Раздел 20. Разработка электронной модели системы ливневой канализации города Тюмени

Раздел 20. Разработка электронной модели системы ливневой канализации города Тюмени

20.1. Оценка гидравлических режимов работы ливневой канализации г. Тюмени.

Гидравлический расчет существующего положения сети производился, в соответствии с расчетным расходом территорий, охваченных централизованной системой ливневой канализации. Схема расположения территорий города Тюмени, охваченных централизованной системой канализации на рисунке 20.1.1.

Рисунок 20.1.1. Схема расположения территорий города Тюмени, охваченных централизованной системой канализации.

Как видно, исходя из рисунка 20.1, не вся территория города охвачена централизованной системой ливневой канализации. Для оценки пропускной способности существующей системы ливневой канализации проводился укрупненный гидравлический расчет. При производстве расчетов использовались "Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты" (ФГУП "НИИ ВОДГЕО").

Для определения расходов дождевых вод территорий, охваченных централизованной системой ливневой канализации использовалась формула 20.1.1

(20.1.1)

где: - среднее значение коэффициента, характеризующего вид поверхности стока; n - параметр, характеризующий интенсивность и продолжительность дождя для конкретной местности; F - расчетная площадь стока, га; - расчетная продолжительность дождя, равная продолжительности протекания дождевых вод по поверхности и трубам до расчетного участка. Параметр A определяется по формуле 20.1.2

, (20.1.2)

где: - интенсивность дождя для данной местности продолжительностью 20 мин при Р = 1 год; - среднее количество дождей за год; Р - период однократного превышения расчетной интенсивности дождя, годы.

Для расчета были приняты следующие величины, представленные в таблице 20.1.1.

Таблица 20.1.1. Приятные величины для расчета определения расходов дождевых вод

Среднее значение коэффициента (покрова)	0,2
Параметр "n"	0,58
Период однократного превышения интенсивности дождя P	0,5
Среднее количество дождей за год,	80
Показатель степени ""	1,54

Исходя из этого формула 20.1.1 будет иметь вид:

(20.1.3)

Площадь и продолжительности протекания дождевых вод по поверхности и трубам до расчетного участка была принята индивидуально для каждого выпуска (группы выпусков). Продолжительность протекания дождевых вод была определена используя расстояние от самой удаленной точки рассматриваемой территории до выпуска ливневых вод и принятой средней скорости ливневых вод в коллекторах равной 1 м/с.

Список территорий, охваченных ливневой канализацией с указанием расходов ливневых вод, представлен в таблице 20.1.2.

Для гидравлического расчета системы ливневой канализации колодцы привязывалась к соответствующим территориям, в зону действия которых они располагаются. Далее производился расчет полусуммы прилегающих длин трубопроводов к каждому колодцу, занесенному в модель. Расчет производился, используя базы данных, матрицу смежности, а также используя программные возможности программы MS "Excel". В итоге была определена общая длина трубопроводов попадающих зону действия соответствующих территорий, а также был найден удельный расход, приходящийся на 1 метр длины. Данные расчетные параметры представлены в таблице 20.1.2.

Таблица 20.1.2. Расчетные параметры территорий ливневой канализации, охваченные централизованной системой.

Номер бассейна	Сумма длин трубопроводов, м	Расход ливневых вод, л/с	Удельный расход на 1 м
Выпуск 15	54209,43	3444,49	0,063540442
Выпуск Перв. мая 2	355,96	94,44	0,265293271
Выпуск Камыш	3286,92	260,65	0,079299449
Выпуск 7	5479,48	534,80	0,097599902
Выпуск 1	813,65	102,55	0,126040432
Выпуск 4	3327,66	429,90	0,12918978
Выпуск 24 (1)	1961,49	514,21	0,262151716
Выпуск 20	248,65	235,78	0,948252957
Выпуск 6	1192,61	74,43	0,062405185
Выпуск 8	986,51	90,50	0,091737938
Выпуск Перекоп 2	329,05	115,36	0,350594239
Выпуск 21	1858,40	326,62	0,175750799
Выпуск 31	1812,71	227,08	0,125272104
Выпуск 27	10043,83	826,81	0,082320196
Выпуск Перв. мая 1	2846,49	250,69	0,088068709
Выпуск Эрвье	2242,79	591,81	0,263874258
Выпуск 30	17561,63	1215,39	0,069207061
Выпуск Огарево	5999,34	1475,18	0,245890403
Выпуск Перм	12708,72	1453,93	0,114404201
Выпуск 50лет	477,68	193,36	0,404789521
Выпуск Судостроит.	310,01	137,24	0,442700304
Выпуск Перекоп. 1	129,07	35,90	0,278160149
Сумма	128182,06	12631,11	-

Исходя из общего расхода на выпуски при расчете интенсивного дождя, привязки колодца к соответствующему бассейну, суммы примыкающих длин трубопроводов к колодцу и рассчитанного удельного расхода определялся сосредоточенный расход ливневых вод, поступающих в каждый колодец.

На основе полученных величин расходов был проведен гидравлический расчет системы ливневой канализации. Результаты расчета представлены на рисунке 20.1.2.

Рисунок 20.1.2. Результаты расчета существующей системы ливневой канализации при принятии полной нагрузки с территорий, охваченных централизованной системой.

Процент наполнения коллектора вычислялся путем отношения расчетной степени наполнения коллектора (h/d) к максимальной степени наполнения для различных диаметров в соответствии со СП 30.13330.2012. Предельные значения наполнения самотечных коллекторов в соответствии со СП 30.13330.2012 представлены в таблице 20.1.3.

Таблица 20.1.3. Предельные значения наполнения самотечных коллекторов.

Диаметр, мм	Максимальная степень наполнения
200	0,6
300	0,7
400	0,7
500	0,75
600	0,75
800	0,75
1000	0,8
1200	0,8
1400	0,8
2000	0,8

Результаты расчета по выпускам ливневых вод представлены в таблице 20.1.4.

Таблица 20.1.4. Результаты расчета по выпускам ливневых вод.

Наименование выпуска	Расход на выпуске ливневых вод, л/с
Выпуск 15	3181,0548
Выпуск 4	475,41967
Выпуск 1	102,5528
Выпуск 20	463,25216
Выпуск 8	90,500392
Выпуск 6	158,2686
Выпуск 7	484,43273
Выпуск Перекоп. 1	35,902131
Выпуск 24 (1)	514,20665
Выпуск 21	326,61617
Выпуск 31	173,23837
Выпуск 27	812,11483
Выпуск 30	506,88809
Выпуск Огарево	1472,284
Выпуск Камыш	241,31463
Выпуск Перв. мая 1	148,93635
Выпуск Перм	2225,4109
Выпуск 50лет	193,35987
Выпуск Судостроит.	137,24153
Выпуск Эрвье	591,81452
Выпуск Перв. мая 2	94,435118
Выпуск Перекоп. 2	115,36128
Выпуск 26	191,625
Выпуск 15	3181,0548
Выпуск 4	475,41967
Выпуск 1	102,5528
Выпуск 20	463,25216

Гидравлический расчет показал, что по ходу движения ливневых вод по коллектору Ду1200, расположенному на улице 30 лет Победы, возникает излив, вследствие недостаточной пропускной способности коллектора. В соответствии с проведенными расчетами, данное место ориентировочно расположено на пересечении улиц 30 лет Победы и ул. Пермякова. На рисунке 20.1.3 представлен данный участок сети.

а)

Рисунок 20.1.3

а) Трасса ливневого коллектора Ду 1200, расположенного на улице 30 Лет Победы;

б) Продольный профиль коллектора Ду 1200, расположенного на улице 30 Лет Победы.

б)

Для устранения подтопления на данной территории необходимо строительство регулирующих резервуаров на период пиковых нагрузок во время дождя объемом 1724 м3. Дополнительно необходимо строительство резервуаров на перекрестке ул. Пермяков - ул Прокопия Артамонова и ул. Широтная - ул. Народная объемом 178 и 189 м3 соответственно.

Принципиальные схемы регулирования расхода дождевого стока представлены на рисунке 20.1.4.

Рисунок 20.1.4. Принципиальные схемы регулирования расхода дождевого стока.

Схема размещения резервуаров на период пиковых нагрузок для ВБ 3 представлена на рисунке 20.1.5.

Рисунок 20.1.5. Схема размещения резервуаров на период пиковых нагрузок для ВБ 3

Большая часть территории города относится к территориям наиболее подверженным подтоплению, в связи с высоким залеганием грунтовых вод. Это усугублено отсутствием единой системы ливневой канализации. Во время паводка некоторые жилые районы, в основном в западной части города подтапливаются.

В мае 2015 года в Тюмени было проведено обследование с целью выявления территорий, подверженных подтоплению. В основном, территории подверженные подтоплению располагаются на территориях города, не охваченных сетями системы ливневой канализации. Отображение всех территорий подтопления представлено в электронной модели системы ливневой канализации. Для устранения зон подтопления необходимо устройство внутриквартальных сетей ливневой канализации. Планировка внутриквартальных сетей ливневой канализации выходит за рамки схемных решений.

В качестве примера рассмотрим основные зоны подтопления. Для устранения Зон подтопления в районе улиц: Губернская; улицы Депутатская и Мельникайте; улицы 50 лет ВЛКСМ; улицы Эрвье; улицы Максима Горького; улицы Широтная и Улицы Максима Горького необходимо строительство внутриквартальных сетей ливневой канализации с подключением к существующим сетям. В районе улицы Домостроителей и улицы Западносибирской планируется строительство магистральных коллекторов (представлено на рисунке 20.1.6). Для устранения зон подтопления в районе данных улиц необходимо строительство внутриквартальных сетей ливневой канализации с подключением к перспективным самотечным коллекторам.

Рисунок 20.1.6. Строительство самотечных коллекторов ливневой канализации в районе улицы Домостроителей и улицы Западносибирской.

20.2. Перспективное развитие системы ливневой канализации до 2040 г.

При формировании списка необходимых мероприятий для модернизации ливневой канализации анализировались бассейны города, а так же перспективное развитие города до 2040 года. Основные бассейны ливневой канализации представлены на рисунке 20.2.1.

Рисунок 20.2.1. Бассейны ливневой канализации г. Тюмени

При этом часть данных бассейнов охвачена системой ливневой канализации (ВБ 7, ВБ 10, ВБ 1, ВБ 2)

Для отвода с территорий, охваченных централизованной системой ливневой канализации всего расхода, строительство новых трубопроводов, а так же строительство аккумулирующих резервуаров с последующим отводом ливневых вод в централизованную систему канализации. Строительство резервуаров в контексте данной работы рассматривается как временная мера, применимая до 2025 года включительно. В дальнейшем, начиная с 2025 год до 2040 года, 100% ливневых вод подвергаются очистке на локальных очистных сооружениях.

Пример реконструкции сети одного из существующих бассейнов ливневой канализации ВБ 10 представлен на рисунке 20.2.2.

Рисунок 20.2.2. Реконструкция ливневой канализации бассейна ВБ10.

Для обеспечение остальных бассейнов ливневой канализации предусмотрено строительство новых коллекторов и устройство резервуаров, а так же строительство локальных очистных сооружений Расчет расходов, исходя из которых подбирались необходимые диаметры, осуществлялся, используя "Рекомендации по расчету систем сбора, отведения и очистки поверхностного стока с селитебных территорий, площадок предприятий и определению условий выпуска его в водные объекты" (ФГУП "НИИ ВОДГЕО").

Объем резервуаров, необходимых для не допущения попадания неочищенных ливневых стоков, отводимых с центральной части города, в реку Туру, составляет 35 048,0 м3. Данный объем ливневых стоков в дальнейшем будет перекачен в систему хоз.-бытовой канализации.

С учетом перспективной застройки города, существующие основные самотечные канализационные коллекторы в центральной части города имеют следующие запасы производительности:

1. Самотечный коллектор, расположенный на улице Республики Ду 1500 в среднем загружен на 60% и может дополнительно принять расход ливневых вод в размере 411 л/с (35 510, 4 м3/сут).

2. Самотечный коллектор, расположенный на улице 50 лет Октября Ду 1200 в среднем загружен на 53% и может принять на себя дополнительно 181 л/с (15 638,4 м3/сут) .

3. Самотечный коллектор, расположенный на улице Харьковская Ду700 в среднем загружен на 58% и может принять на себя дополнительно 56 л/с (4 838,4 м3/сут).

Суммарно запас производительности самотёчной системы коллекторов составляет 55 987,2 м3/сут. Тем самым, исходя из пропускной способности системы канализации, время хранение воды в резервуарах составит 35 048,0/55 987,2 = 0,63 сут.

Необходимое строительство коллекторов для системы ливневой канализации по диаметрам представлены в таблицах 20.2.1, 20.2.2.

Таблица 20.2.1. Строительство новых коллекторов ливневой канализации до 2025 года

Ду тр-да, мм	Длина, м
1500	6459,1
1200	5761,85
1000	7912,27
800	19432,88
700	1279,21
600	3182,11
500	5569,4
400	2943,86
300	804,61

Таблица 20.2.2. Строительство новых коллекторов ливневой канализации с 2025 до 2040 года.

Ду тр-да, мм	Длина, м
1500	9259,39
1200	4258,42
1000	7724,31
900	1245,36
800	11195,24
700	2882,07
600	7857,33
500	2680,04
400	671,38
300	307,96

Для обеспечения нормативной работы системы ливневой канализации необходимо строительство:

1. Лос в количестве - 16 шт.; Производительность - 216 600 м3/сут;

2. Резервуаров, перекачивающих ливневые стоки в канализацию в кол-ве - 10 шт.; Объем р-ров - 35 048 м3; Расход в канализацию - 35 048 м3/сут

3. Резервуары для аккумулирования стока в количестве 3 шт.;

4. Переливные резервуары для пропуска максимальных расходов самотечных коллекторов в кол-ве 4 шт; объемом - 2091 м3

Общий вид системы ливневой канализации по состоянию на 2040 год представлен на рисунке 20.2.3.

Рисунок 20.2.3. Общий вид системы ливневой канализации по состоянию на 2040 год

Схемы размещения основных регулирующих резервуаров в центральной части города представлено на рисунке 20.2.4. В таблице 20.2.1. представлены характеристики регулирующих резервуаров перекачивающих ливневые стоки в хозяйственно-бытовую канализацию. На рисунке 20.2.5 представлена схема размещения локальных очистных сооружений. Характеристики ЛОС представлены в таблице 20.2.2.

Рисунок 20.2.4. Размещения основных регулирующих резервуаров в центральной части города

Таблица 20.2.1 Характеристики регулирующих резервуаров перекачивающих ливневые стоки в хозяйственно-бытовую канализацию.

N	Водосборный бассейн	Объем, м3	Кол-во	Время аккумулирования, дни
1	ВБ 1	1996	3	1
2	ВБ 2	10513	1	1
3	ВБ 3	18589	4	1
4	ВБ 10	3950	2	1
	Сумма	35048	10	-

Рисунок 20.2.5. Схема размещения ЛОС

Таблица 20.2.2. Характеристики локальных очистных сооружений ливневой канализации.

N п/п	Водосборный бассейн	Количество	Общая Производительность ЛОС, м3/сут	Месторасположение
1.	ВБ 1	ЛОС 1	8700	Р. Тура; в районе ул. Профсоюзная
2.	ВБ 2	ЛОС 2.1	10400	Р. Тура; в районе ул. Дамбовская
3.		ЛОС 2.2	6900	Р. Тура; в районе ул. Судостроителей
4.	ВБ 3	ЛОС 3	54000	Ручей ключи; в районе ул. Гилёвская роща
5.	ВБ 4	ЛОС 4	35800	Оз. Кирчим; в районе конноспортивного клуба "Олимпия"
6.	ВБ 5	ЛОС 5.1	3500	Р. Тура. В районе улицы Западносибирская
7.		ЛОС 5.2	2800	Устье реки Ключи, в районе Западносибирской ул.
8.	ВБ 6	ЛОС 6.1	9000	Оз Кривое, в районе ул. Избышева (деревня Казарова)
9.		ЛОС 6.2	13500	Р. Тура. В районе улицы Мельникайте
10.		ЛОС 6.3	22500	Р. Тура. В районе улицы Дачная
11.	ВБ 7	ЛОС 7.1	6800	Р. Тура. В районе улицы Береговая
12.		ЛОС 7.2	2800	Р. Тура. В районе улицы Ангарская
13.	ВБ 8	ЛОС 8	11600	канал, в районе ул. Новая 1.
14.	ВБ 9	ЛОС 9.1	17000	Пруд на реке Бабарынка; в районе ул. Полевая
15.		ЛОС 9.2	6500	Р. Тура. В районе улицы Набережная
16.	ВБ 12	ЛОС 12	4800	Р. Тура. В районе улицы Старый Тобольский тракт
Итого ЛОС		16	216600