Аварийная ливневая канализация
EMERGENCY STORM SEWERAGE

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к закрытым водосбросам и может быть использовано для ликвидации глубоких луж и прочих водоемов, возникающих после обильных ливней или таяния снега, то есть для осушения затопленного города, как замена-альтернатива и работающая параллельно с уже установленной «городской ливневой канализацией», не справляющейся со своими функциями.
- канализация ливневая - Канализация, обеспечивающая сбор и отведение атмосферных сточных вод, а также вод от поливки улиц за пределы населенных мест и промышленных предприятий [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики … … Справочник технического переводчика
- Дождевая канализация - Дождевая (ливневая) канализация система канализации, предназначенная для организованного и достаточно быстрого отвода выпавших на территории города или промышленного предприятия атмосферных осадков или талых вод. В дождевую канализацию … … Википедия
По способу отвода атмосферных вод различают три вида дождевой канализации:
- открытого типа - арычная система, дождевые ливневые воды отводят с помощью открытых каналов и лотков;
- закрытого типа - стекающая дождевая вода собирается водоотводными лотками, входящими в конструкцию дорог и тротуаров, и через особые колодцы (дождеприемники) поступает в сеть подземных трубопроводов, по которой она сплавляется в ближайшие тальвеги, естественные водоемы или на очистные сооружения;
- смешанного типа - часть элементов открытой сети заменяется закрытыми подземными трубопроводами.
Известны конструкции:
Линейная ливневая канализация - это система желобов с уклоном в сторону коллекторного колодца. Ее чаще используют для удаления дождевой воды с проезжей и пешеходной части, асфальтированных площадок. Линейная ливневка должна быть выполнена с использованием мусоросборников и пескоуловителей, так как возможно попадание в нее значительного количества песка и уличного мусора. Для удобства эксплуатации и обеспечения безопасности используются решетки, заслонки и трапы. Преимущества такой системы - большие объемы водоотведения с асфальтированных дорог и тротуаров. Из серьезных недостатков - необходимость регулярного обслуживания и удаления песка и мусора из желобов, возможность быстрого засорения. Большинство современных систем ливневой канализации снабжено системами сигнализации засора и переполнения. Аппаратура контроля устанавливается в смотровых и коллекторных колодцах, водосборниках. Системы сигнализации облегчают обслуживание ливневки.
Недостатками данной конструкции является ее неэффективность на практике, то есть невозможность переброски с территории города глубоких ливневых водоемов-луж. Для работы «Линейной ливневой канализации» необходим пологий склон на всем протяжении города. Для этого надо выровнять все холмы, чтобы Москва, Сочи и другие города имели плоскую площадку, тогда потопов не будет. На практике это невыполнимо.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является Трубчатый водосброс Патент №95339.
Недостатками этого устройства для переброски с территории города глубоких ливневых луж являются, создание помех движению автотранспорта, невозможность его применения без адаптации к городским условиям. Трудоемкость развертывания и приведения в рабочее состояние, потеря времени, и невозможность его применения при многоуровневом затоплении городских участков, каждая глубокая лужа имеет свою высоту над уровнем моря (далее Н.У.М.). Предлагаемое изобретение является усовершенствованием конструкции «Трубчатый водосброс» - Патент №95339, и обладает более широким функционалом и применимо в условиях, горного или холмистого рельефа местности, например, в городах: Москва, Казань, Сочи, Ярославль, Смоленск и других.
Технической задачей изобретения является обеспечение эффективного водосброса из центра города на окраинные водоемы или в русла рек талых и дождевых вод, с помощью «Системы Вакуумных водосбросов» в условиях, горного или холмистого рельефа местности с неровным ландшафтом, не позволяющих достигать необходимого результата другими известными способами и устройствами известными на сегодняшний день.
Техническим результатом изобретения «Аварийная ливневая канализация» является:
1. Регулируемый переброс огромных масс воды из внутренних районов города в русла рек за городом или в море (например, в городах Черноморского побережья).
2. Минимизация энергетических затрат на транспортировку воды.
3. Минимизация числа «аварийных служб» для ликвидации ливневых затоплений.
4. Увеличение скорости водотока внутри водовода.
5. Увеличение количества проходящей по трубопроводу воды за единицу времени.
6. Реальное выполнение функций «Ливневой канализации» без капитального переустройства уже существующей системы и экономия финансовых средств.
7. Создание-поддержание комфортных условий городского быта.
Поставленные задачи обеспечиваются тем, что используется принцип Вакуумного водосброса для переброски воды без энергозатрат, содержащий основную трубу с входным и выходным оголовками, при этом водозабор находится в созданном дождем водоеме, с которым не справляется «Ливневая канализация», а водовыпуск находится за чертой города, на участке способном принять ливневые воды, например: направлен в русло реки или в море. Общая система «Вакуумного водосброса» состоит из нескольких-многих отдельных идентичных по конструкции участков, объединенных в одну общую «Систему вакуумных водосбросов» и работающих на выполнение общей задачи.
Изобретение поясняется тремя чертежами:
Рис. 1, где изображены - Четыре идентичных по конструкции Вакуумных водосброса объединенных в одну систему, это общий вид «Аварийной ливневой канализации».
1 - Водоемы сбора талой или дождевой воды, на разных уровнях Н.У.М.
2 - верхние трубопроводы вакуумные герметичные подающие воду от Водоемов сбора талой или дождевой воды, до нижнего большого трубопровода.
3 - Водозаборы верхних трубопроводов.
4 - запорные арматуры верхнего бьефа верхних трубопроводов.
5 - запорные арматуры нижнего бьефа верхних трубопроводов.
6 - нижний большой трубопровод вбирающий воду с верхних трубопроводов.
7 - верхняя запорная арматура большого трубопровода 5.
8 - нижняя запорная арматура большого трубопровода 5.
9 - водовыброс большого трубопровода 5.
10 - русло реки (за основу взяты город и река Москва).
Аварийная ливневая канализация, содержащая основную трубу с входным и выходным оголовками, при этом водозабор находится в водоеме 1, то есть верхнем бьефе, а водовыпуск находится в нижнем бьефе 10, а основная труба выполнена с возможностью наполнения ее водой, а входной и выходной оголовки снабжены запорной арматурой, трубопровод на всем протяжении жестко закреплен к земле, например, мини-сваями и/или анкерными креплениями посредством хомутов отличающийся тем, что создается система водосбросов, которая включает в себя основной вакуумный водосброс 6 и идентичные по конструкции подключаемые к нему вторичные линии 2 вакуумных водосбросов. Водосбросы 2 с более высоким расположением «над уровнем моря» далее «Н.У.М.» имеют меньшее сечение трубопроводов, чем второй ряд 6, а каждый последующий ряд имеют относительно большее сечение трубопроводов, а в целом, сечение нижнего большого трубопровода 6 равно сумме сечений всех верхних подключенных к нему трубопроводов 2. Это делается с целью, чтобы количество подаваемой воды с верхних водосбросов 2 не превышало вместимость нижнего - основного водосброса 6.
Трубопроводы 2 и/или 6 Вакуумного водосброса установлены внутри уже имеющихся тоннелей ливневой канализации и жестко закреплены к стенам тоннеля ливневой канализации, например анкерами.
Силы водотока будут вызывать сильную вибрацию на участках водозабора и водовыпуска из-за разницы высот между верхним 1 и нижним бьефами 10 и высокой скорости водотока (4-7 метров/сек). Это может привести к разрушению на участках водозабора и водовыпуска, прекращению работы всей системы. Для предотвращения разрушений участка трубопровода в месте водозабора и водовыпуска выполняется жесткое крепление трубопровода к земле. Также труба снабжена эластичными шарнирами-компенсаторами на границах смены уклона и внешних нагрузок, при этом поворот трубопровода выполняется не более 15° на 50 метров трубопровода для снижения вибрации, чтобы высокая скорость водотока не создавала вибраций на поворотах трубопровода.
В случаях где это технически целесообразно, используются уже установленные трубы «Городской ливневой канализации», при этом используемая труба от колодца до колодца должна быть герметичной, либо трубы Аварийной ливневой канализации устанавливаются внутри труб «Городской ливневой канализации».
Трубопровод Вакуумного водосброса проходит на поверхности и/или укладывается в траншею и/или в уже используемый в городском хозяйстве Водоотводный тоннель. Для экономии энергоносителей, что бы не наполнять верхние участки с помощью насосов, трубопроводы 2 выполнены с возможностью заполнения водой перед запуском в работу уменьшенным аналогом предлагаемой системы водовода, водозаборный оголовок 3 которого установлен в водоем 1, расположенный выше водоприемника основного трубопровода относительно уровня моря Н.У.М., а водовыпуск уменьшенного аналога присоединен к водоприемнику основного трубопровода.
Принцип вакуумного водосброса по закону физики, предъявляет требования: Водоприемник и воздушный клапан установлены на максимально высокой точке каждого вакуумного водосброса, и служат для заполнения его водой, при этом установлен не выше 8,5 метров относительно уровня водозабора 1, а также высота холмов рельефа местности по которым проходит водовод не выше 9 метров относительно уровня нижней точки вышестоящего участка Вакуумного водосброса, при этом водозапорная арматура нижестоящего участка находится ниже (10 см на 1 км или более), чем водозапорная арматура вышестоящего участка Вакуумного водосброса.
Для полного и ускоренного осушения ливневых луж 1, водозаборы 3 находятся в нижней точке водоема или колодце ливневой канализации или в небольшом искусственно созданном водоеме, находящемся в нижней точке большого водоема 1 созданного ливнем. В этом случае возрастет скорость перекачки воды и качество работы, то есть ливневые водоемы исчезнут полностью. Водовыпуск находится в русле реки 10 или за чертой города, в местах способных принять выкачиваемые объемы воды.
Обязательно соблюдается правило: Каждый участок вакуумного водосброса имеет среднеарифметический наклон вниз относительно уровня моря из расчета 10 сантиметров или более на один километр водовода, это условие для самотека воды в обычных условиях. Водозаборы огорожены как минимум одной прочной сеткой, для непропуска механических предметов в водозабор Вакуумного водосброса.
На сезон отсутствия дождей и затоплений, например на зиму, водозаборы 3 и водовыпуски 9 герметично консервируются. Летом просто закрываются вентили и водосбросы ждут новых ливней. На зиму сливается вода и входы законопачиваются.
На Рис. 2-а) изображено: общий вид холмистого рельефа и поведение потоков воды.
11 - микрорайон условно застроенный в 1985 году с автономной ливневой канализацией.
12 - микрорайон условно застроенный в 1995 году с автономной ливневой канализацией.
13 - микрорайон условно застроенный в 2005 году с объединенной ливневой канализацией
Рис. 2-б) где изображено поведение воды в объединенной ливневой канализации.
14 - водоотводные трубопроводы
15 - люк колодца ливневой канализации.
16 - вода, фонтанирующая из люка, под давлением водных потоков пришедших из соседних районов, расположенных выше, относительно «над уровнем моря» далее Н.У.М. Карта Москвы показывает разброс площадок по высоте «над уровнем моря» от 130 метров Н.У.М до 220 метров Н.У.М. Многие районы застраивались, не уделяя должного внимания водоотводным сооружениям. В итоге некоторые жилые районы оказались ниже соседних районов по высоте «над уровнем моря». Во время ливней вся вода идет к ним, и вода, фонтанирует из люка под давлением от потоков из соседних районов.
Для нормального водоотвода в низменных районах, нужны либо отдельные водостоки с нагнетательными помпами, которые будут выкачивать воду в русло реки, либо новая система ливневой канализации, если надо, что бы вода шла самотеком.
На Рис. 3-а) изображено: Фактическое устройство ливневой канализации с допущенными просчетами, 17 - поверхность холмистого грунта, 18 - колодцы ливневой канализации. Глубина колодцев стандартная, либо выполнена без учета рельефа соседних участков. В результате образуются огромные ливневые лужи-водоемы и фонтаны из колодцев.
На Рис. 3-б) Правильная Схема ливневой канализации, для гарантированного водоотвода, что бы вода шла самотеком.
Но поскольку уже все построено, предлагается дополнительная конструкция (Рис. 1) описанная выше. Способ работы Аварийной ливневой канализации (Рис. 1), включает:
а) Создание центра управления, где главный оператор отдает команды по работе с основным и вторичными вакуумными водосбросами и координирует действия операторов вторичных участков,
б) прикрепление к каждому участку подчиненных главному оператора(ов), снабженных средствами связи, например рацией,
в) выполняется создание карты ливневых водоемов с их координатами, измерением их высоты над уровнем моря, примерным объемом воды (куб. метров) от ливней.
«Вакуумный водосброс» работает следующим образом: Общая система городских водосбросов распределяется на несколько уровней, при этом сначала в работу запускается верхний уровень, затем ниже (Н.У.М), и так далее до самого низкого уровня. Либо конструкционный участок работает отдельно от других участков.
Сначала наполняются водой верхние участки Н.У.М. - 2, водосброса, далее по команде главного оператора, открываются нижние запорные арматуры 4 и 5 верхних участков 2 и открывается верхняя запорная арматура 7 основной водосбросной трубы 6, при этом запорная арматура 8 закрыта. Воздушный клапан в верхней точке трубы 6 открыт и происходит наполнение водосбросной трубы 6. Когда все трубы наполнены, оператор дает команду и выполняется открытие вентилей запорных арматур - синхронно. После полного открытия всех вентилей происходит выброс ливневой воды в русло реки 10 или в места способные принять выкачиваемые объемы воды.
При наличии помпового насоса открывается верхняя запорная арматура 4 и воздушный клапан, расположенный на верхней точке каждого трубопровода, после наполнения водой участка 2 водой, например помповым насосом, воздушный клапан закрывается, и операторы вторичных участков, ждут команды для подключения своего участка к основному водосбросу.
После поступления команды выполняется открытие вентилей запорных арматур на стыкуемых участках. Правило работы обслуживающего персонала: при запуске системы, или при остановке и консервации системы, открытие или закрытие вентилей запорных арматур производятся по команде синхронно, например за 30 секунд или за одну минуту.
Когда система запущена и работает, остается ждать, когда вакуумный водосброс выкачает ливневую лужу. После осушения ливневого водоема, закрытие запорных арматур происходит с расчетом, чтобы каждый участок водосброса 2 и 6 оставался наполненным водой и готов в любую минуту начать откачку воды снова, поскольку ливень может опять начаться. При наполненных водой участках водосброса, откачку воды можно начать быстро, не тратя время на подготовку, описанную выше.
Многие города расположены на холмистой местности, например: Казань, Ярославль, Сочи, и также Москва стоит на семи холмах. Высота холмов в г. Москва варьируется от 140 метров до 220 метров над уровнем моря (сокращенно Н.У.М.). Холмы нельзя определить визуально, из-за их многокилометровых размеров, но их можно обозначить на карте и сначала сделать расчеты для безошибочного строительства водоотводов.
В отличие от «Городской ливневой канализации», «Аварийная ливневая канализация» гарантированно осушает городские лужи и у нее очень редко могут быть заторы, поскольку она вакуумная и скорость водотока до 5-и метров в секунду.
В отличие от Пожарных машин МЧС, которые выкачивают воду из огромных городских луж, «Аварийная ливневая канализация» делает эту работу гораздо быстрее, без привлечения парка техники и без энергозатрат, или с минимальными энергозатратами.