Водохозяйственное и гидротехническое строительство (на обсуждение с автором)

Проведенный анализ показал, что на территории г. Санкт-Петербурга активно внедряются ресурсосберегающие технологии, как на уровне крупных объектов, так и в частном порядке. При строительстве крупных производственных объектов используются оборотные системы водоснабжения, маловодные технологии, развиваемся так же законодательная база, расширяющая сферу защиты водных объектов и качества водных ресурсов.
Исследование фактического состояния системы водоотведения города показало наличия большого количества слабых мест, участков с высоким износом элементов водоотводящей сети, необходимости увеличения пропускной способности и реконструкции, а в некоторых случаях и даже нового строительства очистных сооружений и водоотводящих коллекторов. В виду ужесточения водоохранного законодательства необходимо ...

ВВЕДЕНИЕ 3
1 Анализ методов рационального использования водных ресурсов 4
1.1 Региональные аспекты экономии водных ресурсов 4
1.2 Технические методы рационального использования вод 11
1.3 Фактическое состояние системы водоотведения 13
2 Анализ существующих методов расчета и проектирования систем водоотведения 19
2.1 Основные требования к системам водоотведения ливневых стоков 19
2.2 Анализ систем водоотведения ливневых стоков 25
2.3 Методики расчета расходов ливневых вод 32
2.4 Методики расчета водоотводящих сетей 37
3 Апробация инновационных методов использования водных ресурсов в условиях кампуса СПбПУ 39
3.1 Характеристика климатических условий 39
3.2 Выбор и обоснование материалов трубопроводов 49
3.3 Расчет сетей водоотведения ливневых стоков 53
3.4 Разработка системы водоучета 57
4 Анализ технико-экономической эффективности 63
4.1 Экологическое обоснование 63
4.2 Экономическая эффективность проектных решений 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
Список использованной литературы 69

ВВЕДЕНИЕ 3
1 Анализ методов рационального использования водных ресурсов 4
1.1 Региональные аспекты экономии водных ресурсов 4
1.2 Технические методы рационального использования вод 11
1.3 Фактическое состояние системы водоотведения 13
2 Анализ существующих методов расчета и проектирования систем водоотведения 19
2.1 Основные требования к системам водоотведения ливневых стоков 19
2.2 Анализ систем водоотведения ливневых стоков 25
2.3 Методики расчета расходов ливневых вод 32
2.4 Методики расчета водоотводящих сетей 37
3 Апробация инновационных методов использования водных ресурсов в условиях кампуса СПбПУ 39
3.1 Характеристика климатических условий 39
3.2 Выбор и обоснование материалов трубопроводов 49
3.3 Расчет сетей водоотведения ливневых стоков 53
3.4 Разработка системы водоучета 57
4 А нализ технико-экономической эффективности 63
4.1 Экологическое обоснование 63
4.2 Экономическая эффективность проектных решений 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
Список использованной литературы 69

Немаловажное значение имеют устройства и сооружения для сбора дождевой воды с различных поверхностей. так с кровель зданий сбор атмосферных осадков осуществляется стандартной системы при этом водосточная труба заканчивается дождеприемника, представленному на рисунке 2.3.Общий вид решетки и схема установки представлена на рисунке.Рисунок 2.3 –ДождеприемникТерритория кампуса, представляет собой площадь водосбора с твердой поверхностью, оборудованной разветвленной сетью водоотводных лотков для отвода воды стекающих под естественным уклоном по поверхности дорожного покрытия в общий коллектор поверхностного стока. Общий вид и схема установки водоотводных лотков представлена на рисунке 2.4.Рисунок 2.4 – Водоотводной лотокУчебные корпуса характеризуются высоким количеством проходимости людей допускает обустройство входных решеток, устанавливаемых перед входом в здание которые предназначены для сбора излишней влаги и и взвешенных веществ песка и грязи , проходимых через решетку и ожидаемых в поддон. устанавливаемые под решеткой оборудован техническим отверстиям который соединен с отводным коллектором с последующим соединением общей системы водоотвода поверхностного стока. Общий вид решетки с удерживающим лотком и схема установки его на метсность представлена на рисунке 2.5. Рисунок – Решетка с поддоном перед входом в здание со схемой установкиУспешное использование дождевой воды проходит, например, в десяти общественных учреждениях в Гамбурге, Франкфуртском аэропорту и радиостанции Гессен, на UFA предприятии кино - и TV - продукции в Берлине, в садоводческом хозяйстве города Вейл и на мойке автомашин в Юберлингене. Типичными рамочными условиями являются наличие больших площадей на крышах и регулярный расход воды по возможности в течение всего года, что открывает особенно в промышленной сфере потенциал хозяйственного применения (например, торговые центры, спортивные сооружения, автопарки). Город Бонн (310.000 жителей) в начале 1996 года изменил свое постановление об оплате за пользование коммунальной канализацией (Устав по канализации), чтобы путем снижения оплаты способствовать использованию дождевой воды, просачиванию дождевой воды, сбору ливневых стоков и озеленению крыш. В Бонне складывается плата за право спуска сточных вод из платы за отвод воды осадков и оплаты за спуск грязной воды ("расчлененная" шкала оплаты). Владельцы домов могут сэкономить до 50 % платы за отвод воды осадков, если они укрепляют подъезды к гаражам и дорожки по газону водонепроницаемым покрытием, сокращают сток ливневых вод, озеленяя крышу, сооружают устройства для сбора просачивающейся воды (мульды, водоотводные канавы, пруд) или строят установки по использованию дождевой воды. Подобные программы применяются в многочисленных других муниципалитетах, например, в рамках совместного исследовательского проекта Федерального министерства образования, науки, исследований и технологий [36]. Город Франкфурт на Майне (654.000 жителей) в 1992 году поставил целью сократить существующую зависимость от централизованного водоснабжения путем рационального использования воды в частных хозяйствах, общественных учреждениях и в области промышленности. По сравнению с потреблением питьевой воды 1991/92 года расход должен сократиться до 2000г. за счет широкой кампании по экономии воды на 20 % (изменения отношения потребителей, оснащение оборудованием и арматурой, экономящих воду, контракты на экономию воды и др.). C помощью программы поддержки развивается использование дождевой воды для смыва в туалетах, для стирки белья и для полива сада в хозяйствах (как в домах на одну, так и несколько семей). 2.3 Методики расчета расходов ливневых водРасчет дождевых канализационных сетей основан на методе предельных интенсивностей, который формулируется следующим образом.Расход дождевых вод в рассматриваемом сечении будет иметь максимальное значение в том случае, когда продолжительность расчетного дождя равна времени протока сточных вод от наиболее удаленной точки площади стока до рассчитываемого сечения.Первоначально все площади микрорайонов в избранном бассейне стока разбиваются на площади, тяготеющие к отдельным участкам коллектора. Результаты вычислений всех площадей стока (в га) заносятся в ведомости при этом необходимо учитывать, что площади стока для расчета дождевой сети канализации включают в себя и прилегающие к коллекторам площади уличных магистралей. Таким образом, площади стока поверхностных вод обычно превышают сходные площади стока производственно-бытовых вод. В зависимости от географического положения объекта канализования по картам и таблицам, приведенным в нормах [1], принимаются основные расчетные параметры:q20 — интенсивность дождя продолжительностью 20 мин при периоде однократного превышения Р=1 год, л/с-га; принимается по [1, рис. 1], для Ленинградской области 60 л/с-га;п — параметр, зависящий от географического положения местности, принимаемый по [1, табл. 4], 0,59; mr — среднее количество дождей за год, принимается по [1, табл. 4], 150;— показатель степени, зависящий от географического положения местности, принимается по [1, табл. 4], 1,54. Для принятой территории расчетная интенсивность дождя определяется по формулегде Р — период однократного превышения расчетной интенсивности дождя, принят 0,5 года.tr — расчетная продолжительность дождя, мин, определяемая по зависимостигде tcon — время поверхностной концентрации, принимаемое равным продолжительности протекания дождевых вод до уличного лотка или, при наличии дождеприемников в пределах квартала, – до уличного коллектора (определяется в соответствии с п. 2.16); tcan — время протекания (мин) дождевых стоков по уличным лоткам длиной l со скоростью vcan (м/с), tp — время протекания (мин) дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения,где lp — длина расчетных участков коллектора, м; vp — расчетная скорость течения на участке, м/с. При использовании зависимости методики особое внимание следует уделять выбору периода однократного превышения расчетной интенсивности дождя Р (определение Р производится при помощи табл. 5 [1]), поскольку его величина существенно влияет на значение расчетной интенсивности дождя, а соответственно и на значения расчетных расходов дождевых сточных вод.Для определения расходов дождевых стоков, поступающих в канализационную сеть, следует учитывать, что не все количество выпавшей воды попадает в сеть. Часть ее испаряется, часть проникает в почву. Исходя из этого для определения' расчетного расхода дождевых вод вводится коэффициент стока , меньше единицыгде Zmid — коэффициент, зависящий от рода поверхностных покровов, определяется по [1, п. 2.17, табл. 9, 10].Кроме того, необходимо учитывать постепенное заполнение свободной емкости канализационной сети в момент транспортирования максимальных расходов дождевых вод, что может быть достигнуто введением в расчетную зависимость дополнительного коэффициента , определяемого по табл. 11 [1].Таким образом, для определения расчетного расхода дождевых вод с площади F, транспортируемых канализационным коллектором, может быть рекомендована зависимостьСредние значения коэффициентов покрова Zmid определяются по зависимостигде аi — площади покрытий различного рода, % от общей площади расчетного бассейна стока; zi — значение коэффициентов покрова для различного рода покрытий в соответствии с табл. 9 [1].В тех случаях, когда площадь стока коллектора составляет 500 га и более, следует вводить поправочный коэффициент К (табл. 8 [1]), учитывающий неравномерность выпадения дождя по площади.Обычно в формуле для определения расчетного расхода дождевых вод величины Zmld, A, n являются постоянными для всего расчетного бассейна канализования. Для различных расчетных участков дождевой сети изменяются три величины: площадь стока F, продолжительность движения дождевых вод по коллектору до расчетного сечения tr и величина . Поэтому при гидравлическом расчете дождевой сети в практике проектирования применяется способ, значительно упрощающий трудоемкие вычисления расчетных расходов. Суть способа такова. В зависимости от величины Zmld, A, n и суммы tcan + tcon определяют расход с единицы площади в зависимости от tp при  = 1.Для этого задаются 8–10 значениями tp в пределах от 0 до 45 мин. По найденным значениям qуд строят график удельного стока, подобный изображенному на рис. 2.1.tr,мин0510152025303540qуд53,0634,8127,2122,8419,9417,8516,2514,9913,95Рис. 2.1. График удельного стокаВ дальнейших расчетах, зная для любого участка дождевой сети tp (время протока), определяют по графику удельный сток (qуд и при известных значениях F и  рассчитывают величину qcal:Для уточнения справочных данных В. Г. Иванов и А. А. Калачко из Петербургского университета путей сообщения разработали математическую модель для получения точных значений интенсивности малых дождей на территории РФ, которые ранее не были в достаточной мере учтены в принимаемых нормах. Исследования включали анализ и обработку данных метеостанций, полученных для 70 городов европейской территории РФ и представлены в виде пяти возможных линий тренда, максимально точно описывающих интенсивность малых и средних дождей. Также учеными были построены уточняющие изолинии, имеющие более точное разрешение в сравнении с имеющимися с советских времен данных, которые позволят проводить более точные расчеты ливневых водоотводящих сетей, что непосредственно влияет на проектных решения при разработки систем водоочистки и реализации комплекса мер в рамках рационального использования водных ресурсов.2.4 Методики расчета водоотводящих сетейПроектирование водопропускных труб включает в себя следующие этапы: 1) установление исходных данных для определения расхода воды; 2) определение расхода воды весеннего половодья и ливневых паводков, расчетного расхода; 3) подбор наиболее экономичного отверстия типовой трубы; 4) определение минимальной высоты насыпи у трубы, длины трубы при фактической высоте насыпи (рабочей отметке на продольном профиле). Исходными данными для гидравлического расчета труб являются: вероятность превышения, площадь водосбора, длина главного лога, уклон главного лога, уклон лога у сооружения. Расчетный расход дождевых вод с водосборной площади определяем по формуле:где интенсивность дождя в л/с с1 га продолжительностью 20 мин. который повторяется один раз в год. водосборная площадь здания;Расчетный расход дождевых вод на одну воронку составит ;Расчетный расход дождевых вод у основания стоякаДля проверки системы на пропуск максимального (критического) расхода воды, который не должен вызывать повышения уровня воды на крыше над воронкой т.е. должно выполняться условие Критический расход определяем по формуле: , Где Н- напор, равный разности отметок кровли у воронки и выпуска, м;S0- полное сопротивление системы в л/сS0=Aξ ,где Н=21.14 мА- удельное сопротивление трения А=0,000363Lп – полная длина трубопроводаАм - удельное местное сопротивление Ам=0,00083Σξ-сумма коэффициентов местных сопротивлений.Расчет подземных трубопроводов осуществляется по стандартным методикам гидравлического расчета трубопроводов.3 Апробация инновационных методов использования водных ресурсов в условиях кампуса СПбПУ3.1 Характеристика климатических условийТерритория Санкт-Петербурга относится к атлантико-континентальной климатической области умеренного пояса.Климат Санкт-Петербурга характеризуется как умеренно-холодный, влажный, переходный от морского к континентальному. Расположение в северных широтах обуславливает сравнительно небольшое поступление солнечной энергии - сумма среднегодовой суммарной радиации составляет 3070 МДж/м2, из них 1560 МДж/м2 приходится на прямую радиацию. Среднегодовая температура воздуха 4,4°С, абсолютная годовая амплитуда температуры воздуха 72°С. Самый холодный месяц - январь или февраль. Самый теплый - июль. Средняя годовая температура понижается с запада на северо-восток от +4,5 до +2°С. Относительная влажность воздуха всегда высокая - от 60 процентов летом до 85 процентов зимой, среднегодовая относительная влажность воздуха 79%.Для района расположения города характерна большая повторяемость воздушных масс атлантического происхождения, что и определяет морские черты климата города. В холодное полугодие циклонические процессы усиливаются, а в тёплое, как правило, несколько ослабевают. Довольно часто на территорию вторгаются массы континентального воздуха с востока и юга. Зимой он приносит очень холодную погоду, а летом - жару и зной. Активная циклоническая деятельность и частая смена воздушных масс определяют неустойчивый режим погоды во все сезоны. При этом в течение всего года преобладает пасмурная погода, среднегодовая повторяемость ясного неба не превышает 21% и только в летние месяцы увеличивается до 30 %. По результатам анализа ветрового режима преобладающим является ветер западного и юго-западного румбов. Климатическая характеристика по сезонам в г. Санкт-Петербург:Весна затяжная, с частыми возвратами холодов. Из средней многолетней суммы осадков за март-май (127 мм) 55 мм выпадает в виде снега и смешанных осадков. Количество осадков в весенний сезон по сравнению с зимними месяцами уменьшается в 2-3 раза.Наибольшая суточная температура воздуха в этот период года, при 6 -8°С в среднем, в отдельные дни может достигать 20°С. Среднемесячные значения температуры воздуха возрастают от -3,9°С в марте до 9,8°С в мае. Относительная влажность воздуха снижается с 78% в марте до 65% в мае (наименьшая среднемесячная влажность воздуха за год).Наступление весны сопровождается улучшением погоды, уменьшением повторяемости заморозков на почве, значительным повышением температуры почвы и воздуха, уменьшением количества облачности. Число ясных дней увеличивается, а число пасмурных - уменьшается. В конце марта происходит устойчивый переход среднесуточной температуры воздуха через ноль градусов, в середине апреля через пять градусов, а в начале мая через 10°С. Весной наблюдаются большие колебания всех метеорологических элементов. Среднемесячное значение скорости ветра находится в пределах 2,5-2,7 м/с, преобладающее направление ветра западное - 17,7% (по восьми румбам).Лето умеренно теплое и длится обычно от начала июня до конца первой декады сентября. Режим увлажнения, как и в другие сезоны, определяется характером атмосферной циркуляции. Западные потоки приносят обычно в этот район влажные воздушные массы с температурой близкой к норме. Жаркая сухая погода с температурой до 26-30°С связана с приходом прогретых континентальных воздушных масс с юго-востока. Холодная погода температурой 5-10°С в летний сезон отмечается обычно при перемещении через район циклонов с северо-запада.Средняя температура воздуха наиболее теплого месяца (июль) 17,8°С, относительная влажность 72%. Период со среднесуточной температурой воздуха выше 15°С длится в среднем 70 дней. Среднесуточная амплитуда температуры воздуха наиболее теплого месяца составляет 8,2°С. Абсолютный максимум температуры воздуха за многолетний период +34°С.Осадков летом выпадает больше, чем в другие сезоны - 228 мм за июнь - август. Средняя продолжительность осадков за эти месяцы - 170 часов, в основном они носят характер ливневых. Суточный максимум осадков 76 мм.Скорость ветра летом наименьшая в году - среднемесячные значения находятся в пределах 2,2-2,6 м/с, преобладающее направление – западное (22,6%).Осень затяжная, наступает около середины сентября с началом заморозков на почве, понижение температуры воздуха и повышение влажности, увеличение нижней облачности.Среднемесячная температура воздуха с 10,9°С в сентябре понижается до минус 0,3°С ноябре. В конце второй декады сентября происходит устойчивый переход средней суточной температуры воздуха через 10°С, в середине октября через пять градусов, а к середине ноября через ноль градусов. Соответственно среднемесячные значения относительной влажности воздуха повышаются с 81% до 87%.Осадки часто принимают обложной характер. Средняя продолжительность осадков за сентябрь-ноябрь достигает 390 часов. Средняя сумма осадков за осень составляет 201мм, из них 63 мм в виде твердых и смешанных.Среднемесячные значения скорости ветра повышаются с 2,4 м/с в сентябре до 3,1 м/с в ноябре, преобладающее направление - южное (19,3%) и юго-западное (18,7%).Зима мягкая. Частые вторжения циклонов с относительно теплым и влажным воздухом с Атлантики обуславливает частые оттепели, особенно в первой половине зимы. В это время года преобладает пасмурная, ветреная, с частыми осадками погода. В декабре ясных дней бывает в среднем не более двух за месяц. Начиная с января, чаще наблюдаются вторжения арктического воздуха, более холодного, но менее влажного. Оттепели, особенно частые в декабре (в среднем до 12 дней), в январе и феврале отмечаются реже (7-8 дней). Средняя температура воздуха наиболее холодного месяца (январь) минус 6,9°С, относительная влажность воздуха - 86%. Среднесуточная амплитуда температуры воздуха наиболее холодного месяца 5,6°С. Абсолютный минимум температуры воздуха составляет минус 36 °С.Средняя дата появления снежного покрова - 31 октября, ранняя - 3 октября, поздняя - 27 ноября. Разрушение устойчивого снежного покрова происходит в марте - апреле, средняя дата - 30 марта, поздняя - 22 апреля, средняя дата схода снежного покрова - 16 апреля, ранняя - 25 марта, поздняя -9 мая. Максимальная наблюденная высота снежного покрова (место установки снегомерной рейки открытое) 64 см. Сведения о высоте снежного покрова по месяцам приведены в таблице 3.Метели наблюдаются чаще в январе-феврале, в среднем от четырех дней в каждый из этих месяцев, до 18-ти - в отдельные годы. Средняя продолжительность метели в день - 4,9 часа.Среднемесячные значения скорости ветра находятся в пределах 2,8-3,2 м/с, преобладающее направление ветра за декабрь - февраль южное (19,0%), юго-западное (17,3%) и западное (18,7%).Оттепели, в целом, являются одной из характерных особенностей холодного периода года в г. Санкт-Петербург. Среднее число дней с оттепелями от 7-12 в зимние месяцы в ноябре и марте увеличивается до 15-20 дней за счет частого чередования периодов с положительными температурами и непродолжительными морозами.Среднемесячные значения скорости ветра находятся в пределах 2,8-3,2 м/с, преобладающее направление ветра за декабрь - февраль южное (19,0%), юго-западное (17,3%) и западное (18,7%).В год в среднем выпадает 710 мм атмосферных осадков. Наибольшее количество осадков - 825 мм в год, наименьшее - 417 мм (1920). На долю жидких осадков приходится 65% (бывают и зимой), твердых - 19%, смешанных - 16%. В последние годы наметилась тенденция к уменьшению кол-ва осадков на 70-100 мм в год (в основном за счет летних и осенних месяцев). Таблица 3.1 Среднемесячное и годовое количество осадков, ммМесяцГодIIIIIIIVVVIVIIVIIIIXXXIXII534043404465857868706361710Таблица 3.2 Повторяемость направлений ветра, %МесяцРумбШтиль ССВВЮВЮЮЗЗСЗI691015191816715II6781617172369III79111418171857IV13121111121617810V1717118101318611VI131285101825914VII1112117131621918VIII1011981319221017IX98991718181213X96910181617148XI6471423221594XII56101521171796Год 109910151919910Таблица 3.3 Средняя высота снежного покрова на конец месяца и наибольшая, смМесяцНаибольшая за зимуXIXIIIIIIIIсредняямаксимальная5111928163364Положение Санкт-Петербурга в высоких широтах обусловливает большую изменчивость в течение всего года высоты солнца. Продолжительность дня меняется от 5 час 51 мин 22 декабря до 18 час 50 мин 22 июня. С конца мая до первой декады июля наблюдаются белые ночи. Значение суммарной амплитуды прямой солнечной радиации, попадаемой на горизонтальную поверхность при ясном небе составляет 25–686 МДж/м2 для декабря и июня соответственно, среднегодовая суммарная солнечная радиации составляет 3156 МДж/м2. Снижение суммарной солнечной радиации может быть вызвано облачностью, которая достигает 21 % за год или 60 % для показателя прямой солнечной радиации.