,85 0,57 0,54 1,03 0,062 0,17 0,62 0,29 0,37 0,86 0,58 0,55 1,04 0,069 0,18 0,63 0,31 0,38 0,87 0,59 0,55 1,04 0,078 0,19 0,65 0,32 0,39 0,77 0,6 0,56 1,04 0,09 0,2 0,66 0,34 0,4 0,88 0,61 0,57 1,04 0,10 0,21 0,68 0,35 0,41 0,89 0,62 0,58 1,05 0,11 0,22 0,7 0,37 0,42 0,9 0,63 0,58 1,05 0,12 0,23 0,71 0,38 0,43 0,91 0,64 0,58 1,05 0,13 0,24 0,72 0,40 0,44 0,92 0,65 0,59 1,05 0,14 0,25 0,73 0,42 0,45 0,93 0,67 0,6 1,06 0,15 0,26 0,75 0,43 0,46 0,94 0,68 0,61 1,06 0,16 0,27 0,76 0,45 0,47 0,95 0,7 0,62 1,06 0,17 0,28 0,77 0,47 0,48 0,95 0,71 0,63 1,06 0,18 0,29 0,78 0,48 0,49 0,96 0,73 0,64 1,07 0,75 0,65 1,07 0,76 0,66 1,07 0,78 0,67 1,07 0,79 0,68 1,08 0,81 0,69 1,08 0,81 0,7 1,08 0,83 0,71 1,09 0,84 0,71 1,09

27 Συντελεστής τραχύτητας αγωγών Ο συντελεστής τραχύτητας των χρησιµοποιούµενων αγωγών για δίκτυο λυµάτων λαµβάνεται σύµφωνα µε το Π.. 696/74 κεφ., αρθρ.208, παρ.5 ίσος µε γ = 0.25 Όρια ταχυτήτων ροής Σύµφωνα µε το Π.. 696/74 κεφ., αρθρ.208, λαµβάνονται: 1 ον. Μέγιστη επιτρεπόµενη ταχύτητα ροής Umax=6,0 m/sec 2 ον.. Ελάχιστες επιτρεπόµενες κλίσεις λαµβάνονται έτσι ώστε για παροχές ίσες µε το 1/10 της παροχετευτικότητας της πλήρους διατοµής να αντιστοιχεί ταχύτητα ροής 0,30 m/sec για να υπάρχει δυνατότητα αυτοκαθαρισµού των αγωγών. Όρια ύψους πλήρωσης 1. Σύµφωνα µε το Π.. 696/74 κεφ., αρθρ.208, για τις χρησιµοποιούµενες κυκλικές διατοµές, από άποψη ποσοστού πλήρωσης σηµειώνεται ότι το µέγιστο επιτρεπόµενο ύψος πλήρωσης (h max ) των σωληνωτών αγωγών κυκλικής διατοµής σε σχέση µε την εσωτερική διάµετρο αυτών (D), δηλαδή ο λόγος h max /D, όπως παρακάτω: Σε δίκτυα λυµάτων : - Για αγωγούς D <= 0,40 m : h max /D = 0,50 - Για αγωγούς 0,40 < D <= 0,60 m : h max /D = 0,60 - Για αγωγούς D > 0,60 m : h max /D = 0,70 Ελάχιστη διάµετρος των αγωγών χρησιµοποιείται: Για το δίκτυο λυµάτων η Φ 200 mm Σε δίκτυα οµβρίων ή παντορροικά : - Για αγωγούς κάθε D : h max /D = 0,70 Ελάχιστη διάµετρος των αγωγών χρησιµοποιείται: Για το δίκτυο λυµάτων η Φ 400 mm ιαδικασία υπολογισµού - ιάκριση περιπτώσεων ( µικρή κανονική µεγάλη κλίση) - Τήρηση απαιτήσεων κανονισµού - h/d, V/V *, Q/Q *

28 Κυκλική Αυλακωτή µε ένα διάδροµο Αυλακωτή µε δύο διαδρόµους Ωοειδής

29 5. Στοιχεία κατασκευής δικτύων αποχέτευσης (αγωγοί-είδη φρεατίων) 6. Τεχνικά έργα δικτύων αποχέτευσης 7. Παρακολούθηση λειτουργίας Συντήρηση δικτύων Βιβλιογραφία Εµµανουήλ Παρθενιάδης, Εισαγωγή στην Αστική Υδραυλική Ηρακλής Χατζηαγγέλου, Τεύχος 1, Τεχνική Υδροδυναµική Ηρακλής Χατζηαγγέλου, Τεύχος 2, Αντλίες και καταθλιπτικοί αγωγοί Ηρακλής Χατζηαγγέλου, Τεύχος 3, Υδρεύσεις Ηρακλής Χατζηαγγέλου, Τεύχος 4, Αποχετεύσεις Αστέριος Παντοκράτορας, Αστική Υδραυλική