Sổ tay thủy văn cầu đường - Tính toán thủy văn, thủy lực công trình thoát nước dọc tuyến part 8 pdf

316
Một trong những yêu cầu quan trọng nhất là đảm bảo khả năng thoát nớc
của hệ thống thoát nớc thải tới cuối giai đoạn tính toán. Nh vậy, để xác định lu
lợng tính toán cần có các số liệu hiện trạng và quy hoạch về dân số và các dữ liệu
chi tiết về các khu đô thị, khu thơng mại dịch vụ, xí nghiệp công nghiệp.
9.3.2. Tổng lu lợng nớc thải
Tổng lợng nớc thải xét về lu lợng (không xét tới thành phần) có thể
phân chia nh sau:
- Nớc thải sinh hoạt (khu nhà ở, khu thơng mại dịch vụ, bệnh viện,
trờng học, cơ quan, ). Tại các khu vực này, diễn biến lu lợng nớc thải là có
quy luật chung và không có các thay đổi bất thờng.
- Nớc thải công nghiệp là nớc thải từ các khu vực nhà máy, xí nghiệp.
Lu lợng nớc thải công nghiệp tuỳ thuộc vào thiết kế của nhà máy và tình hình
sản xuất. Các khu vực này đôi khi có các thay đổi bất thờng trong lu lợng nớc
thải.
Tổng lợng nớc thải tại khu vực đợc tính toán theo công thức sau:
W
t
= n
0
M + W
Kh
(9 - 13)
trong đó:
W
t
: tổng lợng nớc thải ngày tại khu vực, m
3
;
M: số dân trong khu vực tính toán, ngời. Thông số này thờng đợc xác

định căn cứ trên quy hoạch phát triển đô thị, hoặc căn cứ theo mật độ dân số quy
hoạch;
n
o
: tiêu chuẩn thải nớc ngày đêm. Tiêu chuẩn thải nớc là lợng nớc thải
tạo ra do một ngời sử dụng hệ thống thoát nớc hoặc tạo ra trên một đơn vị sản
phẩm sản xuất ra của xí nghiệp công nghiệp. Tiêu chuẩn thải nớc trong nhiều
trờng hợp có thể lấy bằng tiêu chuẩn cấp nớc;
W
Kh
: tổng lợng nớc thải phát sinh từ các khu vực khác ngoài khu dân c,
m
3
; ví dụ nh cơ sở sản xuất, thơng mại, dịch vụ, trờng học, bệnh viện, Trong
nhiều trờng hợp W
Kh
cũng đợc tính tơng tự nh W
t
, tức là căn cứ trên tiêu chuẩn
thải nớc đối với từng sản phẩm, giờng bệnh, học sinh, hoặc m
2
mặt bằng.
Lu lợng nớc thải trung bình ngày đợc tính từ tổng lợng nớc thải nh
sau:
400
.
86
t
tb
W

Q (9 - 14)
trong đó:
Q
tb
: lu lợng nớc thải trung bình ngày, m
3
/s;
Tuy nhiên lợng nớc thải chảy vào mạng lới thoát nớc thờng không điều
hoà theo giờ trong ngày (cực đại là buổi sáng và buổi chiều tối), không điều hòa
theo các ngày trong tuần.
Để xác định lu lợng tính toán đối với nớc thải, thông thờng sử dụng các
hệ số không điều hòa ngày đêm (K
ngđ
), không điều hòa theo giờ (K
h
) và hệ số
không điều hòa chung (K
ch
) là tích của hai hệ số trên:

317
hTB
h
hng ch
Q
Q
KKK
.
.max

(9 - 15)
trong đó:
Q
max.h
: lu lợng giờ lớn nhất trong ngày thải nớc lớn nhất;

Q
TB h
: lu lợng giờ trung bình trong ngày thải nớc trung bình.
Tơng tự nh vậy, hệ số không điều hòa chung đối với lu lợng nhỏ nhất
cũng đợc tính toán nh đối với lu lợng lớn nhất. Hệ số không điều hòa chung
đối với nớc thải sinh hoạt (khu dân c) tùy thuộc lu lợng nớc thải trung bình
lấy nh ở bảng 9 - 5 dới đây.
Bảng 9 - 5
Bảng giá trị của hệ số không điều hòa chung
Lu lợng trung bình,
l/s
5 10 20 50 100

300

500

100
0
>500
0
K
ch

max 2,5

2,1

1,9

1,7

1,6

1,5
5
1,5

1,47

1,44
min
0,3
8
0,4
5
0,5

0,5
5
0,5
9
0,6
2

0,6
6
0,69

0,71
Trong trờng hợp khu vực tính toán không chỉ là khu dân c, mà có nhiều
mục đích sử dụng khác, lu lợng tính toán của các khu vực ngoài khu dân c cần
phải xem xét, phân tích và áp dụng các phơng pháp tính toán thích hợp, ví dụ nh
căn cứ theo tiêu chuẩn cấp nớc. Đối với các nhà máy, khu công nghiệp có sử dụng
nhiều nớc trong quy trình sản xuất, cần căn cứ theo biểu đồ nhu cầu nớc theo yêu
cầu công nghệ.
Đ 9 .4. Đặc điểm chuyển động của nớc thải đô thị
Mạng lới thoát nớc thải sinh hoạt thờng đợc tính toán với một phần độ
đầy cống. Điều này cho phép:
- Tạo điều kiện tốt để vận chuyển các chất bẩn lơ lửng không tan.
- Đảm bảo thông hơi để loại các chất khí độc hại tách ra từ nớc thải.
- Tạo một phần tiết diện dự phòng để vận chuyển lu lợng vợt quá giá trị
tính toán.
Độ đầy cống đợc đặc trng bởi tỷ lệ giữa chiều cao lớp nớc H và đờng
kính d hay chiều cao toàn phần của cống (H/d).
Để tính toán thủy lực mạng lới thoát nớc ngời ta dùng công thức dòng
chảy ổn định và đều:
Q = . v (9 - 16)
RiCv ;
g
v
R
i
2
.

4
2

(9 - 17)
trong đó:

318
Q: lu lợng nớc thải, m
3
/s;
: diện tích mặt cắt ớt, m
2
;
C: hệ số Sêdi;
v: tốc độ trung bình của dòng chảy, m/s;
i: độ dốc thủy lực bằng độ dốc lòng ống cống khi chuyển động đều;
R: bán kính thủy lực, m; R = /;
: chu vi ớt, m;
g: gia tốc rơi tự do, 9,81m/s
2
.
9.4.1. Tiết diện cống và đặc tính thủy lực
Các loại tiết diện cống thoát nớc thờng dùng là cống tròn, cống vòm, cống
hộp vuông, cống hộp chữ nhật, kênh hình thang, rãnh hình chữ nhật. Kết cấu có thể
là bê tông cốt thép, vòm gạch, đá hộc xây . yêu cầu chung nhất là:
- Bảo đảm thoát nớc tốt, không gây lắng đọng;
- Đủ sức chịu tải trọng tĩnh và động;
- Giá thành hạ;
- Tránh dùng nhiều loại cống khác nhau.
Trên thực tế, đối với đô thị tiết diện cống hay sử dụng nhất là cống tròn do

có các u điểm về giá thành, khả năng sản xuất đồng loạt và tính dễ lắp ghép.
Thông thờng khi thiết kế mạng lới thoát nớc đô thị, các loại tiết diện cống chủ
yếu đợc cân nhắc là:
- Cống tròn bê tông cốt thép đối với hệ thống thoát nớc thải (nớc bẩn);
- Cống tròn bê tông cốt thép đối với hệ thống thoát nớc ma, đờng kính
lớn nhất là 2,0m;
- Cống hộp bê tông cốt thép (đổ tại chỗ hoặc lắp ghép) tiết diện hình vuông
hoặc hình chữ nhật, kích thớc nhỏ nhất nên lớn hơn 1,0m;
- Rãnh thoát nớc hình chữ nhật.
Công thức chung tính lu lợng thoát nớc của cống nh sau:
Q=.V (9 - 18)
iRCIRCV
(9 - 19)
trong đó:
Q: lu lợng m
3
/s;
: diện tích tiết diện ớt, m
2
;
V: tốc độ nớc chảy, m/s;
R: bán kính thủy lực, m;
I: độ dốc thủy lực, lấy bằng độ dốc cống i;
C: hệ số Sê di. Theo công thức Pavlốpki:

319
y
R
n
C .

1

(9 - 20)
trong đó:
n: hệ số nhám, phụ thuộc vật liệu và phơng pháp chế tạo cống. Xem bảng 9
-6;
y: số mũ, phụ thuộc độ nhám, hình dạng và kích thớc của cống:


1,075,013,05,2 nny (9 - 21)
Trong nhiều trờng hợp, công thức vận tốc có thể viết nh sau:
2/13/2
1
IR
n
V

(9 - 22)
Bảng 9 - 6
Hệ số nhám n
Loại cống (kênh) Hệ số nhám n
Cống:
- Sành
- Bê tông và bê tông cốt
thép
- Xi măng và a mi ăng
- Gang
- Thép
Kênh
- Gạch

- Đá có trát vữa xi măng

0,013
0,014
0,012
0,013
0,012

0,015
0,017
Chú ý: Các trị số ở bảng nêu trên tơng ứng với điều kiện sản xuất hoàn
chỉnh, nếu sản xuất bằng thủ công thì trị số nhám sẽ lớn hơn nhiều.
Đặc tính thủy lực tốt nhất của tiết diện cống xác định bằng khả năng thoát
nớc lớn nhất, khi cùng đạt một độ dốc và diện tích tiết diện ớt bằng nhau. Nh
vậy cống tròn là tốt nhất vì có bán kính thủy lực R lớn nhất.


R (9 - 23)
trong đó:
: diện tích tiết diện ớt, m
2
;
: chu vi ớt, m;
Do cống tròn thoát nớc tốt, dễ chế tạo hàng loạt và bền vững nên đợc dùng
rộng rãi, tới 90% số lợng trong mạng lới thoát nớc.
9.4.2. Tổn thất cục bộ trong mạng lới thoát nớc
Tổn thất cục bộ thờng đợc tính ở giếng thăm, giếng chuyển bậc với cống
có d<500mm và ở cửa xả ra kênh, sông thoát nớc chảy qua đô thị. Do tổn thất cục
bộ gây ra hiện tợng dềnh nớc, làm lắng đọng bùn rác, lâu ngày có thể làm tắc
cống.

Cột nớc tổn thất cục bộ đợc tính theo công thức:

320
g
V
h
r
2
2


(9 - 24)
trong đó:

: hệ số tổn thất cục bộ;
V: tốc độ dòng chảy ở mặt cắt sau chỗ tổn thất, theo chiều nớc chảy, m/s;
g: gia tốc trọng trờng, 9,81m/s
2
.
Tại cửa xả là nơi mở rộng đột ngột, có thể tính cột nớc theo định luật Booc -
đa:
g
vV
H
dm
2
21


(9 - 25)

Khi áp dụng công thức nêu trên có thể kết hợp tính toán với đo đạc thực tế
(nh đo tốc độ V
2
của sông có nhiều cửa xả trong mùa ngập lụt).
Hệ số tổn thất cục bộ

có thể tính cho trờng hợp thu hẹp đột ngột

ch
= 0,05 (1-


)
2
(9 - 26)
Trờng hợp cửa xả:

cx
= (1-


)
2
(9 - 27)
trong đó

,

là diện tích mặt cắt. Khi

lớn hơn nhiều so với

thì

cx
= 1.
Bảng 9 7
Trị số


Vị trí gây tổn thất cục bộ


- Cửa thu nớc vào kênh mơng 0,1
- Cửa thu nớc vào ống gờ nhọn 0,5
- Cửa thu nớc vào ống ở dới mực nớc 1,0
- Van khóa ở mức độ hở:
Hoàn toàn

0,50
3/4

0,26
1/2

2,06
- Van ngợc chiều 5,0
- Khuỷu ống 90
O
, ỉ100 - 1000mm 0,39 0,50

9.4.3. Đờng kính tối thiểu và độ đầy tối đa
Ngời ta quy định đờng kính tối thiểu tùy theo loại nớc thải, phạm vi sử
dụng là để tránh bị tắc cống, giảm bớt chi phí quản lí.
Độ đầy a = h/d, h/H đợc quy định thờng nhỏ hơn 1 để bảo đảm điều kiện
chảy không ngập của cống và còn để thông hơi, nhất là với cống nớc thải sinh
hoạt, loại nớc bẩn. Riêng với cống thoát nớc ma, thoát nớc chung thì có thể
đợc dùng h/d = 1 khi đạt lu lợng tối đa.
a. ng kính nh nht ca ng: