Организация стока поверхностных вод

Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰) и значительно меньше (12‰) с поверхности суши и выпадает на поверхность океана или суши в виде дождя и снега. При постоянном круговом обращении воды между сушей и океаном общее количество осадков X, выпавших на поверхность суши, равняется количеству потерь на испарение Z, подземному стоку Y₁ и поверхностному стоку Y₂.Уравнение водного баланса может быть выражен формулой.

X= Z + Y= Z + Y₁ + Y₂

В нашей стране существует положительный водный баланс, т.е. среднее годовое количество осадков превышает среднее годовое количество испарений влаги.

Количество выпавших на поверхность почвы осадков измеряют в линейных и объемных единицах. В линейных единицах измеряют среднегодовое и среднемесячное количество осадков H, мм, характерное для данного климатического района, а также интенсивность отдельных дождей і, мм/мин. В технических расчетах принимают объемную единицу измерения количества выпавших осадков g, выраженную в л/с на 1 га.

Каждый дождь характеризуется интенсивностью (іили g), количеством осадков, выпавших за единицу времени, периодом продолжительности дождя и вероятностью его выпадения, т.е. вероятностью повторения такого дождя за тот или иной период наблюдений, лет. Между интенсивностью дождя и его продолжительностью существует определенная зависимость, которая выражается формулой.

g = A/tⁿ,

где g– интенсивность дождя, л/с на 1 га; t – период продолжительности дождя, мин; А и n- параметры, зависящие от климатического района расположения населенного пункта и принятого периода с.

Из приведенной зависимости следует, что более продолжительные дожди имеют меньшую интенсивность, и наоборот максимальное за год – 16 305 мм (1899 г.) и 24 326 (1947 г.). В центральной части европейской территории России среднегодовое количество осадков постепенно убывает при движении с запада на восток. У западных границ России среднегодовая норма осадков достигает 650 – 700 мм в год. У западных склонов Уральского хребта среднегодовая норма осадков снова увеличивается до 600 – 700 мм в год.

Наибольшее количество осадков в год на территории России выпадает на восточном берегу Черного моря, а также в горах Алтая, на склонах, обращенных к Тихому океану.

Организация стока поверхностных вод. Организация стока поверхностных (ливневых и талых) вод непосредственно связана с вертикальной планировкой территории. Осуществляется организация поверхностного стока при помощи общетерриториальной водосточной системы, которая проектируется таким образом, чтобы собрать весь сток поверхностных вод с территории и отвести в места возможного сброса или на очистные сооружения, не допустив при этом затопления улиц, пониженных мест и подвалов зданий и сооружений. Организацию поверхностноговодотвода осуществляют со всех городских территорий. Для этой цели используют открытую и закрытую водосточную системы города, которые выводят поверхностный сток за городскую территорию или на очистные сооружения.

Типы дождевой сети

Система дождевого водоотведения может быть открытого, закрытого и смешанного типов.

Открытая система представляет собой комплекс канав, кюветов, лотков и выпусков упрощенных конструкций, создаваемых при решении вопросов наружного благоустройства объектов.

Закрытая система включает в себя колодцы-дождеприемники, сеть подземных канализационных трубопроводов с колодцами различного назначения и выпуски дождевых вод в водоемы или на пониженные участки местности. При очистке дождевого стока эта система дополняется регулирующими резервуарами и очистными устройствами, если предусматривается отдельная очистка.

Смешанная сеть имеет элементы открытой и закрытой сети.

Глубина заложения ливневого коллектора зависит от геологических условий грунта и глубины промерзания. Если в районе строительства грунт не промерзает, то минимальная глубина заложения водостока составляет 0,7 м.

Обычно водосточная сеть проектируется с продольным уклоном 5‰, в условиях равнинного рельефа - 4‰. Такой уклон позволяет обеспечить непрерывность движения ливневых вод в коллекторе и предотвращает его заиливание.

Максимальные уклон коллектора принимают таким, при котором скорость движения воды составляет 7 м/с, а для металлических коллекторов 10 м/с. При больших уклонах коллекторы могут выйти из строя из-за возникновения гидравлического удара.

Выпуски водосточной сети по санитарным соображениям желательно устраивать вне границ застройки города в очистные сооружения (отстойники, поля фильтрации).

 

Открытая дождевая сеть

Стоит из уличной и внутриквартальной. В сети выделяют кюветы и лотки, перепускные лотки, удаляющие воду из пониженных мест территории, и канавы, отводящие воды с больших площадей бассейна. Иногда открытую сеть дополняют русла малых рек и каналы.

Лотки служат для направления стекающей воды с территории кварталов и микрорайонов, с территории зеленых насаждений к кюветам и канавам. Кюветы являются обычно элементами дорог, канавы служат для сброса и отведения в водоемы или иные места поверхностных вод (дождевых и талых). В открытой системе водоотвода с территории города канавы являются основным элементом. При неблагоприятных природных условиях (при наличии оползней, оврагов, при крутом рельефе) лотки и канавы применяют в качестве одного из мероприятий по ограждению склонов от размыва, по организации) стока поверхностных вод на откосах. В этих случаях канавы обычно играют роль нагорных, перехватывающих верховой сток. Поперечное сечение лотков, кюветов и канав показано на схемах (рис.17).

Рис. 17. Монолитные и сборные лотки и кюветы открытой водосточной сети: а — бетонный бортлоток; б, в — притротуарный монолитный и сборный лотки; г — то же, комбинированный с одерновкой; д — сборный лоток для канавы; е —то же, из элементов для прокладки теплосети; ж — сборный телескопический лоток

Для обеспечения нормальной эксплуатации городских улиц во время дождей, таяния снега глубина наполнения лотка ограничивается - она не должна превышать 4-5 см от верха бортового камня. Проезжая часть не должна затапливаться на ширину более 2-3 м.

Размеры поперечных сечений отдельных элементов сети определяют расчетом. При небольших площадях стока размеры поперечных сечений лотков и кюветов не рассчитывают, а принимают по конструктивным соображениям с учетом стандартных габаритов. В городских условиях водоотводящие элементы укрепляют по всему дну или по всему периметру. Крутизну откосов кюветов и каналов (отношение высоты откоса к его заложению) устанавливают в пределах от 1:0.25 до 1:0.5.
Лотки и кюветы проектируют вдоль улиц. Трассы водоотводных каналов прокладывают, максимально приближаясь к рельефу, по возможности вне границ застройки.

Поперечное сечение кюветов и лотков проектируют прямоугольной, трапецеидальной и параболической, канав – прямоугольной и трапецеидально. Наибольшую высоту кюветов и канав ограничивают в городских условиях. Ее делают не более 1.2 м (1.0 м – предельная глубина потока, 0.2 м – наименьшее превышение бровки кювета или канавы над потоком).

Наименьшие уклоны лотков проезжей части, кюветов и водоотводящих канав принимают в зависимости от типа покрытия(табл. 3). Эти уклоны обеспечивают наименьшую незаиливающую скорость движения дождевых вод (не менее 0.4 – 0.6 м/с).
На участках территории, где уклоны рельефа больше тех, при которых возникают максимальные скорости течения, проектируют специальные сооружения, быстротоки, ступенчатые перепады.

Таблица 8

Вид покрытия	Наименьший уклон, %
Лотки проезжей части при асфальтобетонном покрытии	0,3
То же, при брусчатом или щебеночном покрытии	0,4
То же, при булыжной мостовой	0,5
Отдельные лотки и кюветы	0,5
Водоотводные канавы	0,3

 

Вообще открытые канавы на территории города нежелательны. Но при открытой системе водоотвода они устраиваются. Форма канав обычно трапециевидная: наименьшая ширина по дну - 0,3 м, наименьшая глубина - 0,4 м. Наибольшая глубина воды в канавах в пределах города -1м. Возвышение бровки над наивысшим горизонтом воды должно быть Не менее 0,2 м. Минимальный продольный уклон по дну канавы - 0,005. В южных районах (IV и V климатических зонах) можно минимальный продольный уклон уменьшить до 0,3%. В городах канавы обычно устраивают с укрепленными откосами и дном. Типы укрепления: мощение камнем по грунту или по щебню в один слой; крепление плитами - бетонными или каменными (тесанными); асфальтирование откосов и дна; бетонное укрепление - монолитное, сборное, железобетонное (монолитное, сборное). Крутизна откосов принимается в зависимости от вида грунта и крепления откосов(табл. 9).

 

Таблица 9

Допустимая крутизна откосов

Грунт русла канав и кюветов	Предельная крутизна откосов
Пески пылеватые	1: 3
Пески мелкие, средние и крупные:
- рыхлые и средней плотности	1: 2
- плотные	1: 1,5
Супеси	1: 1,5
Суглинки и глины	1: 1,25
Выветрившаяся скала	1: 0,25

 

Закрытая дождевая сеть

К специальным сооружениям закрытой дождевой сети относят: дождеприемные и смотровые колодцы, ливневой коллектор, быстротоки, водобойные колодцы и пр.

Дождеприемные колодцы устраиваются для обеспечения полного перехвата дождевых вод в местах понижения проектного рельефа, на выездах из кварталов, перед перекрестками, со стороны притока воды, обязательно вне полосы пешеходного движения(рис. 18). По магистралям дождеприемные колодцы размещают в зависимости от продольных уклонов (табл. 10)

Таблица 10

Продольный уклон улиц і, %, шириной до 30 м	До 0,4	0,4 до 0,5	0,6 до 1	1…3
Расстояние между дождеприемниками, 1, м

 

Рис. 18. Схема размещения дождеприемных колодцев на перекрестках

 

Ливневой дождевой коллектор, расположенный вдоль магистрали, дублируется, если ширина проезжей части магистрали превышает 21 м или, если ширина магистрали в красных линиях более 50 м (рис. 19, в). Во всех остальных случаях применяют схемы, изображенные на (рис. 19, а, б).

а) б) в)

Рис. 19. Расположение дождеприемных колодцев в плане магистрали:
1 – коллектор, 2 – водосточная ветка, 3 – дождеприемый колодец, 4 – смотровой колодец

 

 

При необходимости, дождеприемные колодцы делают комбинированными: для приема воды с проезжей части и для принятия вод из дренажных систем (дрен).

Смотровые колодцы. Смотровые колодцы устраивают на водоотводящей сети для осмотра и наблюдения за работой трубопроводов, для выполнения эксплуатационных мероприятий на сети. Колодцы бывают линейными, поворотными, узловыми, перепадными, контрольными и промывочными. Линейные смотровые колодцы устраивают на прямолинейных участках сети на расстоянии друг от друга.

При значительных продольных уклонах местности на трассе коллектора устраиваются быстротоки,водобойные колодцы или применяются чугунные или стальные трубы.

Размещаются смотровые колодцы на водосточной сети в местах изменения направления уклона и диаметра коллекторов, а также в местах присоединения боковых коллекторов и веток дождеприемных колодцев. На прямых участках смотровые колодцы размещаются в зависимости от диаметра коллектора (табл. 11).

 

Таблица 11

 

Диаметр водостока, м	Расстояние между колодцами, м
0,3	50-60
0,4-0,6	60-70
0,7-1,0	60-80
1,2-1,5	70-100
более 1,5	80-130

 

Наиболее распространенным типом колодцев является сборная конструкция.

Смотровые колодцы дренажа располагают, как правило, в местах изменения направления в зависимости от контура здания.

Смотровые колодцы состоят из следующих основных элементов: рабочей камеры, горловины и переходной части между ними, основания и люка с крышкой над горловиной(рис. 20).Колодцы могут выполняться из различных материалов: сборных железобетонных элементов, кирпича, бутового камня и других местных материалов. В плане колодцы устраиваются круглыми, прямоугольными или полигональными.

Рис. 20. Основные конструктивные элементы смотрового колодца 1 – люк с крышкой; 2 – горловина колодца; 3 – плита перекрытия; 4 – рабочая камера; 5 – подводящая труба; 6 – отводящая труба; 7 – открытый лоток; 8 – плита основания; 9 – песчаная подготовка, щебеночное основание

 

Основание колодца состоит из бетонной или железобетонной плиты, уложенной по щебеночному или песчаному основанию. Основной технологической частью смотрового колодца является лотковая часть.

Лоток в колодце делается из бетона, в нижней части он полукруглый, в верхней – имеет вертикальные стенки. С двух сторон лотка создаются полки с уклоном к центру. Рабочая камера должна иметь следующие минимальные размеры: высота h_к – 1,8 м, диаметр D_к – 1,0 м. Минимальный диаметр горловины D_г – 0,7 м. Рабочие камеры и горловины оборудуются скобами или лестницами для спуска или подъема. Стенки рабочих камер и горловин могут выполняться из типовых железобетонных элементов – колец и плит.

Смотровой колодец, установленный на повороте трассы трубопровода, называется поворотным, на присоединениях к ним боковых веток – узловым. Их конструкции аналогичны конструкции линейного с тем отличием, что диаметр рабочей камеры определяется из условия размещения внутри колодца кривых поворотов.

Поворотные колодцы предусматриваются в случае изменения направления трассы трубопровода, причем для устранения большого гидравлического сопротивления необходимо, чтобы угол между присоединяемой и отводящей трубами был не менее 90^°, а радиус поворота – от 1 до 5 диаметров труб. Лоток такого колодца плавно искривлен (рис. 21).

Рис. 21. Поворотный колодец

Узловые колодцы устраивают в местах соединения двух-трех трубопроводов. Они имеют узел лотков, соединяющих не более трех подводящих труб и одной отводящей. Узловые колодцы на крупных коллекторах называют соединительными камерами (рис. 22).

Рис. 22. Узловой колодец

Контрольные колодцы выполняются в местах присоединения дворовой или внутриквартальной сети к уличной и располагаются за пределами красной линии ( красная линия – термин, применяемый в градостроительстве для обозначения условных границ, отделяющих территорию площадей, улиц, проездов и магистралей от территории, отведенной под застройку.Установленный в градостроительстве порядок разрешает строительство зданий только по красной линии или с отступлением от нее в глубину квартала).

Промывные колодцы служат для периодической промывки начальных участков сети, которые имеют малые диаметры. В этом качестве могут использоваться обычные смотровые колодцы и специальные конструкции с запорными устройствами и подводом воды.

На участках территории, где уклоны рельефа больше тех, при которых возникают максимальные скорости течения, проектируют специальные сооружения, быстротоки, ступенчатые перепады.

Перепадные колодцы, размещаемые в местах вынужденных перепадов канализационной сети (при резкой смене глубины заложения), сооружают для уменьшения глубины заложения сети, а также для снижения скорости движения среды. Перепады на канализационных сетях высотой до 3 м устраивают в колодцах в виде вертикальных стенок-рассекателей или стояков с водобойными колодцами. Перепад может быть либо внутри колодца, либо вынесен за его пределы. Высота перепада зависит от диаметра труб и колеблется в пределах от 2 (для диаметров до 600 мм) до 4 м (для диаметров до 200 мм). При разности отметок не более 0,7 м перепадные колодцы не устанавливаются, а перепад выполняется на лотке. При удельных расходах более 0,3 м/с перепады высотой не более 3 м устраивают, как правило, многоступенчатыми с расстоянием между ступенями 1,5...2 м. На трубопроводах диаметром 600 мм и более перепады высотой более 3 м желательно выполнять в виде водосливов практического профиля (рис. 23).

Рис. 23. Типовой перепадный колодец

1—люк с крышкой; 2 _ горловина; 3—железобетонная плита; 4 — кольца; 5 — подвесные скобы; 6— консоль: 7— стальная плита: 8 — водобойный приямок; 9 — вертикальный стояк

 

Рабочие камеры и горловины оборудуются скобами или навесными лестницами для спуска в колодец.

На уровне поверхности земли горловина заканчивается люком с крышкой, который бывает тяжелым и легким. Тяжелый устанавливается на проезжих местах. Установку люков предусматривают на уровне с поверхностью проезжей части – при усовершенствованном покрытии дорог, на 50-70 мм выше поверхности земли – в зеленой зоне, и на 200 мм выше поверхности – на незастроенной территории. При расположении колодцев на территории без покрытия вокруг люка устраивают отмостку для отвода поверхностных вод.

Дождеприемники. Дождеприемник– колодец, состоящий из съемной решетки, стакана и днища с лотком.

Дождеприемники сооружают из монолитного бетона и при сборной конструкции – из железобетонных элементов.

Сборные железобетонные дождеприемники состоят из днища, лотка, рабочей камеры с перекрытием, чугунного люка с решеткой (Рис. 24).

В плане дождеприемники имеют прямоугольную форму размером 0,6X0,9 м или круглую форму диаметром 0,8 м.

Глубина заложения основания дождеприемника без осадочной части, как правило, должна быть не менее 0,8 м. В пучинистых грунтах глубина заложения основания дождеприемника и отводной трубы не должна быть меньше средней глубины промерзания грунта.

Из дождеприемника дождевая вода поступает в закрытый водосток по соединительной ветке диаметром 200-300 мм, укладываемой в низовой части дождеприемника. Длина присоединения (ветка) от дождеприемника до первого смотрового колодца на коллекторе должна быть не более 40 м. Дождеприемники следует размещать так, чтобы при расчетной интенсивности дождя тротуара не заливались водой.

При неудачном расположении решеток часть воды не будет поступать в дождеприемники, а будет «проскакивать» мимо них. Чем больше продольный уклон улицы, тем больше воды проскакивает мимо решетки. Проскоки значительно уменьшаются, если решетки расположены на 2-5 см ниже лотка или поверхности мостовой.

 

Рис. 24.Дождеприемник из сборных железобетонных элементов

1 – дождеприемная решетка; 2 – бетонный борт; 3 – колодец;

4 – заделка отверстий бетоном; 5 – основание; 6 – бетонный набивной лоток; 7 – песчаная подушка

 

К авариям на водостоках относятся:

- промерзание водосточных труб с образованием ледяных и грязеледяных пробок;

- завалы снегом дождеприемных колодцев;

- провалы и деформации отдельных звеньев водостоков;

- образование провальных воронок на трассах.

Особенности проектирования дождевой сети при реконструкции. На реконструируемой территории проектируемую трассу дождевой сети привязывают к существующим подземным сетям и сооружениям. Это позволяет максимально использовать сохраняемые коллекторы и отдельные их элементы.

Положение сети в плане и профиле определяется конкретными условиями проектирования, а также высотным и планировочным решением территории. Если существующий коллектор не справляется с расчетными расходами, водосточную сеть реконструируют.

Прокладка дополнительных трубопроводов производится на тех же отметках, что и существующая сеть или на более глубоких отметках (при недостаточном заглублении существующей сети). Трубы недостаточного сечения частично заменяют новыми, с большим сечением.

На участках существующей сети, имеющих малое заложение, предусматривают усиление прочности конструкции водостока и отдельных его элементов, а при необходимости и теплозащиту.