Một trong những yêu cầu quan trọng nhất là đảm bảo khả năng thoát nước của hệ thống thoát nước thải tới cuối giai đoạn tính toán.. Thông số này thường được xác định căn cứ trên quy hoạch
Trang 1Một trong những yêu cầu quan trọng nhất là đảm bảo khả năng thoát nước của hệ thống thoát nước thải tới cuối giai đoạn tính toán Như vậy, để xác định lưu lượng tính toán cần có các số liệu hiện trạng và quy hoạch về dân số và các dữ liệu chi tiết về các khu đô thị, khu thương mại dịch vụ, xí nghiệp công nghiệp
9.3.2 Tổng lưu lượng nước thải
Tổng lượng nước thải xét về lưu lượng (không xét tới thành phần) có thể phân chia như sau:
- Nước thải sinh hoạt (khu nhà ở, khu thương mại dịch vụ, bệnh viện, trường học, cơ quan, ) Tại các khu vực này, diễn biến lưu lượng nước thải là có quy luật chung và không có các thay đổi bất thường
- Nước thải công nghiệp là nước thải từ các khu vực nhà máy, xí nghiệp Lưu lượng nước thải công nghiệp tuỳ thuộc vào thiết kế của nhà máy và tình hình sản xuất Các khu vực này đôi khi có các thay đổi bất thường trong lưu lượng nước thải
Tổng lượng nước thải tại khu vực được tính toán theo công thức sau:
Wt = n0 M + WKh (9 - 13) trong đó:
Wt: tổng lượng nước thải ngày tại khu vực, m3;
M: số dân trong khu vực tính toán, người Thông số này thường được xác
định căn cứ trên quy hoạch phát triển đô thị, hoặc căn cứ theo mật độ dân số quy hoạch;
no: tiêu chuẩn thải nước ngày đêm Tiêu chuẩn thải nước là lượng nước thải tạo ra do một người sử dụng hệ thống thoát nước hoặc tạo ra trên một đơn vị sản phẩm sản xuất ra của xí nghiệp công nghiệp Tiêu chuẩn thải nước trong nhiều trường hợp có thể lấy bằng tiêu chuẩn cấp nước;
WKh: tổng lượng nước thải phát sinh từ các khu vực khác ngoài khu dân cư,
m3 ; ví dụ như cơ sở sản xuất, thương mại, dịch vụ, trường học, bệnh viện, Trong nhiều trường hợp WKh cũng được tính tương tự như Wt, tức là căn cứ trên tiêu chuẩn thải nước đối với từng sản phẩm, giường bệnh, học sinh, hoặc m2 mặt bằng
Lưu lượng nước thải trung bình ngày được tính từ tổng lượng nước thải như sau:
400 86
t tb
W
trong đó:
Qtb: lưu lượng nước thải trung bình ngày, m3/s;
Tuy nhiên lượng nước thải chảy vào mạng lưới thoát nước thường không điều hoà theo giờ trong ngày (cực đại là buổi sáng và buổi chiều tối), không điều hòa theo các ngày trong tuần
Để xác định lưu lượng tính toán đối với nước thải, thông thường sử dụng các
hệ số không điều hòa ngày đêm (K ngđ ), không điều hòa theo giờ (K h ) và hệ số
không điều hòa chung (K ) là tích của hai hệ số trên:
Trang 2h TB
h h
ng đ ch
Q
Q K
K K
.
max
trong đó:
Q max.h : lưu lượng giờ lớn nhất trong ngày thải nước lớn nhất;
Q TB h : lưu lượng giờ trung bình trong ngày thải nước trung bình
Tương tự như vậy, hệ số không điều hòa chung đối với lưu lượng nhỏ nhất cũng được tính toán như đối với lưu lượng lớn nhất Hệ số không điều hòa chung
đối với nước thải sinh hoạt (khu dân cư) tùy thuộc lưu lượng nước thải trung bình lấy như ở bảng 9 - 5 dưới đây
Bảng 9 - 5
Bảng giá trị của hệ số không điều hòa chung
Lưu lượng trung bình,
100
0
>500
0
Kch
max 2,5 2,1 1,9 1,7 1,6 1,55 1,5 1,47 1,44 min 0,38 0,45 0,5 0,55 0,59 0,62 0,66 0,69 0,71 Trong trường hợp khu vực tính toán không chỉ là khu dân cư, mà có nhiều mục đích sử dụng khác, lưu lượng tính toán của các khu vực ngoài khu dân cư cần phải xem xét, phân tích và áp dụng các phương pháp tính toán thích hợp, ví dụ như căn cứ theo tiêu chuẩn cấp nước Đối với các nhà máy, khu công nghiệp có sử dụng nhiều nước trong quy trình sản xuất, cần căn cứ theo biểu đồ nhu cầu nước theo yêu cầu công nghệ
Đ 9 4 Đặc điểm chuyển động của nước thải đô thị
Mạng lưới thoát nước thải sinh hoạt thường được tính toán với một phần độ
đầy cống Điều này cho phép:
- Tạo điều kiện tốt để vận chuyển các chất bẩn lơ lửng không tan
- Đảm bảo thông hơi để loại các chất khí độc hại tách ra từ nước thải
- Tạo một phần tiết diện dự phòng để vận chuyển lưu lượng vượt quá giá trị tính toán
Độ đầy cống được đặc trưng bởi tỷ lệ giữa chiều cao lớp nước H và đường kính d hay chiều cao toàn phần của cống (H/d)
Để tính toán thủy lực mạng lưới thoát nước người ta dùng công thức dòng chảy ổn định và đều:
Ri C
g
v R
i
2
4
2
trong đó:
Trang 3Q: lưu lượng nước thải, m3/s;
: diện tích mặt cắt ướt, m2;
C: hệ số Sêdi;
v: tốc độ trung bình của dòng chảy, m/s;
i: độ dốc thủy lực bằng độ dốc lòng ống cống khi chuyển động đều;
R: bán kính thủy lực, m; R = /;
: chu vi ướt, m;
g: gia tốc rơi tự do, 9,81m/s2
9.4.1 Tiết diện cống và đặc tính thủy lực
Các loại tiết diện cống thoát nước thường dùng là cống tròn, cống vòm, cống hộp vuông, cống hộp chữ nhật, kênh hình thang, rãnh hình chữ nhật Kết cấu có thể
là bê tông cốt thép, vòm gạch, đá hộc xây … yêu cầu chung nhất là:
- Bảo đảm thoát nước tốt, không gây lắng đọng;
- Đủ sức chịu tải trọng tĩnh và động;
- Giá thành hạ;
- Tránh dùng nhiều loại cống khác nhau
Trên thực tế, đối với đô thị tiết diện cống hay sử dụng nhất là cống tròn do
có các ưu điểm về giá thành, khả năng sản xuất đồng loạt và tính dễ lắp ghép Thông thường khi thiết kế mạng lưới thoát nước đô thị, các loại tiết diện cống chủ yếu được cân nhắc là:
- Cống tròn bê tông cốt thép đối với hệ thống thoát nước thải (nước bẩn);
- Cống tròn bê tông cốt thép đối với hệ thống thoát nước mưa, đường kính lớn nhất là 2,0m;
- Cống hộp bê tông cốt thép (đổ tại chỗ hoặc lắp ghép) tiết diện hình vuông hoặc hình chữ nhật, kích thước nhỏ nhất nên lớn hơn 1,0m;
- Rãnh thoát nước hình chữ nhật
Công thức chung tính lưu lượng thoát nước của cống như sau:
i R C I R C
trong đó:
Q: lưu lượng m3/s;
: diện tích tiết diện ướt, m2;
V: tốc độ nước chảy, m/s;
R: bán kính thủy lực, m;
I: độ dốc thủy lực, lấy bằng độ dốc cống i;
C: hệ số Sê di Theo công thức Pavlốpki:
Trang 4R n
trong đó:
n: hệ số nhám, phụ thuộc vật liệu và phương pháp chế tạo cống Xem bảng 9 -6;
y: số mũ, phụ thuộc độ nhám, hình dạng và kích thước của cống:
0 , 1 75
, 0 13 , 0 5 ,
Trong nhiều trường hợp, công thức vận tốc có thể viết như sau:
2 / 1 3 / 2
1
I R n
Bảng 9 - 6
Hệ số nhám n
Cống:
- Sành
- Bê tông và bê tông cốt thép
- Xi măng và a mi ăng
- Gang
- Thép Kênh
- Gạch
- Đá có trát vữa xi măng
0,013 0,014 0,012 0,013 0,012
0,015 0,017
Chú ý: Các trị số ở bảng nêu trên tương ứng với điều kiện sản xuất hoàn chỉnh, nếu sản xuất bằng thủ công thì trị số nhám sẽ lớn hơn nhiều
Đặc tính thủy lực tốt nhất của tiết diện cống xác định bằng khả năng thoát nước lớn nhất, khi cùng đạt một độ dốc và diện tích tiết diện ướt bằng nhau Như vậy cống tròn là tốt nhất vì có bán kính thủy lực R lớn nhất
trong đó:
: diện tích tiết diện ướt, m2
;
: chu vi ướt, m;
Do cống tròn thoát nước tốt, dễ chế tạo hàng loạt và bền vững nên được dùng rộng rãi, tới 90% số lượng trong mạng lưới thoát nước
9.4.2 Tổn thất cục bộ trong mạng lưới thoát nước
Tổn thất cục bộ thường được tính ở giếng thăm, giếng chuyển bậc với cống
có d<500mm và ở cửa xả ra kênh, sông thoát nước chảy qua đô thị Do tổn thất cục
bộ gây ra hiện tượng dềnh nước, làm lắng đọng bùn rác, lâu ngày có thể làm tắc cống
Cột nước tổn thất cục bộ được tính theo công thức:
Trang 5V
h r
2
trong đó:
: hệ số tổn thất cục bộ;
V: tốc độ dòng chảy ở mặt cắt sau chỗ tổn thất, theo chiều nước chảy, m/s; g: gia tốc trọng trường, 9,81m/s2
Tại cửa xả là nơi mở rộng đột ngột, có thể tính cột nước theo định luật Booc
-đa:
g
v V
H dm
2
2
1
Khi áp dụng công thức nêu trên có thể kết hợp tính toán với đo đạc thực tế (như đo tốc độ V2 của sông có nhiều cửa xả trong mùa ngập lụt)
Hệ số tổn thất cục bộ có thể tính cho trường hợp thu hẹp đột ngột
ch= 0,05
(1-
Trường hợp cửa xả:
cx =
(1-
trong đó , là diện tích mặt cắt Khi lớn hơn nhiều so với thì cx = 1
Bảng 9 – 7
Trị số
- Cửa thu nước vào ống ở dưới mực nước 1,0
- Van khóa ở mức độ hở:
- Khuỷu ống 90O, ỉ100 - 1000mm 0,39 – 0,50
9.4.3 Đường kính tối thiểu và độ đầy tối đa
Người ta quy định đường kính tối thiểu tùy theo loại nước thải, phạm vi sử dụng là để tránh bị tắc cống, giảm bớt chi phí quản lí
Độ đầy a = h/d, h/H được quy định thường nhỏ hơn 1 để bảo đảm điều kiện chảy không ngập của cống và còn để thông hơi, nhất là với cống nước thải sinh hoạt, loại nước bẩn Riêng với cống thoát nước mưa, thoát nước chung thì có thể
được dùng h/d = 1 khi đạt lưu lượng tối đa