Tính toán thiết kế hệ thống thoát nước mưa cho BCL CTR hợp vệ sinh của các địa phương

Dạng 4 Tính toán thiết kế hệ thống thoát nước mưa cho BCL CTR hợp vệ sinh của các địa phương I/ Phân tích nhiệm vụ Qua đồ án môn học này, sinh viên sẽ nắm cách thiết kế sơ bộ một bãi chô

Dạng 4 Tính toán thiết kế hệ thống thoát nước mưa cho BCL CTR hợp vệ sinh của các địa phương I/ Phân tích nhiệm vụ

Qua đồ án môn học này, sinh viên sẽ nắm cách thiết kế sơ bộ một bãi chôn lấp hợp vệ sinh theo tiêu chuẩn, quy chuẩn; thiết kế hệ thống thoát nước mưa cho bcl

 Tương tự dạng 1

2/ Tính toán diện tích bãi chôn lấp

Trong rác thải thu gom, rác sinh hoạt, công nghiệp, y tế, dịch vụ thì có một số loại rác có thể thu hồi được như kim loại, nhựa, thủy tinh vv… để đem đi tái chế sử dụng lại được, một phần lượng rác sẽ được đốt Cụ thể các thành phần như sau: lượng rác tái chế khoảng 5%, lượng rác sử dụng đốt khoảng 10%, còn lại là rác hữu cơ 42%, rác thành phần khác không thể tái chế sử dụng được là 43% Lượng rác hữu cơ sử dụng làm phân hữu cơ đang còn hạn chế chỉ khoảng 5% là được sử dụng Như vậy lượng rác thực tế mang đi chôn lấp chỉ khoảng 80% lượng rác thu gom được

Giai đoạn

Theo TCVN 261-2001 chọn kích thước ô chôn lấp và thời gian vận hành căn cứ vào khối lượng CTR tiếp nhận

Ô chôn lấp số n

Thể tích rác đem chôn lấp:

Trong đó:

V- thể tích chất thải rắn, m3 G- lượng chất thải rắn đem chôn lấp, tấn

- khối lượng riêng chất thải rắn Thể tích rác sau đầm nén:

Trong đó: k- hệ số đầm nén, k= 0.6÷ 0.9 tấn/m3,

Diện tích ô chôn lấp:

Trong đó: h- Chiều sâu bãi chôn lấp, m

k chọn theo bảng 1

- Tính tổng diện tích bãi chôn lấp

Bảng 1 Tỷ trọng rác sau khi đầm nén

Dạng thiết bị Tỷ trọng rác sau khi đầm nén (kg/m3)

V/ Tính toán và thiết kế hệ thống thoát nước mưa

1 Vạch tuyến hệ thống thoát nước mưa

- Nguyên tắc

- Phương án vạch tuyến (bổ sung thêm)

2 Lưu lượng thiết kế mạng lưới thoát nước mưa

a Diện tích thoát nước mưa.

Đo kích thước các cạnh của ô trên bản vẽ mặt bằng Các kết quả tính toán được thống

kê theo mẫu như bảng

Bảng 2 tính toán diện tích thoát nước mưa

kênh(cống)

P(năm) Trực

Vận chuyển

Tổng cộng

b Thời gian mưa tính toán

c

c

r

r 0

c r 0

V

L 017 , 0 V

L 0,021 t

t t t

Trong đó:

- t 0: Thời gian nước chảy từ điểm xa nhất đến rãnh thoát nước, còn gọi là thời gian tập trung

bề mặt, lấy từ 5 đến 10 phút;

- t r: Thời gian nước chảy trong rãnh đến giếng thu nước mưa gần nhất;

- L r : Chiều dài rãnh thoát nước trong khu đất, (m);

- V r: Tốc độ nước chảy trong rãnh, (m/s);

- t c: Thời gian nước chảy từ hố thu nước tại điểm đầu cống đến mặt cắt tính toán của cống;

- L c: Chiều dài cống thoát nước mưa tính từ mặt cắt tính toán đến hố thu nước tại điểm đầu cống xa nhất so với mặt cắt đó, (m);

- V c: Tốc độ nước chảy trong cống thoát nước mưa, (m/s);

c Cường độ mưa tính toán

Cường độ mưa được tính toán theo phương pháp hồi quy của tác giả Trần Viết Liễn trong tài liệu

“Phương pháp và kết quả nghiên cứu cường độ mưa tính toán ở Việt Nam”

q=[q20(20+b)n (1+ClnP)]/(t+b)n (l/s.ha) Trong đó:

n, C: đại lượng phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu của từng vùng

q20: cường độ mưa tương ứng với thời gian mưa 20 phút của trận mưa có chu kỳ lặp lại một lần trong năm (là đại lượng không đổi đối với từng vùng đã biết)

P: chu kỳ lặp lại trận mưa tính toán chính bằng khoảng thời gian xuất hiện một trận nưa vượt quá cường độ tính toán (năm)

t: thời gian mưa tính toán (phút)

Tìm thông số b, C, n và q20 ở bảng 9.1sách Cấp Thoát Nước – Trần Hiếu Nhuệ, Trần Đức Hạ, Đỗ Hải, Ứng Quốc Phòng, Nguyễn Văn Tín

Hoặc theo TCXDVN 51 -2008

Cường độ mưa xác định

Vẽ đường tần suất mưa với số liệu đề bài cho để xác định cường độ mưa

d Lưu lượng thoát nước mưa tính toán(Qm) được xác định theo công thức:

q μ.

Trong đó:

- : Hệ số phân bố mưa rào, đặc trưng cho sự phân bố mưa không đều trong lưu vực và phụ thuộc vào diện tích lưu vực, có thể xác định theo công thức :

2/3

0,001.F 1

1 μ



 F: diện tích lưu vực (ha)

Hoặc theo bảng

Bảng 3 Hệ số phân bố mưa rào theo diện tích lưu vực Diện tích lưu vực (ha) 300 500 1000 2000 3000 4000

Hệ số phân bố mưa rào µ 0,96 0,94 0,91 0,87 0,83 0,80

- : Hệ số dòng chảy trung bình của lưu vực, tính theo công thức

Hệ số dòng chảy không những phụ thuộc vào tính chất mặt phủ, điều kiện đất đai, độ dốc địa hình, mật độ xây dựng mà còn phụ thuộc vào thời gian mưa và cường độ mưa GS Berlop đưa ra công thức thực nghiệm để xác định hệ số dòng chảy như sau:

0,1 0,2

tt T q Z



 Trong đó:

- Z: Hệ số thực nghiệm, đặc trưng cho tính chất của mặt phủ:

i

i i F Σ

F Z Σ

Z  ( Zi: Hệ số đặc trưng cho tính chất của loại bề mặt có diện tích Fi , bảng sau

Bảng.4 Hệ số thực nghiệm Z đặc trưng cho tính cất mặt phủ

- Mái nhà và mặt phủ bằng bê tông atphan 0,24

- Công viên, đất trồng cấy (á sét) 0,038

- Công viên, đất trồng cấy (á cát) 0,020

;

- q tt: Cường độ mưa tính toán, (l/s.ha);

- T: Thời gian mưa tính toán, (phút)

Theo TCVN 7957:2008 thì hệ số dòng chảy của một số loại mặt phủ có thể lấy theo các số liệu trong bảng sau:

Bảng 5 Hệ số dòng chảy của một số loại bề mặt lưu vực thoát nước

Tính chất bề mặt thoát nước Hệ số dòng chảy ứng với chu kỳ tràn cống

Pt (năm)

Mặt đường bê tông nhựa atphan 0,73 0,77 0,81 0,86 0,90

Mái nhà, mặt phủ bê tông 0,75 0,80 0,81 0,88 0,92

Mặt cỏ, vườn, công viên (cỏ chiếm trên 50% diện tích bề mặt) có:

- Độ dốc trung bình (2 ÷ 7)% 0,37 0,40 0,43 0,46 0,49

Khi sử dụng số liệu tại bảng 5, có thể xác định hệ số dòng chảy bình quân của lưu vực thoát nước theo công thức sau:

i

i i F Σ

F

Σ

tb 

Nếu diện tích bề mặt không thấm nước chiếm tỷ lệ trên 30% thì có thể xem  là một đại lượng là không phụ thuộc q tt và T mà chỉ phụ thuộc vào tính chất bề mặt phủ, xem bảng 4 và bảng 5

- Q: Lưu lượng nước mưa tại mặt cắt tính toán, (l/s);

- F: Diện tích lưu vực thoát nước mưa của mặt cắt tính toán, (ha);

- q tt: Cường độ mưa tính toán, (l/s.ha);

Lập bảng 6 Tính lưu lượng tính toán của mạng lưới thoát nước mưa

Bảng 6 Bảng tính lưu lượng tính toán của mạng lưới thoát nước mưa

Đoạn

cống/

kênh

Diện tích thoát nước tính

toán (ha)

Thời gian mưa tính toán

q (l/s-ha)

(l/s)

F cq F CS F dt Tổng t 0 +t r

Lc

3 Tính thủy lực đường ống (kênh)

a Lựa chọn loại kênh (ống) thích hợp

Thoát nước mưa ở BCL thường thiết kế kênh/rãnh đất hở, mặt cắt hình thang cân Hoặc cống thoát nước mặt cắt hình tròn hay hình chữ nhật được sử dụng để thoát nước bên dưới đường

Tính toán thủy lực cho kênh hở

Kênh cần thiết kế có kích thước như hình vẽ, biết Q,m,n(hệ số nhám), i(độ dốc đáy kênh) Tìm b,h?

Trong đó:

B- chiều rộng mặt nước (m)

b – chiều rộng đáy kênh (m)

m m

B

h

α

h – độ sâu nước chảy trong kênh (m)

α – góc nghiêng của mái kênh và m là hệ số mái kênh: m= cotg ∞

Hướng dẫn

Công thức Sezi: Q=ω• (m3/s)

Trong đó:

ω – diện tích mặt cắt ướt (m2)

R – bán kính thủy lực

i - độ dốc thủy lực

C – hệ số Sezi=1/n*R^(1/6) (tính theo công thức Manning với n<0.02; hoặc công thức Palopski) Đối với kênh có mặt cắt hình thang cân:

ω =(b+m•h)h

R = [(b+m•h)h]/[b+2h ]

Yêu cầu mặt cắt kênh có lợi nhất về thủy lực: b=β•h=ββ•h=βh=β•h=ββ ln •h=βh=β•h=β2h( -m)

Lập bảng tính thử dần h (sử dụng excel để tính nhanh dùng tool – goal seek) để tìm được b,h

Bảng 7- Bảng thủy lực cho kênh thoát nước mưa

Q(m3/s) b (m) m n I h (m) ω(m2) R(m) C(m0,5

Giá trị h đúng khi (10) (11) bằng nhau

Hệ số nhám (TCVN 4118-85)

Bảng 8 Hệ số nhám Loại ống và loại mương Hệ số nhám Manning (n)

Cống

Mương

Mái bê tong và đáy bê tong 0,015

Độ dốc thủy lực

d Giả thiết độ dốc kênh:

Độ dốc đáy kênh phụ thuộc yêu cầu không bồi lắng lòng kênh, xói lở lòng kênh, đối với kênh thoát nước mưa, nên giả thiết độ dốc kênh tương đương với độ dốc địa hình dọc tuyến kênh để nâng cao khả năng thoát nước tự chảy của mạng lưới và giảm khối lượng đào kênh Có thể giả thiết độ dốc kênh theo lưu lượng tính toán của kênh như bảng 3.9

Mái dốc bờ kênh m

b Cống ngầm

Lựa chọn độ sâu chôn cống ban đầu:

Độ sâu chôn cống ban đầu và độ sâu chôn cống dọc tuyến phải đảm bảo để nước thải từ các ngôi nhà hoặc nước mưa tại các khu đất hai bên tuyến cống có thể tự chảy về cống thoát nước; Để thoả mãn yêu cầu này, độ sâu chôn cống ban đầu và độ sâu chôn cống dọc theo chiều dài cống có thể xác định theo sơ đồ tính toán như hình 3.4

H d

h

i

i

Hình Sơ đồ xác định độ sâu chôn cống Theo hình, độ sâu chôn cống phải thỏa mãn bất đẳng thức sau:

) Σh Σi.L (h ) Z (Z

H  đ  0    c (m) (3.2) Trong đó:

- H: độ sâu chôn cống của cống thoát nước đường phố (tính đến mực nước lớn nhất trong cống) (m);

- h: Độ sâu chôn cống đầu tiên của cống trong sân nhà hay trong tiểu khu, lấy bằng (0,2  0,4) m + d với d là đường kính cống tiểu khu;

- Σi.L: Tổng tổn thất cột nước dọc đường trên cống nối từ giếng thăm sân nhà đến giếng thăm tại điểm nhập lưu với cống thoát nước đường phố (m);

- Zđ, Z0: Cao độ mặt đất tương ứng với giếng thăm tại điểm nhập lưu và giếng thăm đầu tiên trong sân nhà (m);

- Σhc: Tổng tổn thất cột nước cục bộ tại các điểm nối cống với giếng thăm (m): tại mỗi điểm nối cống với giếng thăm: hc ≥ 0,1 m;

- Độ sâu chôn cống tối đa phụ thuộc vào vật liệu làm cống, điều kiện địa chất nền, độ sâu mực nước ngầm, phương pháp thi công và các điều kiện kỹ thuật khác; nhìn chung, không nên chôn cống dưới mực nước ngầm, độ sâu chôn cống không nên vượt quá 6,0 m so với mặt đất

Tính toán th y l c c ng thoát n ủy lực cống thoát nước ực cống thoát nước ống thoát nước ước c

Chọn loại cống:

- Ống bê tông được sử dụng phổ biến cho cống thoát nước mưa

Chọn độ nhám lòng dẫn:

Theo TCVN 7957: 2008: Độ nhám Manning (n) của cống thoát nước có thể chọn như sau: Cống bằng bê tông cốt thép: n = 0,013; Cống bằng ống gang, ống thép: n = 0,012; Cống bằng ống nhựa: n = 0,011

c Giả thiết đường kính ống hoặc kích thước cống:

TCVN 7957: 2008 qui định đường kính nhỏ nhất của cống thoát nước như bảng 3.4

Bảng 11 Đường kính nhỏ nhất của cống thoát nước

Loại hệ thống thoát nước Đường kính nhỏ nhất D (mm)

Trong tiểu khu Đường phố

d Độ đầy tối đa:

- Đối với cống thoát nước mưa, thoát nước chung, giá trị lưu lượng lớn nhất chỉ xuất hiện trong thời gian rất ngắn, do đó TCVN 7957: 2008 cho phép lấy độ đầy tối đa bằng h/d=1

e Giả thiết độ dốc cống:

Độ dốc tối thiểu Jmin của cống phải thoả mãn điều kiện không bồi lắng, ứng với Jmin thì vận tốc dòng chảy trong cống V ≥ Vmin, Độ dốc Jmin có thể tính theo đường kính ống (d) như sau:

d

1

TCVN 7957: 2008 qui định độ dốc Jmin của cống ứng với độ đầy tính toán như sau:

Bảng 12 Độ dốc tối thiểu J min tính theo đường kính ống thoát nước

min

Vận tốc dòng chảy lớn nhất của nước thải trong cống bằng kim loại không quá 8m/s, trong cống phi kim loại không quá 4 m/s Đối với nước mưa lấy tương ứng bằng 10 và 7 m/s.

Bài toán chỉ cho Q, bắt tìm j,d,v nên ta:

- Lập sẵn các bảng tra hoặc đồ thị thể hiện quan hệ giữa diện tích ướt với các cỡ đường kính

và độ đầy khác nhau của ống [ω=f(d,h/d)] và quan hệ giữa vận tốc ống với độ dốc mực nước J và diện tích ướt [v=f(J, ω)] hoặc [v=f(J, d,h/d)]; khi có bảng tra hoặc đồ thị dạng trên, có thể sử dụng

để tớnh toỏn thủy lực cống thoỏt nước theo cỏc cỏch sau(bảng thủy lực Trần Hữu Uyển):

+ Khi biết Q, giả thiết J và d, sau đú tra bảng hoặc đồ thị để xỏc định cỏc giỏ trị của vận tốc dũng chảy (v) và độ đầy cống (h/d, h/H); Nếu thỏa món điều kiện về vận tốc tự làm sạch của cống [v

≥ vmin] và điều kiện về độ đầy tối đa [(h/d) ≤ (h/d)max] thỡ việc giả thiết cỏc giỏ trị trờn là hợp lý, nếu khụng thỏa món điều kiện trờn thỡ phải giả thiết lại J hoặc d và lặp lại trỡnh tự nờu trờn

- Lập bảng tớnh toỏn thử dần trờn bảng tớnh EXCEL để tớnh toỏn lựa chọn d và h/d ứng với giỏ trị Q và giỏ trị J giả thiết

- Sử dụng cỏc phần mềm tớnh toỏn thủy lực mạng lưới thoỏt nước để tớnh toỏn xỏc định d và h/d cho cỏc đoạn ống trờn mạng lưới thoỏt nước (epanet)

bảng 12 –Bảng thủy lực cho cống ngầm

Đoạn

ống dài(m)Chiều

Q

=qF

 (l/s))

I (mm)D h/d

Tốc

độ tính toán (m/s))

h = i.l

đặt ống (m)

VII/ Kết luận và kiến nghị

Yờu cầu bản vẽ

2 bản vẽ A1 gồm

1 Bản vẽ phõn bố mặt bằng bói chụn lấp (hệ thống thoỏt nước mưa)

1 Bản vẽ một số chi tiết cụng trỡnh trong bói chụn lấp

 Mặt cắt ụ chụn lấp

 Mặt cắt ngang ụ chụn lấp

 Mặt cắt ngang kờnh thoỏt nước

 Sơ đồ cấu tạo hệ thống thu nước rỏc

 Bản trắc dọc mương/cống thoỏt nước