Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения расходов дождевых сточных вод

Изобретение относится к способам оценки расходов дождевых сточных вод в эксплуатируемых системах поверхностного стока.

Известен способ расчета расходов дождевых сточных вод, описанный в СП 32.13330.2012 [1] и «Рекомендациях по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока…» [2] который состоит в том, что выполняют трассировку дождевой сети, разбивают дождевую сеть на n расчетных участков, разбивают территорию бассейна водоотведения на n площадей стока так, что бы каждому i-му участку дождевой сети соответствовала –ая площадь стока, i = 1, …, n; вычисляют площади стока ; для каждого расчетного участка выбирают средний коэффициент покрытия или средний коэффициент стока , определяемые соответственно как средневзвешенные величины в зависимости от значений коэффициентов покрытия для различного рода покрытий и как средневзвешенные значения Ψi для различных видов поверхностей водосбора, выбирают значение периода P однократного превышения расчетной интенсивности дождя, год, определяют по справочным данным параметры: q₂₀ - интенсивность дождя продолжительностью 20 мин при периоде Р однократного превышения расчетной интенсивности дождя Р = 1 год, л/с-га; n, Υ – безразмерные параметры, зависящие от географического положения местности; m_r - среднее количество дождей за год, зависящие от географического положения местности, определяют для расчетного участка в зависимости от времени протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения расчетный расход с единицы площади по зависимости n, Υ, m_r, ) или по зависимости n, Υ, m_r, ), где - расчетная продолжительность дождя, мин; , где - время поверхностной концентрации, мин; - время протекания дождевых стоков по уличным лоткам, мин; - время протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения, мин, рассчитывают для расчетного i-го участка дождевой сети расход дождевых вод по формуле в*, где β − коэффициент, учитывающий заполнение свободной ёмкости сети в момент возникновения напорного режима.

Недостатками этого способа является:

- узкая область применения, поскольку этот способ разработан для обоснования максимальных расчетных расходов при расчетном дожде и поэтому его невозможно применить на стадии эксплуатации при фактических дождях, отличающихся от расчетного;

- высокая трудоемкость расчетов, поскольку перечисленные этапы необходимо выполнять отдельно для каждого участка сети.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу служит метод определение расчетных расходов дождевой сети, изложенный в учебном пособии «Проектирование сетей водоотведения…» [3] и основанный на том, что оценку осуществляют методом расчета в одиннадцать этапов:

а) выполняют трассировку дождевой сети;

б) разбивают дождевую сеть на n расчетных участков;

в) разбивают территорию бассейна водоотведения на n площадей стока так, что бы каждому i-му участку дождевой сети соответствовала –ая площадь стока, i = 1, …, n;

г) вычисляют площади стока ;

д) выбирают средний коэффициент покрытия или средний коэффициент стока , определяемые соответственно как средневзвешенные величины в зависимости от значений коэффициентов покрытия для различного рода покрытий и как средневзвешенные значения Ψi для различных видов поверхностей водосбора;

е) выбирают значение периода P однократного превышения расчетной интенсивности дождя, год;

ж) определяют по справочным данным параметры: q₂₀ - интенсивность дождя продолжительностью 20 мин при периоде Р однократного превышения расчетной интенсивности дождя Р = 1 год, л/с-га; n, Υ – безразмерные параметры, зависящие от географического положения местности; m_r - среднее количество дождей за год, зависящие от географического положения местности;

з) определяют в зависимости от времени протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения удельный расход с единицы площади по зависимости n, Υ, m_r, ) или по зависимости n, Υ, m_r, ), где - расчетная продолжительность дождя, мин; , где - время поверхностной концентрации, мин; - время протекания дождевых стоков по уличным лоткам, мин; - время протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения, мин;

и) строят в зависимости от времени протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения график удельного расход n, Υ, m_r, ) или график удельного расход n, Υ, m_r, ) при постоянных значениях n, Υ, m_r, ;

к) определяют для любого i-го участка дождевой сети время протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения и определяют по одному из построенных графиков

л) рассчитывают для любого i-го участка дождевой сети расход дождевых вод по формуле в*, где β − коэффициент, учитывающий заполнение свободной ёмкости сети в момент возникновения напорного режима.

Для указанного способа характерна узкая область применения, поскольку этот способ разработан для обоснования на стадии проектирования максимальных расчетных расходов при расчетном дожде и поэтому его невозможно применить на стадии эксплуатации при фактических дождях, отличающихся от расчетного, поскольку коэффициент β, учитывающий заполнение свободной ёмкости сети в момент возникновения напорного режима для каждого участка является постоянной величиной. В то же время при фактическом расходе отличном от расчетного изменится и заполнение. Но известная методика этого не учитывает.

Задачей настоящего изобретения является расширение области применения известного способа.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе, основанном на том, что оценку осуществляют методом расчета в одиннадцать этапов:

а) выполняют трассировку дождевой сети;

б) разбивают дождевую сеть на n расчетных участков;

в) разбивают территорию бассейна водоотведения на n площадей стока так, что бы каждому i-му расчетному участку дождевой сети соответствовала -ая площадь стока, i = 1, …, n;

г) вычисляют площади стока ;

д) выбирают средний коэффициент покрытия или средний коэффициент стока , определяемые соответственно как средневзвешенные величины в зависимости от значений коэффициентов покрытия для различного рода покрытий и как средневзвешенные значения Ψi для различных видов поверхностей водосбора;

е) выбирают значение периода P однократного превышения расчетной интенсивности дождя, год;

ж) определяют расчетную интенсивность q₂₀ дождя продолжительностью 20 мин, л/с-га, и справочные параметры: n, Υ – безразмерные параметры, зависящие от географического положения местности; m_r - среднее количество дождей за год, зависящие от географического положения местности;

з) определяют в зависимости от времени протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения удельный расход с единицы площади по зависимости n, Υ, m_r, ) или по зависимости n, Υ, m_r, ), где - расчетная продолжительность дождя, мин; , где - время поверхностной концентрации, мин; - время протекания дождевых стоков по уличным лоткам, мин; - время протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения, мин;

и) строят в зависимости от времени протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения график удельного расход n, Υ, m_r, ) или график удельного расход n, Υ, m_r, ) при постоянных значениях n, Υ, m_r, ;

к) определяют для любого i-го участка дождевой сети справочный коэффициент β_i, учитывающий заполнение свободной ёмкости сети в момент возникновения напорного режима, время протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения и определяют по одному из построенных графиков

л) рассчитывают для любого i-го участка дождевой сети расход дождевых вод по формуле *, где – расчетный коэффициент, учитывающий заполнение свободной ёмкости i-го участка дождевой сети в момент возникновения напорного режима, в соответствии с настоящим изобретением дополнительно определяют максимальную фактическую q_20ф интенсивность дождя продолжительностью 20 мин в течение фактического или прогнозного дождя, в качестве расчетной интенсивности дождя q₂₀ принимают фактическую q_20ф интенсивность дождя, а расчетный коэффициент , учитывающий заполнение свободной ёмкости i-го участка дождевой сети в момент возникновения напорного режим определяют по функции =, значение которой при = равно или близко по значению β_i.

Имеется вариант развития, когда =.

Отличительными признаками заявляемого способа является:

1. Дополнительное определение максимальной фактической q_20ф интенсивности дождя продолжительностью 20 мин в течение фактического или прогнозного дождя;

2. Принятие в качестве интенсивности дождя q₂₀ фактической q_20ф интенсивности дождя;

3. Определение расчетного коэффициента , учитывающего заполнение свободной ёмкости сети в момент возникновения напорного режим по функции =, значение которой при = равно или близко по значению справочному коэффициенту β_i, учитывающему заполнение свободной ёмкости сети в момент возникновения напорного режима;

4. Определение по зависимости =.

По сведениям, имеющимся у авторов, все отличительные признаки не известны. Совместное их применение позволит расширить область применения известного способа, поскольку появляется возможность его применения на стадии эксплуатации при фактических или прогнозных дождях с интенсивностью q_20ф, отличающихся от расчетного q₂₀, а расчетный коэффициент , учитывающий заполнение свободной ёмкости сети в момент возникновения напорного режима, для каждого участка не является постоянной величиной (зависит от q_20ф).

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 представлен пример бассейна водоотведения, в котором выполнена трассировка дождевой сети, разбитой на n расчетных участков; на фиг. 2 в качестве примера приведен график изменения интенсивности I выпавшего дождя; на фиг. 3 - 11 представлены графики зависимостей удельных расходов с единицы площади от времени протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения для девяти разных дождей.

Осуществление изобретения.

Осуществление изобретения продемонстрировано (см. фиг. 1) на примере бассейна водоотведения 1, в котором выполнена трассировка дождевой сети 2, разбитой на n=163 расчетных участков. Настоящим изобретением не исключается в качестве одного расчетного участка принимать несколько соседних участков дождевой сети 2 с одинаковым расчетным расходом. Например, соседние участки 3 и 4 образуют один расчетный участок 5. Территорию бассейна водоотведения 1 разбивают на n площадей стока 6 так, что бы каждому i-му расчетному участку дождевой сети соответствовала -ая площадь стока, i = 1, …, n. Например, расчетному участку 5 соответствует площадь стока 7. На последующих этапах:

- вычисляют площади стока , га. Например, площадь стока 7 равна 0,7 га, а суммарная площадь стока, поверхностный сток от которого протекает через участок 8 равна 83,85 га;

- выбирают средний коэффициент покрытия или средний коэффициент стока , определяемые соответственно как средневзвешенные величины в зависимости от значений коэффициентов покрытия для различного рода покрытий и как средневзвешенные значения Ψi для различных видов поверхностей водосбора. В качестве примера принимают вариант со средним коэффициентом стока 0,46;

- выбирают значение периода P однократного превышения расчетной интенсивности дождя, например, с учетом особенностей этого участка в соответствии с нормами принимают P = 0,5 год;

- определяют максимальную фактическую q_20ф интенсивность дождя продолжительностью 20 мин в течение фактического или прогнозного дождя и принимают ее в качестве расчетной интенсивности дождя q₂₀, л/с-га. Имеются различные варианты определения этой величины. Один из них – по интенсивности дождя. В качестве примера такого определения на фиг. 2 позицией 9 приведен график изменения интенсивности I выпавшего дождя, мм/мин. При этом, позицией 10 отражены результаты интенсивности I20 этого дождя продолжительностью 20 мин, мм/20 мин. Из фиг. 2 видно, что максимальное значение I20= 3,152 мм/20 мин. Учитывая, что [3] q=166,7 I, где q измеряется в л/с-га, а I в мм/мин, получим, что q_20ф =166,7* I20/20=26,272 л/с-га;

- определяют справочные параметры: n, Υ – безразмерные параметры, зависящие от географического положения местности; m_r - среднее количество дождей за год, зависящие от географического положения местности. В соответствии с [1] требуемые параметры в качестве примера определены для Санкт-Петербурга, поскольку экспериментальный бассейн водоотведения, на котором проверена достоверность данного способа расположен в этом климатическом районе: n=0,48, Υ=1,33, m_r=120;

- определяют в зависимости от времени протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения удельный расход с единицы площади по зависимости n, Υ, m_r, ) или по зависимости n, г, m_r, ), где - расчетная продолжительность дождя, мин; , где - время поверхностной концентрации, мин; - время протекания дождевых стоков по уличным лоткам, мин; - время протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения, мин. В качестве примера удельный расход с единицы площади определяем по зависимости n, Υ, m_r, ), которая в соответствии с [1] имеет вид

,

где

A=

- строят в зависимости от времени протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения график удельного расход n, Υ, m_r, ) при постоянных значениях n, Υ, m_r, . Для этого задаются в интервале от 0 до 40 минут. Тогда при получаем график зависимости от , представленный на фиг. 3;

- определяют для любого i-го участка дождевой сети справочный коэффициент β_i, учитывающий заполнение свободной ёмкости сети в момент возникновения напорного режима. В качестве примера рассмотрим участок 8, указанный на фиг.1. Для него в соответствии с нормативной литературой [1] β_i=0,6;

- определяют для любого i-го участка дождевой сети время протекания дождевых стоков по трубам до рассчитываемого сечения и определяют по построенному графику В качестве примера рассмотрим участок 8, указанный на фиг.1. Для него время протекания дождевых стоков по трубам равно 30,2 мин. По графику, представленному на фиг. 3 =7,02 л/с-га;

- рассчитывают для любого i-го участка дождевой сети расход дождевых вод по формуле *, где − расчетный коэффициент, учитывающий заполнение свободной ёмкости сети в момент возникновения напорного режима, значение которого при = равно или близко по значению справочному коэффициенту β_i. В качестве примера рассмотрим участок 8, указанный на фиг.1. Для него площади стока = 83,85 га. Тогда = = 412,436 л/с=1484,772 м³/ч.

Для достоверности заявляемого способа на рассматриваемом участке 8 устанавливался расходомер, а для фиксации интенсивности I выпавшего дождя – дождемер. Для данного экспериментального участка, расположенного в Санкт-Петербурге, расчетная интенсивность q₂₀ дождя продолжительностью 20 мин q₂₀=60 л/с-га, а справочный коэффициент β_i =0,6. В результате зафиксированы следующие данные в периоды девяти дождей, для каждого из которых строились графики зависимости от :

- первый дождь (рассмотренный в примере) - I20= 3,152 мм/20 мин, =1484,772 м³/ч, измеренное значение =1510,51 м³/ч. График зависимости от представлен на фиг. 3;

- второй дождь - I20= 7,945 мм/20 мин, =3144,398 м³/ч, измеренное значение =3522,78 м³/ч. График зависимости от представлен на фиг. 4;

- третий дождь - I20= 1,859 мм/20 мин, =967,890 м³/ч, измеренное значение =935,23 м³/ч. График зависимости от представлен на фиг. 5;

- четвертый дождь - I20= 2,32 мм/20 мин, = 5,15 л/с-га, =1157,856 м³/ч, измеренное значение =1020,00 м³/ч. График зависимости от представлен на фиг. 6;

- пятый дождь - I20= 0,7 мм/20 мин, = 1,56 л/с-га, =437,902 м³/ч, измеренное значение =427,00 м³/ч. График зависимости от представлен на фиг. 7;

- шестой дождь - I20= 0,5 мм/20 мин, = 1,11 л/с-га, =333,515 м³/ч, измеренное значение =370,00 м³/ч. График зависимости от представлен на фиг. 8;

- седьмой дождь - I20= 10,46 мм/20 мин, = 23,29 л/с-га, =3927,275 м³/ч, измеренное значение =3736,00 м³/ч. График зависимости от представлен на фиг. 9;

- восьмой дождь - I20= 11,32 мм/20 мин, = 25,208 л/с-га, =4187,170 м³/ч, измеренное значение =4238,00 м³/ч. График зависимости от представлен на фиг. 10;

- девятый дождь - I20= 7,68 мм/20 мин, = 17,102 л/с-га, =3056,885 м³/ч, измеренное значение =2961,00 м³/ч. График зависимости от представлен на фиг. 11.

При этом, когда =, то при = = 60 л/с-га =, т.е. близко по значению со справочным коэффициентом β_i =0,6.

Таким образом, среднеквадратическое отклонение между расчетным и фактическим значениями расходов составило 6,59%. Поэтому заявляемое изобретение промышленно применимо.

1. СП 32.13330.2012 Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85; М.: Минрегион России, 2012;

2. Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты. Дополнение к СП 32.13330.2012 «Канализация. Наружные сети и сооружения» (актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85). – М., ОАО «НИИ ВОДГЕО», 2014. 89 с;

3. Проектирование сетей водоотведения: учеб. пособие / М. И. Алексеев, В. П. Верхотуров, С. Ю. Игнатчик, О. М. Ильина; СПбГАСУ. – СПб., 2010. – 108 с.