Közműellátás gyakorlat

Az előadások a következő témára: "Közműellátás gyakorlat"— Előadás másolata:

1 Közműellátás 4.-6. gyakorlat
PTE PMMIK Környezetmérnöki Szak (BSC) Közműellátás 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.

2 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]

3 Vízigény meghatározás módjai
Számítással (mérnöki becslés). Kapcsolódó ágazati szabvány: MSZ / 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….

4 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

5 Kommunális vízigény I. Lakossági vízigény: mértékadó lakosszám és a fajlagos vízfogyasztás szorzata Fajlagos vízfogyasztás hazánkban 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

6 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

7 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

8 Kommunális vízfogyasztás napon belüli alakulása

9 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

10 Kommunális szennyvízmennyiség I.
Fajlagos szennyvízmennyiség: qvíz (l/fő,nap): a településre jellemző átlagos fajlagos vízfogyasztás m: szennyvíz keletkezési ráta Falvak, családi házas övezetek: n= 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)

11 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

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

13 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

14 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

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

16 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.

17 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

18 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]

19 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!

20 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:

21 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 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%

22 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.

23 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]

24 Mértékadó csapadékintenzitás meghatározása III.

25 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..

26 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!

27 Lefolyási tényező értékek sík terepen

28 Lefolyási tényező korrekciója a terepesés függvényében

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

30 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):

31 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

32 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

33 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

34 Trapézszelvényű árkok vízszállító kapacitásának megh. IV.

35 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

36 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

37 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!

38 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

39 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

40 KG-PVC csővezetékek vízszállító kapacitásának megh.

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

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

43 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!

44 Felhasznált irodalom MI / 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. MI /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, (kiadva pdf-ben) Kézdi-Markó: Földművek védelme és víztelenítése. Műszaki könyvkiadó, Budapest, és 2. kötet ÚT :2004 Közutak víztelenítésének tervezése

45 Köszönöm a megtisztelő figyelmet!