ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΟΥ ΕΠΙΜΕΛΗΤΗΡΙΟΥ ΕΛΛΑΔΑΣ /

ΤΜΗΜΑ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ

“ΔΙΚΤΥΑ ΥΔΡΕΥΣΗΣ – ΑΠΟΧΕΤΕΥΣΗΣ ΜΙΚΡΩΝ

ΟΙΚΙΣΜΩΝ”

ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ, 28 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ – 2 ΟΚΤΩΒΡΙΟΥ 2009

Φύλλα Εργασίας-Συνοπτική παρουσίαση

Ύλης Σεμιναρίου

ΓΡΗΓΟΡΗΣ ΣΑΜΑΡΑΣ

Καθηγητής

Τμήμα Πολιτικών Έργων Υποδομής

Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών

Αλεξάνδρειο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Θεσσαλονίκης

ΕΡΓΑ ΥΔΡΕΥΣΕΩΝ

1. Εκτίμηση αναγκών σε νερό

Εξυπηρετούμενος πληθυσμός * 1

Μέση ημερήσια κατανάλωση : / . .έQ lit

ΚΥΑ Δ11/Φ16/8500/ΦΕΚ174 Τ.Β. /26.3.1991

Μέγιστη ημερήσια κατανάλωση max :1,5* lit/κατ.ημ.έQ Q

Μέγιστες ημερήσιες ανάγκες 3max

max

* m ημ.1000

QV

Πρόσθετες ανάγκες

2. Διάταξη έργων ύδρευσης

Εξωτερικό υδραγωγείο – Εσωτερικό υδραγωγείο

Y1

Y2 Οικισμός

Q

Δ

slitQN

3600

**

100maxmax

- Μέγιστη ζήτηση δικτύου maxQ

slit

3600*24

** max

QNf

16)-8(Κ 24 f

- Παροχή Πυρκαγιάς

Ελληνικός κανονισμός

Oι τιμές της παροχής πυρκαγιάς έχουν ως εξής:

-Για οικισμούς κάτω των 1.000 κατοίκων: 0 λ/δλ.

-Για οικισμούς από 1.000 έως 5.000 κάτοικοι: 5 λ/δλ.

-Για οικιμούς από 5.000 έως 25.000 κάτοικοι: 7.5 λ/δλ.

-Για οικισμούς από 25.000 έως 100.000 κάτοικοι: 10 λ/δλ.

3. Λειτουργία αγωγών ( ελεύθερη ροή-υπό πίεση)

3.1 Υδραυλικός Υπολογισμός αγωγού υπό πίεση Α. Αναλυτική Λύση

jhf

22

5

0,0826 (1)

2f

L u f Lh f Q

D g D

(2) 4

2

uD

uAQ

(3) Rev

Du

(4) Re,

D

Kff S

m m m3

s , 2 mm m s , s

m - -

Μεγέθη (9) u , f , Re , ν , , , , ,

Sf KLDQh

Κύρια Δεδομένα Ενδιάμεσα (3) → Διατιθέμενες Εξισώσεις 4

→ Άγνωστα Μεγέθη 9 – 3 = 6

→ Απαιτούμενα για επίλυση προβλήματος 2

Βασικά προβλήματα

1) Q, D → ; fh

2) hf, Q → ;D

3) hf, D → ;Q

*fh j L

B. Χρήση Διαγραμμάτων

3 1

2

3

1

2

D

Q

j

Βασικά προβλήματα

1) fh j D , Q

2) Q D , j

3) 21 D D D Q , j

fhj

L

Λειτουργία Αγωγού υπό πίεση

Ρύθμιση Παροχής Κατάντη

Q=0 A.Σ.Π.Γ.

QmaxΚ.Σ.Π.Γ.

Q

j=0

jJmax

Ρύθμιση Παροχής Ανάντη

Qmax

Α.Σ.Π.Γ.Q

Q=0 Κ.Σ.Π.Γ.

Jmax

j

j=0

Χαρακτηριστικά Παραδείγματα λειτουργίας αγωγών υπό πίεση

Φ.Π.

Δ

hf

ΔH

A

4. Εσωτερικό υδραγωγείο (σχεδιασμός - υδραυλικοί υπολογισμοί)

Κατηγορίες δικτύων διανομής

1. Ακτινωτά 2. Κλειστά 3.Μικτά

Δ

1 2 3

5

6

4

7

Δ

1 2 3

6 5 4

Δ

1 2 3

6 5

5.1

4 4.1

Κατηγορίες αγωγών 1. Μεταφορείς 2. Διανομείς 3. Μικτοί

Μετατροπή διανομέων – μικτών σε μεταφορείς

Qa Qk

q*L (παροχή διανομής)

L

Qa Qk

q*L2

q*L2

22

qLQ

qLQQ ka

Παροχές διανομής

* iύ

i

LQ Q

L

(3)

* iύ

i

FQ

F

(2)

* iύ

i

NQ

N

(1)

maxQ ύQ

max .Q Q

Qa Qk

QkQa =

Qa Qk

q

q*L+Qa = Qk

Qa Qk = 0

Lq

q*LQa =

Μέθοδος Hardy – Cross

1 2 5

4 3

7 6

Απλοποιημένο μοντέλο λειτουργίας δικτύου διανομής

Σκαρίφημα Αρχικών παροχών

Εξίσωση συνέχειας

1

0iQ

για κάθε κόμβο

+ -

-

Επιλογή διαμέτρου

2 4

*4

D QQ U D

U

Bress 3min ( / )1.2

m sD Q

min ( / )38 l sD Q (U=0.93)

Εξίσωση διατήρησης ενέργειας σε κλειστό κύκλωμα

1

0fih

Διαδικασία διόρθωσης αρχικών παροχών

2

fi

fi

i

hQ

h

Q

Παράδειγμα

1 2 5

4 3

7 6

6 10 8

10

8

6

10

5834

14

10

18 10

6

10

4

+

+

ΚΥΚΛΟΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΩΝ 1ος Κύκλωμα Αγωγός L Q Dον. Dεσ. u j Hf Hf/Q DQ Q'

m lit/s mm mm m/s m lit/s lit/s 1 1 , 2 300 34 250 213,2 0,95 0,0050 1,49 0,044 0,33 34,33

2 , 3 200 10 140 119,4 0,89 0,0095 1,90 0,190 0,33 10,33 3 , 4 300 -10 140 119,4 0,89 0,0095 -2,85 0,285 0,33 -9,67 4 , 1 200 -18 200 170,6 0,79 0,0046 -0,92 0,051 0,33 -17,67 -0,37 0,569 1,138

2 2 , 5 200 14 160 136,4 0,96 0,0091 1,83 0,131 0,09 14,09 5 , 6 400 6 110 93,8 0,87 0,0124 4,95 0,825 0,09 6,09 6 , 7 200 -4 90 76,6 0,87 0,0162 -3,24 0,810 0,09 -3,91 7 , 3 200 -10 140 119,4 0,89 0,0095 -1,90 0,190 0,09 -9,91

3 , 2 200 -

10,33 140 119,4 0,92 0,0101 -2,02 0,196 0,09 -10,24 -0,38 2,150 4,301

5. Εξωτερικό υδραγωγείο (σχεδιασμός - υδραυλικοί υπολογισμοί)

5.1. Τροφοδοσία δεξαμενής με βαρύτητα

L

Z1

Z2

Καθορισμός παροχής αγωγού

max *1000 24*3600

VV litQ st

α. Μεγάλο ΔΗ (Κριτήριο Umax=2,5m)

επιλογή 4* 2,5

*Q mD u su

β. Μικρό ΔΗ (Κριτήριο Εκμετάλλευση διαθέσιμου υδραυλικού φορτίου)

επιλογή D : max 1 2, Q J D D DL

Τεχνικά

Κλάση αγωγών

5.2. Τροφοδοσία δεξαμενής με άντληση

Hg

hf

hκ

Hman = Hg+hf +hk m

P = ( γ * Q * Hman)/(102 * nολ ) KW ή P = ( γ * Q * Hman)/(75 * nολ ) HP Ε = (V*Hman)/(367*nολ) ΚWΗ Όπου:

Hman το μανομετρικό ύψος σε m

Hg το γεωδαιτικό ύψος σε m

hf οι γραμμικές απώλειες σε m

hk οι τοπικές απώλειες σε m

P η απαιτούμενη ισχύς σε KW ή HP

E η καταναλισκόμενη ενέργεια σε KWH

γ το ειδ.βάρος του νερού 1 t/m3

Q η μεταφερόμενη παροχή σε lit/sec

nολ ο ολικός βαθμός απόδοσης

5.3. Υδραυλικό πλήγμα

Περιγραφή φαινομένου

Ταχύτητα διαδόσεως κύματος

g 1

α = [ ----- * ----------------- ] 0.5

ρ 1/ε + (d/e*E)

όπου α= η ταχύτητα διαδόσεως του κύματος σε m/sec

d=εσωτ. διάμετρος σε m

e=πάχος του τοιχώματος σε m

ρ=το ειδικό βάρος του νερού σε kgf/m3

ε=μέτρο ελαστικότητας νερού = 2.08*108 kgf/m2

Ε=μέτρο ελαστικότητας υλικού σωλήνα

EP.V.C. = 3,0 * 108 kgf/m2

Est = 2,1 * 1010 kgf/m2

Υπολογισμός υπερπιέσεων

- Για απότομη διακοπή Τ < 2L/α

T (sec)

α * V L (m)

max υπερπίεση ΔP = ------ α (m/sec)

g

- Για μη στιγμιαία διακοπή Τ > 2L/α

T (sec)

2 L*V L (m)

max υπερπίεση ΔP= --* --- α (m/sec)

g T

Επιλογή κλάσης αγωγού : Εγκύκλιος 22200/30.7.77/ Υ.Δ.Ε.

Ρονομ > Ρο και U * Pονομ > Ρο + ΔΡ (12)

όπου: Ρο --> η μέγιστη υδροστατική πίεση του αγωγού

ΔΡ --> η υπερπίεση λόγω του υδραυλικού πλήγματος

U --> συντελεστής προσαυξήσεως με τιμές

U=1.30 για χαλύβδινους αγωγούς και

U=1.25 για αγωγούς από P.V.C.

6. Δεξαμενές αποθήκευσης- εξισορρόπησης παροχών

6.1. Διάταξη – Θέση δεξαμενής

Y1

Y2

Hmax

Hmin

Ä

Ρόλος Δεξαμενών

α. Εξασφάλιση απαιτούμενης πίεσης

β. Εξισορρόπηση παροχών

Θέση Δεξαμενής

Υψομετρικά max .minH H P με . 50 70mP

maxmin fH H P h

Οριζοντιογραφικά

Απαιτούμενες πιέσεις

12-15 m για 1-οροφα κτίρια

16-19 m για 2-οροφα κτίρια

20-23 m για 3-οροφα κτίρια

24-27 m για 4-οροφα κτίρια

28-32 m για 5-οροφα κτίρια

33-36 m για 6-οροφα κτίρια

37-40 m για 7-οροφα κτίρια

6.2. Όγκος Δεξαμενών

QΕισ.

Q(t)= Qεξ.

0 12 24

Vmaxημ

24120

V

7. Εξοπλισμός - Αυτοματισμοί στα δίκτυα ύδρευσης

8. Παρακολούθηση λειτουργίας –Συντήρηση έργων ύδρευσης

ΕΡΓΑ ΑΠΟΧΕΤΕΥΣΕΩΝ

1. Συστήματα και διάταξη έργων αποχέτευσης

α.- τ ο π α ν τ ο ρ ρ ο ϊ κ ό σ ύ σ τ η μ α κ α ι

β.- το χω ρ ι σ τ ι κ ό σ ύ σ τ η μ α

1. Ακτινωτό δίκτυο

Αποδέκτης

2. Εγκάρσιο δίκτυο

Αποδέκτης

3. Παράλληλο δίκτυο

Αποδέκτης

2.Εκτίμηση παροχών λυμάτων

Με βάση:

1. Τον προβλεπόμενο πληθυσμό που πρόκειται να εξυπηρετηθεί κατά το έτος

στόχο ,

2. Το γεγονός ότι η παροχή ακαθάρτων μπορεί να ληφθεί περίπου ίση με το

90 % της παροχής ύδρευσης,

3. Τις εκτιμηθείσες για το πρόβλημά μας ανάγκες νερού ύδρευσης,

4. Τις αναμενόμενες παροχές εισροών στο δίκτυο ,

5. Την εφαρμογή των Ελληνικών Κανονισμών ( Π.Δ. 696/74 κεφ.Δ, αρθρ.208,

παρ.5)

ο υπολογισμός της μέγιστης αναμενόμενης παροχής γίνεται ως εξής:

q η μέση ημερήσια κατανάλωση lit/ημέρα/άτομο

qmax=1,5 * q η μέγιστη ημερήσια κατανάλωση lit/ημέρα/άτομο

Ν τα εξυπηρετούμενα ανά ημέρα άτομα

qm=0,9*Ν*qmax/24*3600 η μέση παροχή κατανάλωσης

p = 1,5 + 2,5/ qm ½ ο συντελεστής ωριαίας αιχμής

d = 2,0 *ΣL παροχή εισροής σε lit/sec (ΣL ανάντη μήκος σε Km)

Q = p * qm + d η μέγιστη αναμενόμενη παροχή σε lit/sec

Σημειώνεται ότι η εκτίμηση των κατοίκων που εξυπηρετεί κάθε αγωγός

προκύπτει από την εξυπηρετούμενη επιφάνεια επί την πυκνότητα.

3. Εκτίμηση παροχών ομβρίων

Υδρολογία

Σχέση έντασης –διάρκειας βροχόπτωσης

ΠΑΡAΔΕΙΓΜΑ (ΣΧΕΣΗΣ MONTANA)

i= 17,1317*T 0,2042 * t-0,65

* t σε hour, T η περίοδος επαναφοράς σε έτη , i σε mm/ hour

ΠΕ t i ΠΕ t i έτη min mm/hour έτη min mm/hour

10 10 87,9 50 10 122,1 15 67,5 15 93,8 20 56,0 20 77,8 25 48,4 25 67,3 30 43,0 30 59,8 35 38,9 35 54,1 40 35,7 40 49,6 45 33,1 45 45,9 50 30,9 50 42,9 55 29,0 55 40,3 60 27,4 60 38,1 65 26,0 65 36,2 70 24,8 70 34,5 75 23,7 75 33,0 80 22,7 80 31,6 85 21,9 85 30,4 90 21,1 90 29,3 95 20,3 95 28,3 100 19,7 100 27,3 105 19,1 105 26,5

110 18,5 110 25,7 115 18,0 115 25,0 120 17,5 120 24,3

Υδρογράφημα

Q

t

t < tβ συρ t = tβ συρ t >tβ συρ

Εκτίμηση της παροχής ( ορθολογική μέθοδος )

Κατά την ορθολογική μέθοδο η παροχή απορροής σε μια θέση γίνεται από την σχέση:

Q = C * I * F

όπου C : ο συντελεστής απορροής της αιχμής της πλημμύρας.

I : η μέση ένταση βροχής με διάρκεια ίση προς τον χρόνο που απαιτείται

να φθάσουν τα όμβρια νερά από το πλέον ακραίο σημείο της λεκάνης στην

εξεταζόμενη θέση. F : η επιφάνεια της λεκάνης απορροής.

Έτσι η ο υπολογισμός της παροχής για τις μονάδες που θα χρησιμοποιηθούν,

γίνεται με βάση τη σχέση :

Q = 0,278 x C x I x F

όπου: C = ο συντελεστής απορροής

I = η ένταση της βροχόπτωσης σε (mm/ώρα)

F = το εμβαδόν της λεκάνης (στρέμματα)

Q = η παροχή υπολογισμού (lit/s)

Συντελεστής απορροής Απαιτήσεις των Ελληνικών Κανονισμών ( άρθρο 187, Π.Δ. 696/74)

Περίοδος επανάληψης σχεδιασμού έργων

Χρόνος συρροής

Ο υπολογισμός του χρόνου συρροής για κάθε θέση του δικτύου εντός του οικισμού

υπολογίζεται αθροιστικά από τον αρχικό χρόνο συγκέντρωσης ( ο οποίος λαμβάνεται 10 min)

και το χρόνο ροής .

tσ = 10 min ,

tσ =tαρχικό + tδιαδρ.(s) = tαρχικό L(m) / V(m/s) sec =

= tσ /60 min

Υπολογισμός του χρόνου συρροής για κάποια θέση υδατορεύματος μιας

λεκάνης απορροής

tσ = 3,97 * (L3/H) 0,385 (σχέση KIRPICH )

όπου : t = ο χρόνος συρροής σε min

L = το μήκος της γραμμής φυσικής απορροής σε km

H = η μέγιστη υψομετρική διαφορά του ανωτάτου

υψομέτρου της λεκάνης απορροής και του

σημείου ελέγχου σε m

4. Υδραυλικός υπολογισμός δικτύων αποχέτευσης

Τυπολόγιο

Οι διατομές υπολογίζονται με εφαρμογή του τύπου του CHEZY (1) και ο

συντελεστής τραχύτητας C λαμβάνεται από τον τύπο του BAZIN (2).

Συγκεκριμένα οι ισχύουσες εξισώσεις είναι:

V = C * (R*J)0.5 (1)

C = 87 / ( 1+ γ / R 0.5) (2)

R = A / P (3)

A = D2 * (θ - sinθ )/ 8 (4)

P = D * θ /2 (5)

h = ( D / 2) * (1- cos (θ / 2) ) (6)

Q = V*A (7)

Για h = D προκύπτουν τα στοιχεία της πλήρους διατομής Qπλ Vπλ

Q / Q*

H / H*

U / U*

Q / Q*

H / H*

U / U*

Q / Q*

H / H*

U / U*

0,5 0,5 1 0,02 0,1 0,48 0,20 0,3 0,79

0,51 0,5 1,01 0,024 0,11 0,5 0,21 0,31 0,8 0,52 0,51 1,02 0,029 0,12 0,52 0,22 0,32 0,81 0,53 0,51 1,02 0,035 0,13 0,54 0,24 0,33 0,82 0,54 0,52 1,02 0,041 0,14 0,56 0,24 0,34 0,83 0,55 0,52 1,03 0,047 0,15 0,58 0,26 0,35 0,84 0,56 0,53 1,03 0,054 0,16 0,6 0,28 0,36 0,85 0,57 0,54 1,03 0,062 0,17 0,62 0,29 0,37 0,86 0,58 0,55 1,04 0,069 0,18 0,63 0,31 0,38 0,87 0,59 0,55 1,04 0,078 0,19 0,65 0,32 0,39 0,77 0,6 0,56 1,04 0,09 0,2 0,66 0,34 0,4 0,88

0,61 0,57 1,04 0,10 0,21 0,68 0,35 0,41 0,89 0,62 0,58 1,05 0,11 0,22 0,7 0,37 0,42 0,9 0,63 0,58 1,05 0,12 0,23 0,71 0,38 0,43 0,91 0,64 0,58 1,05 0,13 0,24 0,72 0,40 0,44 0,92 0,65 0,59 1,05 0,14 0,25 0,73 0,42 0,45 0,93 0,67 0,6 1,06 0,15 0,26 0,75 0,43 0,46 0,94 0,68 0,61 1,06 0,16 0,27 0,76 0,45 0,47 0,95 0,7 0,62 1,06 0,17 0,28 0,77 0,47 0,48 0,95

0,71 0,63 1,06 0,18 0,29 0,78 0,48 0,49 0,96 0,73 0,64 1,07 0,75 0,65 1,07 0,76 0,66 1,07 0,78 0,67 1,07 0,79 0,68 1,08 0,81 0,69 1,08 0,81 0,7 1,08 0,83 0,71 1,09 0,84 0,71 1,09

Συντελεστής τραχύτητας αγωγών

Ο συντελεστής τραχύτητας των χρησιμοποιούμενων αγωγών για δίκτυο λυμάτων

λαμβάνεται σύμφωνα με το Π.Δ. 696/74 κεφ.Δ, αρθρ.208, παρ.5 ίσος με γ = 0.25

Όρια ταχυτήτων ροής

Σύμφωνα με το Π.Δ. 696/74 κεφ.Δ, αρθρ.208, λαμβάνονται:

1ον . Μέγιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα ροής Umax=6,0 m/sec

2ον.. Ελάχιστες επιτρεπόμενες κλίσεις λαμβάνονται έτσι ώστε για παροχές ίσες με

το 1/10 της παροχετευτικότητας της πλήρους διατομής να αντιστοιχεί ταχύτητα ροής

0,30 m/sec για να υπάρχει δυνατότητα αυτοκαθαρισμού των αγωγών.

Όρια ύψους πλήρωσης

1. Σύμφωνα με το Π.Δ. 696/74 κεφ.Δ, αρθρ.208, για τις χρησιμοποιούμενες κυκλικές

διατομές, από άποψη ποσοστού πλήρωσης σημειώνεται ότι το μέγιστο επιτρεπόμενο

ύψος πλήρωσης (hmax) των σωληνωτών αγωγών κυκλικής διατομής σε σχέση με την

εσωτερική διάμετρο αυτών (D), δηλαδή ο λόγος hmax/D, όπως παρακάτω:

Σε δίκτυα λυμάτων :

- Για αγωγούς D <= 0,40 m : hmax/D = 0,50

- Για αγωγούς 0,40 < D <= 0,60 m : hmax/D = 0,60

- Για αγωγούς D > 0,60 m : hmax/D = 0,70

Ελάχιστη διάμετρος των αγωγών χρησιμοποιείται:

Για το δίκτυο λυμάτων η Φ 200 mm

Σε δίκτυα ομβρίων ή παντορροικά :

- Για αγωγούς κάθε D : hmax/D = 0,70

Ελάχιστη διάμετρος των αγωγών χρησιμοποιείται:

Για το δίκτυο λυμάτων η Φ 400 mm

Διαδικασία υπολογισμού

- Διάκριση περιπτώσεων ( μικρή – κανονική –μεγάλη κλίση)

- Τήρηση απαιτήσεων κανονισμού

- h/D , V/V* , Q/Q*

Κυκλική Αυλακωτή με ένα διάδρομο

Αυλακωτή με δύο διαδρόμους Ωοειδής

5. Στοιχεία κατασκευής δικτύων αποχέτευσης (αγωγοί-είδη φρεατίων)

6. Τεχνικά έργα δικτύων αποχέτευσης

7. Παρακολούθηση λειτουργίας – Συντήρηση δικτύων

Βιβλιογραφία

Εμμανουήλ Παρθενιάδης, Εισαγωγή στην Αστική Υδραυλική

Ηρακλής Χατζηαγγέλου, Τεύχος 1, Τεχνική Υδροδυναμική

Ηρακλής Χατζηαγγέλου, Τεύχος 2, Αντλίες και καταθλιπτικοί αγωγοί

Ηρακλής Χατζηαγγέλου, Τεύχος 3, Υδρεύσεις

Ηρακλής Χατζηαγγέλου, Τεύχος 4, Αποχετεύσεις

Αστέριος Παντοκράτορας, Αστική Υδραυλική