Teoretyczne Podstawy Hydrauliki Zbiorników Grawitacyjnych Obliczanie Objętości Zbiornika Retencyjnego
Metody obliczania objętości kanalizacyjnych zbiorników retencyjnych
Podstawowe zadanie projektowania zbiorników retencyjnych polega na określeniu objętości zbiornika. Do obliczeń zbiorników retencyjnych można wykorzystać szereg metod uproszczonych obliczania objętości zbiornika uzyskując różne wyniki. Wynika to z faktu, że każdą metodę wyprowadzono przy innych założeniach upraszczających.
Metody uproszczone obliczania objętości kanalizacyjnych zbiorników retencyjnych
Wybór metody obliczeń objętości zbiornika powinien być poprzedzony analizą warunków dla których ta metoda jest ważna. Oznacza to, że dokładność uzyskanych wyników obliczeń będzie zadowalająca gdy warunki dla których prowadzimy obliczenia są zbliżone do warunków dla których dana metoda została wyprowadzona.
Metody uproszczone analityczne:
- Mullera – Neuhausa,
- Annena i Londonga,
- Pechera,
- Maiprichta i Lautricha,
- Błaszczyka,
- Dziopaka,
- DWA-A-117.
Metoda podstawowa obliczania objętości kanalizacyjnych zbiorników retencyjnych
Podstawą do stworzenia programu kalkulator hydrauliczny zbiornika retencyjnego jest równanie retencji pozwalające określić objętość zbiornika retencyjnego. Ze względu na skomplikowane funkcje opisujące hydrogram dopływu, powierzchnie zbiornika, charakterystykę odpływu obliczenia należy przeprowadzić numerycznie.
gdzie:
- D(t) – zmienny w czasie dopływ do zbiornika
- P(t) – zmienny w czasie opad bezpośredni na powierzchnię zbiornika
- O(t) – zmienny w czasie odpływ ze zbiornika
- E(t) – zmienne w czasie parowanie wody z powierzchni zbiornika
- G(t) – zmienna w czasie infiltracja wody ze zbiornika do gruntu
Równanie retencji opisuje zmianę objętości akumulowanej wody w zależności od relacji pomiędzy dopływem do zbiornika a odpływem ze zbiornika.
W praktyce często, zamiast pojemnością zbiornika wygodniej jest operować jego napełnieniem h(t).
Zmianę objętości wody w zbiorniku można wyrazić poprzez zmianę jego napełnienia:
Równanie rozwiązujemy jedną z metod całkowania numerycznego równania różniczkowego zwyczajnego z warunkiem początkowy h(t=0)=h0.
Charakterystyczne fazy pracy zbiornika retencyjnego
W czasie pracy zbiornika można zaobserwować trzy fazy jego pracy:
Faza stabilizacji napełnienia zbiornika występuje, gdy:
Faza opróżniania zbiornika występuje, gdy:
Faza napełniania zbiornika występuje, gdy:
Wykres przebiegu napełnień h(t) w zbiorniku jednokomorowym przy zmiennym dopływie D(t).
Wykres przebiegu dopływu D(t) i odpływu O(t) w zbiorniku jednokomorowym.
Objętość dopływu (pole powierzchni pod krzywą dopływu) powinna być taka sama jak objętość odpływu (pole powierzchni pod krzywą odpływu). Ze względu na numeryczne obliczenia maksymalna różnica w obliczonych objętościach wynosi ± 0.1%. Związane to jest z przyjętym krokiem całkowania oraz dopuszczanym błędem obliczeń.
Uproszczone rówanie retencji wód opadowych w zbiorniku
Większość zbiorników kanalizacyjnych wykonana jest jako szczelne i zamknięte. W związku z tym człony P(t)=0.0, E(t)=0.0, G(t)=0.0 i równanie retencji sprowadza się do uproszczonej postaci:
Wyznaczając wymaganą objętość zbiornika, możemy zmieniać jedynie funkcję A(h), w ograniczonym zakresie O(t) (maksymalny limit odprowadzanych wód jest z góry ustalony) jednak możemy dobrać odpowiednie urządzenie dławiące oraz typ zbiornika z ekonomicznego punktu rozwiązania. Na funkcję D(t) transformującą opad w odpływ projektant nie ma większego wpływu.