Определение коэффициентов шероховатости и Шези для расчета участков сетей водоотведения в условиях сокращение расходов сточных вод

Определение коэффициентов шероховатости и Шези для расчета участков сетей водоотведения в условиях сокращение расходов сточных вод

Т. М. Мкртчян, Н.С. Серпокрылов

В безнапорных трубопроводах канализационных сетей движение жидкости, как правило, неравномерное. Однако на транзитных участках достаточной протяжённости, где для выравнивания потока имеется прямолинейный участок не менее 40-50 hжид(hжид - наполнение), постоянные сечение и уклон, движение жидкости можно считать равномерным, и для расчетов использовать формулу Шези [1]:

V = с4т

где V -средняя скорость, м/с; с- коэффициент Шези, м05/с ; Я-гидравлический радиус, м; ^гидравлический уклон.

Существует ряд формул, предназначенных для определения коэффициента Шези, в отечественной практике для расчета величины коэффициента С используют формулу Н.Н.Павловского [2]:

с = -Яу ,

п

где у- величина переменная, зависящая от гидравлического радиуса Я и коэффициента шероховатости п

у = 2.5л/п - 0.13 - 0.75л/я(л/п - 0.1).

Однако в настоящее время в действующих системах водоотведения, в условиях снижения расходов сточных вод вследствие внедрения систем учета расходов воды в быту и в промышленности, существующие диаметры и уклоны труб отдельных участков не обеспечивают самоочищающиеся скорости, поэтому взвешенные вещества оседают в лотках труб. Для подъема этих осадков с лотка и приведения в "волнообразное" состояние одного и того же количества взвеси требуются большие скорости, чем для транспортирования этого же количества

неосевших взвешенных веществ. В результате на дне трубопровода постепенно оседают и накапливаются различные твердые вещества, в особенности песок, прочно "цементирующийся" канализационным илом. Образовавшийся таким образом осадок "укатывается" слоем текущей воды, увеличивая шероховатость труб и, соответственно, сопротивление потоку жидкости. [3]

Известно, что изменение коэффициента шероховатости п весьма существенно влияет на результаты гидравлического и технико-

экономического расчета сетей: при одинаковых условиях (диаметр, наполнение, уклон) расхождение в определении расхода при изменении п в пределах от 0.012 до 0.014 составляет в среднем 18% [4].

Для нахождения расчетного расхода сточных вод, размывающего накопившийся слой и предотвращающего образование осадков в дальнейшем, необходимо определить фактически сложившийся на практике коэффициент шероховатости п для канализационных трубопроводов с донными отложениями.

Анализ существующих исследований по определению коэффициента шероховатости осадков в действующих канализационных трубопроводах показал, что таких данных, особенно в условиях снижения расходов сточных вод, недостаточно для корректировки расчетных зависимостей. [5]Поэтому была поставлена задача уточнить коэффициент шероховатости для разных диаметров труб из различных материалов, находящихся в условиях транспортирования сточной жидкости и имеющие донные отложения.

Канализационный трубопровод с фактически имеющимися донными отложениями будем рассматривать как безнапорный канал с разнородной шероховатостью, допуская, [5]что толщина осадков не меняется по длине расчетного участка. Поэтому можно считать, что движение сточных вод в заиленных трубопроводах на таких участках равномерно.

Рис. 1 Точки замеров скоростей в поперечных сечениях коллекторов с осадками.

Тогда для таких трубопроводов формула Н.Н. Павловского принимает вид

сп = -1- яу ,

п п

где пп - приведенный коэффициент шероховатости [3]:

пП'тр +—ГП'ОС

ОС ,

1+^ I О

где 1тр и 1ос - смоченные периметры трубы и осадка с коэффициентами шероховатости соответственно птр и пос .

Коэффициент шероховатости птр для внутренней поверхности канализационного трубопровода, покрытой биопленкой, независимо от материала труб согласно [6] можно принять птр =0.014.

Для получения экспериментальных данных, были проведены гидравлические исследования в производственных условиях на канализационной сети г. Еревана и г. Раздана республики Армения.[7] Для оценки истинного значения величины пос с надежностью р = 0,95, предполагая, что измерения независимы и произведены без систематической ошибки, а случайные ошибки распределены по нормальному закону с параметрами 0 и о по данным подсчитаем значения выборочного среднего

1 19

посср = —У посг = 0.0203 Р 19 £

и выборочной дисперсии

1 19

^2 = — у (и.ос - п°с )2 = 3.82*10-6

18 ч г ср '

В качестве точечных оценок величины пос примем соответственно пспос = 0.0020 и ^ = 4¥ = 0.001955. Найдем доверительный интервал для пос с надежностью р = 0.95. Так как точное значение стандартной ошибки измерения а неизвестно, то доверительные границы для пос - подсчитываем с помощью распределения Стьюдента [8]: для числа степеней свободы К=19-1=18 находим коэффициент Стьюдента 1=1(0.95;18)=2.101, что

^ ос ос

позволяет найти соответствующую границу отклонения п от п ср

пос - пос

ср

= 4 = 2.1010^ = 0.00094 V/ л/19

Тогда доверительный интервал для пос с надежностью 0,95 находится в интервале

ппр =

0.000196* I + 0.0004* I

тр ос / с \

I +1

тр ос

Если для упрощения расчётов принимать, что части смоченного периметра 1тр = 1ос то из (5) получим ппр = 0.017.В итоге для исследованных сетей канализации формула (3) примет вид

С=58.82 * к0 195-0022Ж (6) Выполненные по (6) расчеты показывают удовлетворительную сходимость фактических и расчетных скоростей течения сточных вод, максимальное расхождение не превышает 10%, т. е. для условий республики Армения коэффициент Шези при проектировании самотечных сетей водоотведения следует вести по (6) при ппр = 0.017.

Литература:

1. Богомолов А.И., Махайлов К.А. Гидравлика . - М.: 1972 г. С. 52.

2. Wood D. K., Tchobanoglous O. Trace elements in Biological Waste Treatment // J. Water Pollut. Control Fed. vol. 47. num. 7. 1975.P.75-54.

3. Н.С. Серпокрылов, А. А. Бондарчук, И.В. Новосельцева, Н.Н. Куля Экспериментальное исследование водоструйного аэратора [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2011, №2. -Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2012/852 (доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

4. Лукиных А. А., Лукиных Н. А. Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей по фоормуле акад. Павловского Н. Н. Из. 4-е дополн. - М.: Стройиздат, 1974, 156 с.

5. Серпокрылов Н.С. и Мкртчян T. M. Патент на полезную модель РФ №123929 „Устройство для измерения высоты слоя осадков в колодцах канализационной сети", опубл. 10.01.2013,

6. Румшиский Л.З. Элементы теории вероятности.- М.:изд ,,Наука", 1976.с 15-18.

7. County Sanitation District No. 4 of Santa Clara County // Specifications Section 20.2. part 3. Campbell, Calif. Р. 19-23.

8. Давыденко О.В. Обзор современных проблем и перспектив развития водоснабжения и водоотведения на территории Ставропольского края [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2011, №2. -Режим оступа:http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n2y2011/427(доступ свободный) - Загл. с экрана. - Яз. рус.

9. ГОСТ 15126-80. Средства измерения скорости течения воды. Вертушки гидрометрические речные.

10. Герасимов Г.Н. Технический справочник по обработке воды: в 2 т. -СПб: Новый журнал / Degremont: 2007. Т. 1.- С. 878, Т.2.- С. 920.