Строительство и архитектура/7. водоснабжение и канализация

К.т.н. Гринкруг Н.В., магистр Костиков С.А.

ФГБОУ ВПО «КнАГТУ», г. Комсомольск-на-Амуре, Россия

Ливневая канализация с увеличенной пропускной способностью в кризисной ситуации

Для России и стран Центральной Европы (Чехия, Австрия, Швейцария, Германия) лето 2013 года выдалось чрезвычайно дождливым. Можно было наблюдать ситуацию, когда после получасового дождя, уровень воды на улицах составлял от 0,3 до 0,6 м. Среди российских городов, затопленных дождевой водой, были Москва, Курган, Пенза, Новосибирск, Барнаул, Якутия, Казань, Набережные Челны, Тольятти, Хабаровск и Владивосток (рис.1, рис. 2). В Центральной Европе от дождевых стоков наиболее пострадали такие города как Прага, Пассау, Розенхайм, Штайр, Мельбрун (рис. 3, рис. 4). В городах оказались затоплены проезжие части улиц, дворовые территории и подвалы домов. Было затруднено движение, как для автотранспорта, так и для пешеходов. Из-за подмывания земли происходили обрывы центральных тепловых и канализационных сетей, вследствие чего на улицах долгое время стояла зловонная биологическая масса, с едкими и неприятными запахами.

Рис. 1 Проезжая часть в городе Рис.2 Дворовая территория в городе

Курган после дождя Набережные Челны после дождя

Рис. 3 Парковая зона в городе Рис.4 Проезжая часть в городе Пассау

Мельбрун после дождя

Данная ситуация в городах обусловлена следующими причинами:

1) на территории России и Центральной Европы происходит смена климата, вследствие чего происходит выпадение дождевых осадков месячной нормы за 1 сутки,

2) отсутствие ливневых канализаций,

3) низкая пропускная способность у устаревших и изношенных ливневых канализаций,

4) неправильное проектирование уклонов улиц и проезжих частей.

В России и в странах Центральной Европы, на сегодняшний день, проблема ливневых канализаций является наиболее острой. Связано это с тем, что обеспеченность городов системами ливневых канализаций составляет в среднем от 30 до 50 %. Данная проблема коснулась и города Комсомольска-на-Амуре.

Город Комсомольск-на-Амуре расположен на левом берегу реки Амур. Климат города муссонный. Среднегодовое количество осадков достигает 700 мм. Среднегодовая температура воздуха равна -1,5 °C. Температура наиболее холодной пятидневки составляет -35 °C. Продолжительная суровая и малоснежная зима способствует промерзанию грунтов до 3-3,2 м [1].

В большом спальном районе города, на пересечении улиц Гамарника, Вокзальная и Химическая, располагается свободный от застройки земельный участок площадью около 120 тыс. м². На рассматриваемом земельном участке мы предлагаем выделить 10 тыс. м² под строительство спортивного комплекса общей площадью 2,5 тыс. м².

Из-за неправильного проектирования уклонов дороги и отсутствия систем ливневых канализаций на рассматриваемом пересечении улиц, существует угроза подтопления прилегающих территорий к проблемному участку. Для предотвращения угрозы подтопления, мы предлагаем запроектировать ливневую канализацию на участке, где будет расположен спортивный комплекс.

Расчет ливневой канализации производится по методическим указаниям СП 32.13330.2012 «Канализация. Наружные сети и сооружения»[2]. Для расчета ливневой канализации необходимы следующие данные: тип грунта, уровень грунтовых вод, глубина промерзания грунтов, среднее количество осадков, выпадающие в расчетной местности. Произведя теоретический расчет ливневой канализации, было определено, что средний годовой объем поверхностных сточных вод с территории спорткомплекса составляет, и составляет он 4712 м³.

Для определения диаметра трубы для ливневой канализации и ее уклона, была использована таблица Лукиных [3]. Расчет показал следующие данные при общем расходе дождевой воды :

- Отметка глубины заложения трубы: -3,2 м.;

- Диаметр трубы: d = 550 мм (Асбестоцементные трубы);

- Уклон трубы: i = 0,0018;

- Критическая скорость должна быть не менее 0,93 м/с.

На рисунке 35 показана план-схема ливневой канализации для спортивного комплекса. Для большей наглядности был разработан разрез 1-1 (рис. 6).

Вдоль крайней полосы проезжей части и подъездов к зданию, с нагорной

стороны озеленяемых участков устраивают фибробетонные водоотводные лотки размером 1000x640x460 и с гидравлическим сечением DN 500.

В пониженных местах возле зданий под водосточными трубами размещаются точечные водосборники – дождеприемники. Материал – пластик. Размеры: 433x433x391 мм.

Рис.5 План-схема ливневой канализации

Рис. 6 Разрез 1-1

Для снижения угрозы подтопления территории спортивного комплекса водой, которая будет двигаться с магистральных улиц Вокзальная и Гамарника во время выпадения обильных осадков, в систему ливневой канализации включены погружные электрические насосы. В кризисные ситуации, данные насосы будут создавать принудительный поток дождевой воды, что позволит увеличить пропускную способность канализации в несколько раз. Мы предлагаем разместить насосы в дождеприемниках, которые располагаются у забора. Такое размещение обусловлено тем, что рассматриваемые дождеприемники являются критическими точками системы ливневой канализации, так как туда поступают огромные потоки дождевых вод с автостоянки и проезжей части спорткомплекса. Для рассматриваемой системы ливневой канализации необходимо 4 погружных насоса с пропускной способностью не менее 50 л/с, которые будут монтироваться в специальных колодцах.

Для предотвращения такого неприятного фактора, как замерзание ливневой канализации рекомендуют использовать обогрев труб при помощи нагревательного кабеля под напряжением 220В. Обогрев осуществляется проложением кабеля снаружи трубы под слоем теплоизоляции (рис. 7).

Рис. 7 Система обогрева ливневой канализации

Данная система имеет следующие достоинства:

1) обогревательный кабель является саморегулирующейся системой;

2) проектирование и монтаж системы осуществляется быстро и легко, в виду отсутствия сложных конструктивных элементов.

Самый главный недостаток такой системы прогрева канализационных труб: высокие эксплуатационные затраты, особенно это касается городов Дальнего Востока, где стоимость 1 кВт электроэнергии в среднем составляет 3 руб. Так, на обогрев рассматриваемой ливневой канализации необходимо тратить в день от 60 000 руб. Стоит отметить, что прогрев трубы может занимать по времени более 2-3 дней, что в итоге выливается в серьезные денежные затраты.

В суровых климатических условиях Дальнего Востока, для борьбы с замерзанием канализации, мы предлагаем прокладывать трубы ниже глубины промерзания грунтов. В городе Комсомольске-на-Амуре глубина промерзания грунтов составляет 2,8 м., поэтому канализационные трубы будут уложены на отметке - 3,2 м. от уровня чистого пола 1 этажа спортивного комплекса. На такой глубине всегда будет сохраняться плюсовая температура, что позволит оставшейся воде в системе не замерзать и не создавать ледяные пробки. Трубы укладываются на песчаную подушку в специальном защитном кожухе, который так же будет выполнять функции утеплителя. Данный метод является наиболее трудоемким и затратным по сравнению с системой электрообогрева. Но в дальнейшей эксплуатации на предлагаемый нами вариант ливневой канализации необходимы затраты только на прочистку системы от засорения.

Необходимо отметить, что как ливневая канализация, так и канализационные коллекторы должны быть оборудованы гидравлическими задвижками на главных выпусках в открытые водоемы (река, море). Это необходимо для того, чтобы во время большого паводка или наводнения, вода не попала в центральные районы города через канализацию. Именно такая ситуация, осенью 2013 года, возникла в Хабаровске и Комсомольске-на-Амуре, когда оба города оказались в зоне паводка. Максимальный уровень воды в реке Амур на пик паводка составлял около 9м. В городские отдаленные спальные районы вода поступала через ливневую канализацию и канализационные коллекторы. Поступление воды в отдаленные городские районы продолжалось до тех пор, пока не были заделаны выпуски канализационных сетей. Но после того, как вода в реке пошла на убыль, в удаленных городских районах вода еще оставалась, так как канализационные системы были сильно засорены, а их главные выпуски были заделаны. Данную проблему можно было бы решить с помощью гидравлических задвижек на выпусках, которые должны автоматически закрываться при повышении уровня воды в реке. Как только происходит спад уровня воды в реке, задвижки открываются, и большая часть воды, которая оказалась в городских районах, будет беспрепятственно удаляться по ливневой канализации.

В ходе выполнения работы было установлено, что для предполагаемого участка строительства, самотечная ливневая канализация не обеспечит необходимую защиту от дождевой воды, особенно при выпадении месячной нормы в течение 1 суток. Решением данной проблемы стало установка погружных насосов в критических точках системы ливневой канализации. В ходе выполнения теоретических расчетов были определены необходимые диаметры канализационных труб и их уклоны. Авторами было проведено краткое сравнение двух распространенных методов борьбы с обмерзанием канализационных труб. В результате проведенного сравнения, был установлен наиболее экономически выгодный и целесообразный вариант с учетом климатических условий Дальнего Востока. Полученные данные должны рассматриваться к каждому городу в отдельности.

Список использованных источников:

1. Википедия [Электронный ресурс]: Комсомольск-на-Амуре: http://ru.wikipedia.org/wiki/Комсомольск-на-Амуре (дата обращения 14.12.2013)

2. СП 32.13330.2012 Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85 / Госстрой СССР. – М. : Минстрой СССР, 1986.

3. Лукиных А.А., Лукиных Н.А. Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле акад. Н.Н. Павловского / А.А. Лукиных, Н.А. Лукиных – М. : Москва, 1974.