Közműellátás 4.-6. gyakorlat

1. PTE PMMIK Környezetmérnöki Szak (BSC) Közműellátás4.-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

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-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….

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 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

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=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)

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 • 10-180 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 - 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%

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: • Ahol: • 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, • az aknák szintén műanyagból készülnek, • 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. – teltszelvényű vízhozam és szállítási sebesség meghatározása

42. Csővezetékek hidraulikai méretezése II. – tényleges teltségnél előálló vízhozam és szállítási sebesség meghatározása KG-PVC csövek Beton csövek

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-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

45. Köszönöm a megtisztelő figyelmet!