Közműellátás 4.-6. gyakorlat PTE PMMIK Környezetmérnöki Szak (BSC) Közműellátás 4.-6. gyakorlat Vízigény számítás, szennyvízmennyiség meghatározása, vízhozam meghatározása racionális árhullám számítással, nyílt medrek és gravitációs csövek hidraulikai méretezése Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 039. dittrich@witch.pmmf.hu

Vízigény – alapfogalmak Cél: A vízigény időbeli és térbeli eloszlásának meghatározása hosszú időtávra Fajlagos vízfogyasztás (q): a vízfogyasztás egységfogyasztóra fajlagosított értéke [pl. l/fő,nap vagy l/m2,nap) Átlagos napi vízigény (Qd): Az éves vízfogyasztás 1/365-öd része [m3/nap] Napi csúcs vízigény (Qdmax): az év során előforduló legnagyobb napi vízigény [m3/nap] Órai csúcs vízigény (Qhmax): a naptári évben előforduló legnagyobb órai vízigény érték [m3/h]

Vízigény meghatározás módjai Számítással (mérnöki becslés). Kapcsolódó ágazati szabvány: MSZ-10-158/1-1990. Óvatosan kell kezelni!!!!! Méréssel (hálózat rekonstrukciónál!) Hasonló rendszerek üzemeltetési tapasztalatai alapján. Szempontok: Foglalkoztatottság összetétele Ellátottsági színvonal Éghajlati viszonyok Kulturális szokások Település méret Település típus Gazdasági jellemzők Társadalmi rétegek aránya Vízdíj Stb….

Települési vízigények összetevői Kommunális vízigény (Qk) Háztartások vízigénye Közületek, intézmények vízigénye A településen nem letelepedett emberek vízigénye (ingázók, turisták, stb..) Közterület fenntartás vízigénye Ipar vízigénye(Qi) Mezőgazdaság vízigénye (Qm) Tűzoltás vízigénye (Qt) Hálózati és szolgáltatási veszteségek (Qv) Qd= Qk + Qi + Qm + Qt + Qv

Kommunális vízigény I. Lakossági vízigény: mértékadó lakosszám és a fajlagos vízfogyasztás szorzata Fajlagos vízfogyasztás hazánkban 80-200 l/fő,nap, melynek értéke függ: Éghajlat, időjárási viszonyok Település jelleg, település méret Fogyasztói szokások Kulturális jellemzők Komfort fokozat Anyagi lehetőségek Alap közületi és közterület fenntartási vízigény a lakossági vízigény 30-50%-a Egyéb közületek vízigénye egyedi becsléssel határozandó meg

Kommunális vízigény II. Kommunális vízigények fajlagos mutatóit részletesen lásd. Török L. tervezési segédletében! Átlagos napi vízigény: qi (l/fő,nap): i-dik fogyasztó típushoz tartozó fajlagos vízigény Ni (fő): i-dik fogyasztótípus mértékadó lakosszáma Legnagyobb napi vízigény: βn ( - ): évszakos egyenlőtlenségi tényező

Kommunális vízigény III. Átlagos órai vízigény [m3/h]: Legnagyobb órai vízigény [m3/h]: βh ( - ): óracsúcs tényező (1,4 – 3,6) fh (%): óracsúcs hányad (6% – 15%) βh és fh értékeit részletesen Török L. segédletében

Kommunális vízfogyasztás napon belüli alakulása

Szennyvíz mennyiség meghatározása Ipari, mg-i és egyéb nem kommunális eredetű szennyvíz mennyiség meghatározása: Mérnöki becsléssel Szakirodalmi adatok alapján Méréssel Hasonló rendszerek tapasztalatai alapján Stb.. Kommunális szennyvíz mennyiség meghatározása: általában vízfogyasztás alapján történik

Kommunális szennyvízmennyiség I. Fajlagos szennyvízmennyiség: qvíz (l/fő,nap): a településre jellemző átlagos fajlagos vízfogyasztás m: szennyvíz keletkezési ráta Falvak, családi házas övezetek: n=0.8-0.9 Belvárosias környezet, magasházas övezetek: n=0,9-1,0 Távlati fajlagos szennyvízmennyiség: γn: lakossági növekedést figyelembe vevő tényező 50 éves távlatban (1.0 – 1.15) γq: vízfogyasztás növekedését figyelembe vevő tényező (1.0 – 1.3)

Kommunális szennyvízmennyiség II. Napi átlagos szennyvízmennyiség (m3/d): n: lakosszám Távlati átlagos szennyvízmennyiség (m3/d): Óracsúcs szennyvízhozam (m3/h): z (d/h): óracsúcs tényező Üdülő övezetek, kisebb közösségek: 1/2 – 1/6 Falvak, alsófokú központ, részlegesen kiemelt alsófokú központ 1/8 – 1/12 Kiemelt alsófokú központ, középfokú központ 1/10 – 1/14 Felsőfokú központ, országos központ 1/14 – 1/18

Kommunális szennyvíz mennyisége III. Infiltráció-exfiltráció → csapadékos idei szennyvíz hozam és száraz idei szennyvíz hozam Infiltráció fajlagos mennyisége: 19 – 190 l/m,d/m

Kommunális szennyvízmennyiség IV. Szennyvízcsatorna végágak, kis gyűjtőterületű szakaszok öblítési vízhozamának számítása (l/s): e: épületgépészeti berendezés egyenértéke WC: e=3,6 Fürdőkád: e=2,0 Mosdó: e=0,5 Mosogató: e=2,0

Hidrológiai számítások Célja: A mértékadó vízhozam meghatározása, a vízelvezető rendszer méreteinek meghatározhatósága céljából. Kizárólag belterületi csapadékvíz elvezetéssel foglalkozunk, azon belül is kisebb helyi vízelvezetési problémák megoldására fókuszálunk! Alkalmazott módszer: racionális árhullám számítás, melynek főbb lépései: Vízgyűjtő terület lehatárolása Összegyülekezési idő meghatározása Csapadékintenzitás számítása Lefolyási tényező számítása Mértékadó vízhozam számítása

Racionális árhullám számítás alkalmazási területei Kis vízgyűjtőjű és kis összegyülekezési idejű területek méretezésére használjuk 10-180 perc összegyülekezési idő közötti összegyülekezési idő között alkalmazható Nagyobb méretű vízgyűjtők méretezési módszereit jelen tárgy keretein belül nem tárgyaljuk

Vízgyűjtő lehatárolás I. Főbb lépései: Nyomvonalvezetés felvázolása Mértékadó keresztmetszet(ek) meghatározása (Hol érdekel a vízhozam értéke?) Domborzatos térképen meg kell vizsgálni a fő terepi lefolyási irányokat, és jellemző magas pontokat. A vizsgált keresztmetszetből indulva két irányba mindig merőlegesen kell metszeni a következő magasabb szintet képviselő szintvonalat. Addig kell folytatni amíg a két irányba indított vonallánc össze nem zár. Meg kell vizsgálni azokat az emberi létesítményeket (pl. út, vasúti töltés, épületek, árkok, csatornák, stb…) amelyek módosítják a természetes terepi lefolyási viszonyokat, és ezek alapján korrigálni kell a vízgyűjtő határt. Az így kapott zárt alakzat a vízgyűjtő terület.

Vízgyűjtő lehatárolás II. A vízgyűjtő lehatárolási térkép alapján meghatározandóak: Vízgyűjtő terület nagysága Terepi lefolyás átlagos hossza Terület jellege (átlagos tereplejtés, területhasználati ágak és kiterjedésük) Csatornabeli lefolyás maximális hossza

Terepi összegyülekezési idő meghatározása Ahol: t1: terepi lefolyási idő [min] n: Manning-féle érdességi tényező L: A terepi lefolyás átlagos hossza [m] I: a terepi lefolyás átlagos lejtése [m/m]

Manning-féle érdességi tényező Szántó, szőlő: 0,4-0,5 Erdő, rét: 0,3-0,4 Gyepes park: 0,2-0,3 Kőburkolat: 0,15-0,25 Beton, aszfalt burkolat: 0,1-0,15 Összetett területhasználat esetén az értéket részterület arányosan súlyozni kell!

Csatornabeli és a teljes összegyülekezési idő megh. Ahol: t2: csatornabeli lefolyási idő [min] L: Csatornabeli lefolyási úthossz [m] vátl: Csatornabeli lefolyás átlagos sebessége [m/s] Teljes összegyülekezési idő:

Mértékadó gyakoriság megh. Gyakoriság [év](visszatérési idő) és valószínűség [%] kapcsolat 100% valószínűség - 1 éves gyakoriság 50% valószínűség - 2 éves gyakoriság 10% valószínűség - 10 éves gyakoriság 1% valószínűség - 100 éves gyakoriság Minél kisebb valószínűséget választunk annál nagyobb kiöntési biztonságra méretezünk A választandó valószínűség mértékét az okozott kár mértéke és a vizsgált terület „igényessége” határozza meg. Pl. Duna feletti vasúti híd esetén a méretezési valószínűség 1%, falusi kis utca csapadékvíz elvezető árka esetén 50%, települési főgyűjtő esetén 10%

Mértékadó csapadékintenzitás meghatározása I. Ún. modellcsapadék feltételezésével számítjuk a csapadékintenzitást. A modellcsapadék időtartama megegyezik a teljes összegyülekezési idővel és intenzitása állandó. A választott valószínűség csökkenésével a csapadékintenzitás nő.

Mértékadó csapadékintenzitás meghatározása II. Hazai viszonyok esetén az ún. záporcsapadék-törvény segítségével számítható a mértékadó csapadék intenzitás Ahol: ip: a számított mértékadó csapadék intenzitás [mm/h, vagy l/s*ha] t: mértékadó csapadék időtartam [10perc] m: valószínűséghez rendelt paraméter a: 10 perces modellcsapadék mértékadó intenzitása [mm/h, vagy l/s*ha]

Mértékadó csapadékintenzitás meghatározása III.

Lefolyási tényező megh. I. A lefolyási tényező megadja, hogy a talajra hullott csapadék hány százaléka folyik le a terepen Lefolyási tényező becslésére sokféle módszer ismert Ha egyes területrészek lefolyási tényezője különböző, akkor a terület szerinti súlyozott átlagát kell venni. A lefolyási tényező függ: Felület érdessége, anyag Lejtés Csapadékintenzitás Hőmérséklet Talajnedvesség Növénytakaró Stb..

Lefolyási tényező megh. II. Közelítő képlet a lefolyási tényező becslésére: Ahol: R: vízzáró felületi tényező [-] I: tereplejtés [%] α: lefolyási tényező [-] Megjegyzés: A képlet 0,5-6% tereplejtés és 0,08-nál nagyobb vízzáró felületi tényező esetén érvényes!

Lefolyási tényező értékek sík terepen

Lefolyási tényező korrekciója a terepesés függvényében

Mértékadó vízhozam megh. A mértékadó vízhozam: Nagy-vízhozamok esetén a vízhozam korrigálható a Schrank-féle késleltetési tényezővel:

Csapadékvíz elvezető művek hidraulikai ellenőrzésének alapelve A hidraulikai ellenőrzés során a tervezett csapadékvíz elvezető csatorna vízszállító képességét hasonlítjuk az hidrológiai számításból kapott vízhozammal. A tervezett csatorna megfelelő, ha a szállító kapacitása (Qcs)nagyobb mint a szállítandó mértékadó vízhozam (Qm):

Trapézszelvényű árkok vízszállító kapacitásának megh. I. A szállítható vízhozam: Ahol: Vk: áramlási középsebesség a mederben [m/s] A: meder keresztmetszet [m2] A középsebesség számítása az ún. Chezy-képlettel: R: hidraulikus sugár [m] I: mederlejtés [m/m] C: Strickler-Manning-féle érdességi tényező

Trapézszelvényű árkok vízszállító kapacitásának megh. II. Hidraulikus sugár Ahol: An: a nedvesített terület [m2] K: nedvesített kerület [m] Kiöntési biztonság figyelembe vétele!!!! Strickler-Manning-féle érdességi tényező Ahol: n az ún. Manning-féle meder-érdességi tényező

Trapézszelvényű árkok vízszállító kapacitásának megh. III. n-függ: Mederanyag Mederalak Meder kanyargóssága Növényzet típusa és mértéke a mederben Néhány jellemző érték n-re: Kőburkolatú meder: 0,02-0,025 Földmeder: 0,018-0,033 Növénnyel benőtt meder: 0,025-0,05 Kanyargós elfajult meder: 0,04-0,06

Trapézszelvényű árkok vízszállító kapacitásának megh. IV.

Trapézszelvényű medrek hidraulikai ellenőrzésének további követelményei Mértékadó vízhozam szállításakor a megengedett legkisebb sebesség 0,3 m/s A mértékadó vízhozam szállításakor kialakuló sebesség ne lépje túl a kimosási határsebességet, melynek értéke: Földmeder: 0,5-1,8 m/s Füvesített földmeder: 1,2-1,5 m/s Helyszíni beton: 5,5 m/s Betonba rakott kőburkolat: 5,5 m/s Betonlap burkolat: 6 m/s

Csővezetékek vízszállító kapacitásának közelítő megh. Közelítő meghatározási módszerként alkalmazható az ún. kis Kutter képlet: Ahol b az ún csőérdességi tényező, melynek tájékoztató értékei: Beton csatorna: 0,35 Téglacsatorna: 0,5 Hézagolt kőburkolat: 0,6

Colebrook-white összefüggés v (m/s): teltszelvényű áramlási középsebesség ν (m2/s): kinematikai víszkozitás k (m): effektív csőérdesség d (m): csőátmérő I (m/m): hosszesés k effektív csőérdesség becslése nehézkes!

Csőérdesség (k) I. Kőagyag és ac csövek: k=0,4 mm aknákkal, bekötésekkel k=0,25 mm aknák, bekötések nélkül Műanyag csövek: k=0,1 mm a csőkötések távolsága: ≥ 12 m-nél, a hálózaton nincsenek csőrekötések, az aknák szintén műanyagból készülnek, a minimális aknatávolság 60 m k=0,25 mm a csőkötések átlagos távolsága: ≥ 5 m-nél, minimális aknatávolság 60 m, a házi rákötések 45°-ban, T-idommal vagy 45°-os ágidommal kerülnek kialakításra, a csatorna lejtése: > 3 ‰ -nél. k = 0,40 mm üzemi érdességi tényezőt célszerű alkalmazni, ha az előzőekből valamely feltétel nem teljesül

Csőérdesség (k) II. Műanyag szennyvízcsatornák csőérdessége extra körülmények esetén (pl. ejtőcsöves aknák): 1 mm Beton csövek csőérdessége: 1-2 mm Épített szelvények csőérdessége: 1 – 4 mm

KG-PVC csővezetékek vízszállító kapacitásának megh.

Beton csővezetékek hidraulikai méretezése I Beton csővezetékek hidraulikai méretezése I. – teltszelvényű vízhozam és szállítási sebesség meghatározása

Csővezetékek hidraulikai méretezése II Csővezetékek hidraulikai méretezése II. – tényleges teltségnél előálló vízhozam és szállítási sebesség meghatározása

További hidraulikai kritériumok gravitációs csővezetékekre A szállítási sebesség nem lépheti túl a csőanyag kritikus határsebességét (beton csőnél 5 m/s, műanyag csőnél gyártótól függ, de min. 5 m/s) A szállítási sebesség nagyobb kell hogy legyen 0,3 m/s-nál! Szennyvíz csatornák esetében a szállítási mélység nagyobb kell hogy legyen 2 cm-nél!

Felhasznált irodalom MI-10-455/2-1988 Belterületi vízrendezés. Csapadékvíz elvezető hálózat hidraulikai méretezése Markó Iván: Települések csatornázási és vízrendezési zsebkönyve. Műszaki Könyvkiadó Budapest 1989 Bozóky-Szeszich-Kovács-Illés: Vízellátás és csatornázás tervezési segédlet. Műegyetem Kiadó Budapest 1999. Pipelife: PVC csövek alkalmazási kézikönyve. www.pipelife.hu MI-10-127/2 Völgyes István: Épületgépészeti számítások példatár. Műszaki könyvkiadó, Budapest 1966. György István (szerk): Vízügyi létesítmények kézikönyve. Műszaki könyvkiadó 1974. Darabos Péter – Mészáros Pál: Közművek. Jegyzet. BME-VKKT, 2004. (kiadva pdf-ben) Kézdi-Markó: Földművek védelme és víztelenítése. Műszaki könyvkiadó, Budapest, 1964. 1. és 2. kötet ÚT 2-1.215:2004 Közutak víztelenítésének tervezése

Köszönöm a megtisztelő figyelmet!