NUOTEKŲ INFILTRACIJOS MAŽINIMAS

2017-12-12

Vilnius

dr. Mindaugas Rimeika

VGTU // UAB Vandensauga

Infiltracija

Nuotekos į aplinką – apmokėtos nuotekos

Infiltracija = ---------------------------------------------Išleidžiamos nuotekos į aplinką

2

Neapskaitytų nuotekų kiekis (infiltracija) priežastys:

Vandens nuostoliai – pastato įvadinėje apskaitoje;

Lietaus vandens patekimas – tiesioginis stogų

(aikštelių) pajungimas ir/arba per šulinių dangčius;

Gruntinio vandens patekimas – per nesandarius

šulinius ir vamzdžius;

Drenažas – tiesioginis pajungimas.

Terminai, LST EN 752

Sausmečio debitas - debitas, kuriam nedaro poveikio liūtys arba sniego tirpsmas (dryweather flow);

Pašaliniai vandenys - nepageidaujamas vandens kiekis nuotakyne (extraneous water);

Infiltracija - nepageidaujamo gruntinio vandens įsisunkimas į nuotakyną (infiltration).

Infiltracija- paviršinio vandens ar valytų nuotekų įsigėrimas į gruntą (infiltration).

Eksfiltracija - nuotekų ištekėjimas iš nuotakyno į aplinkinį gruntą (exfiltration).

3

Debito, atsiradusio iš lietaus vandens, terminija

4

1 - lietaus vanduo;

2 - nuotėkis;

3 - paviršinis vanduo;

4 - infiltracija;

5 - paviršinių nuotekų priimtuvas.

Statistika, LVTA, 2016 m.

• Pašalinta nuotekų 164,5 mln. m3/metus.

• Apmokėtas nuotekų kiekis 93 mln.m3/met.

• Infiltracija 71,6 mln. m3/metus.

• Infiltracija – 44 %.

• Atitinka: 6500 m3/metus/1 km (~18 m3/d/1 km).

• 2 įmonės – infiltracija mažiau 20% (???)

• 5 įmonės - infiltracija mažiau 30%.

5

Infiltracija - lemtis

Žmonės sako, kad nieko čia nepadarysi, gyvename tokiomis sąlygomis, kad infiltracijaneišvengiama.

Lietuvoje lyja, todėl yra infiltracija.

Dauguma susitaikė ir nieko nevyksta.

Vandens nuostoliai nuosekliai, išlėto bet mažėja.

Infiltracija, nuosekliai, išlėto, bet didėja...

6

Upės NS (Vilnius)Nuotekų debitas ir lietaus kiekis

Priklausomybė kritulių ir nuotekų kiekio

8

Upės NS

Sausu metu nuotekų perpumpuojama:

20 000 – 30 000 m3/d.

Vidutiniškai – 25 915 m3/d (2016)

Vidutiniškai – 26 898 m3/d (2017)

+4 proc.

9

Lietaus metu nuotekų perpumpuojama:

2016 m. didžiausias debitas 55 600 m3/d.

2017 m. didžiausias debitas 58 600 m3/d.

Kritulių kartojimosi dažnumas

10

Kritulių kartojimosi dažnumas

Kritulių statistika

Kritulių kiekis, mm/d 0 mm0-0,5 mm

0,5-1,0 mm

1-2 mm

2-3 mm

3-4 mm

4-5 mm

5-10 mm

10-20 mm

20-30 mm

>30 mm

2016Lietų dažnumas per metus,

vnt.- 9 19 31 13 13 3 20 10 1 0

2017Lietų dažnumas per metus,

vnt.- 14 18 17 11 15 11 22 14 2 2

2016Vidutinis kiekis per

atitinkamus lietus, m3/d25915 27308 27377 26936 28392 30441 35997 32555 41867 47096

2017Vidutinis kiekis per

atitinkamus lietus, m3/d26898 27392 28009 29556 30358 31750 32816 35809 40360 39289 46957

12

2016 (03-11) metais iš viso 119 lietūs, iš 275 dienų.

2017 (03-10) metais iš viso 126 lietūs, iš 250 dienų.

2016 (03-11) metais prilijo 436 mm.

2017 (03-10) metais prilijo 668 mm.

Upės NS

13

Kiek dėl lietaus daugiau perpumpuojama nuotekų?

+9% metinio nuotekų kiekio

Upės NS

14

Kiek dėl lietaus daugiau perpumpuojama nuotekų?

+7% metinio nuotekų kiekio

Lietus tik momentinė problema, 5-15 dienų/metus ir 2-8 val./d.

Upės NS – lietaus įtaka

2017 m. (03-01 // 11-16).

Analizuotos 250 dienos.

Be lietaus 124 dienos, vid. 26898 m3/d.

Iš viso išpumpuota 7421985 m3.

Jeigu nebūtų lietaus visas dienas būtų sausa:

250 x 26898 = 6724548 m3.

Skirtumas kiek prie bendro nuotekų kiekiopridėjo lietus:

7421985 – 6724548 = 697437 m3.

Lietaus įtaka +9%.

15

Infiltracija

Visi sako, kad infiltracija dėl lietaus?

Bet tik iki 10% ?

Taip kaip tada gaunasi 44%?

16

1. Infiltracija per tinklus – dėl nesandarumų.

2. Tiesioginiai pasijungimai – stogai, gatvės.

Keli pvz. debito matavimo poreikis

Balansas

18

2017-07-18. Paros debitas 274 m3/d.

Naktinis debitas 6,4 m3/h.

Naktinio debito dalis: 6,4 x 24= 154 m3/d.

Gyventojų suvartotas vanduo: 274-154=120 m3/d

Geras baseinas, nėra infiltracijos

20

Infiltracija

Infiltracija – didelė analogija su vandens nuostoliais.

Tik smirda, nehigieniška ir dar priklauso nuo lietaus.

Metodai tokie patys:

ZONAVIMAS

MATAVIMAS

ANALIZĖ

Papildomai reikia TV inspekcijos ir dūmų testo.

Infiltracija

Vandentiekio tinkle reikia zonuoti ir sklendes uždarinėti.

Nuotakyne, viskas jau ir taip suzonuota ....

Didžioji zona – nuotekų siurblinės aptarnaujamas baseinas.

Belieka tik matuoti, kas ir iš kur atiteka į nuotekų siurblinę.

Išanalizuoti susidarančių nuotekų kiekį sausu ir lietingu metų laiku; įvertinti lietaus vandens ir sniego tirpsmo įtaką nuotekų balansui; įvertinti nuotekų tinklo hidraulinį pralaidumą lietus metu.

21

Reikalinga įranga

Lietaus matavimas;

Nuotekų debito ir temperatūros matavimas;

Mėginių paėmimas - papildomai.

22

Kritulių matavimai

Kritulmatis – kritulių kiekis ir intensyvumas.

Kur statyti – ant nuotekų siurblinės stogo.

Galima gauti iš meteo tarnybos, jeigu matuoja?

Bet geriau turėti savo ir kilnoti, priklausomai nuo vietos, kur matuojamas debitas.

23

Lietaus matavimas Vilniuje

Trakų Vokė

LHT, oficiali Vilniaus

meteorologinė stotis

Tiškevičiaus g. 12a

Matuoja kas 10 min.

VU, meteorologijos stotis

M. K. Čiurlionio g. 21/27

Matuoja kas 1 min ir 60 min.

Vilniaus oro uostas Matuoja

kas 6 val.

Saulėtekio

„Niujorkas“

Dviejų meteorologinių stočių palyginimas (2017)

VU – 668 mm/9 mėn.; LHT – 717 mm/9 mėn. Skirtumas 7%.

Upės NSPalyginimas nuotekų kiekio ir meteo stočių

26

Lietaus matavimo prietaiso veikimas

Sūpuoklinis mechanizmas.

Lovelis padalintas į dvi vienodas dalis, kiek pasvirusias.

Ant ašelės sumontuotas elektros impulsus generuojantis įtaisas.

Lovelio tūris yra fiksuotas (0,1-0,25 mm).

Pagal lovelio „vartymosi“

dažnumą nustatomas

lietaus intensyvumas ir kiekis.

27

Prietaisai matuoja 1-60 min intervalu.

Lietaus matavimo vietos

28

Keturios lietaus matavimo vietos

2,5 km

1,5 km

1,7 km

Lietaus matavimo rezultatai

Projekte matuota 2016-10-16 /2016-11-08

30

2,5 km

1,5 km

1,7 km

70,2 mm

69,1 mm

1,6%

51,1 mm

27,2%

62,4 mm

11,1%

83 m

90 m

160 m124 m

Debito matavimas atvirose vagose arba savitakiniuose vamzdžiuose

Latakas;

Slenkstis;

Ploto-greičio metodas;

Tėkmės sudarymas analogiškas slėginiuose vamzdžiuose.

31

Latakai

Naudojami dideliam vandens kiekiui matuoti.

Tinka upelių ir nuotekų (nevalytų ir valytų) debito matavimui.

Paprastai gaminami gamykloje.

Tik dideliems debitams – betonuojami vietoje.

Idėja – vandens tėkmė teka, per žinomos geometrijos lataką, su žinomu nuolydžiu. Tada –vandens kiekis priklauso tik nuo vandens kiekio latake.

Matuojamas tik vienas parametras – vandens lygis prieš kliūtį.

32

Venturi latakas Paršalio latakas

600 m3/h, 9 m

2500 m3/h, 11 m

33

Didelės investicijos;

Paprastai su ultragarsiniu lygio davikliu.

34

35

Slenksčiai

Formaliai gali būti bet

kokios formos...

Realiai būna:

Trikampiai;

Stačiakampiai;

Trapeciniai.

Slenksčiai turi būti pagaminti iš plonos medžiagos, paprastai nerūdijančio plieno.

Formą išpjauti gali bet kas.

36

Vandens lygio matavimas

Vienintelis dalykas, ką reikia matuoti – vandens lygis:

Liniuotė;

Plūdė;

Hidrostatinis lygio daviklis;

Ultragarsinis lygio daviklis.

Matuoti ne prie slenksčio, o atitraukus, (3-4)H.

37

Debito matavimo slenksčiai

Trikampis slenkstis:

Stačiakampis slenkstis:

Q – debitas, m3/s;

H – vandens aukštis virš slenksčio, m;

b – slenksčio plotis, m.

Koeficientai nustatomi

individualiai, taruojant

kiekvieną matavimo mazgą.

47,2

343,1 HQ

3/2

93,1 HbQ

38

Ploto – greičio metodas

Tvirtinamas vamzdyje;

Geras tikslumas.

Gerai monitoringui, mobilus.

39

Debito matavimas - naudoti

Debitui matuoti savitakiniuose tinkluose:

Ultragarsiniai – patvenkti savitakinį vamzdį, Nivus (Vokietija);

Doplerio / lygio matavimas - savitakiniai vamzdžiai be patvankos, Hydreka (Prancūzija).

40

Sudaro patvanką tinkle.

Naudojamas vamzdžiuose DN150-DN300

Pratekantis vamzdis DN90

DN350-DN600, anga DN300.

Nivus debitomatis savitakiniams tinklams

NPP Nivus Pipe Profiler

Ved

inim

as

Sensorius

Guminis sandarinimas

Prisijungimai prie valdiklio

Baterijų kroviklis

Duomenų perdavimas GPRS

Semtuvas

Ultragarinis debito sensorius

Bendras vaizdas - Nivus

43

Nivus debitomačių tikrinimas su Dzūkijos vandenų debitomačiu NS20

44

Data NS20

Nivus iš

miesto pusės

Nivus iš

rajono pusės

Nivus

bendras

Matavimo

vnt. Skirtumas

2016-11-08 78,7 41,65 37,37 79,02 m3/d -0,41%

2016-11-09 67,38 42,07 26,52 68,59 m3/d -1,80%

146,08 83,72 63,89 147,61 m3/ 2 d -1,05%

Realios problemos tinkle

Dideli vamzdžiai, o mažai nuotekų.

45

Montuojama vamzdyje, naudojant sujungiamas metalines jungtis.

Galima naudoti iki DN650.

Didesniems skersmenims reikia gręžti

į vamzdį.

Du sensoriai: greičio matavio ir vandens lygio, bei

temperatūros

Hydreka - Doplerio metodas

Doplerio metodas

ss

47

Matavimas

Tėkmės greitis: 1 cm/s – 5 m/s

Minimalus nuotekų aukštis: 2 cm virš sensoriaus.

Sensorius su plokštele 2,1 cm. Nuotekų aukštis >4,1 cm.

48

βδ

Sensorius

Tekėjimo kryptis

Spindulio plotas

β = 3°, δ = 10°Spindulys

Debitas

a

49

Montavimas

Jeigu yra nuosėdų, galima montuoti šone, virš nuosėdų.

Vamzdynuose yra nuosėdų,

todėl sensorius pakeltas virš jų.

50

51

Šulinių apžiūra

Įvertinant tinklą, užstatymą ir siurblines brėžinyje nustatomi šuliniai, kuriuose planuojama matuoti debitą.

Šuliniai – į kuriuos nuo tam tikros teritorijos (baseino) atiteka nuotekos.

Šuliniai apžiūrimi, įvertinant:

Nuosėdas;

Tekėjimo greitį;

Patvanką;

Prisijungimus;

Šulinio gylį, vietą plane;

Įvertinamas debito matavimo būdas.52

Kyla nenumatytų problemų...

53

54

Pakalnės NS baseinas

310 ha 12000 gyv.

Debito matavimo vietos

5 vietos, 5 skirtingi vamzdžiai, skirtingi metodai.

Pakalnės NS

1. Goštauto g.

5. Čiurlionio g.

4. Žvėrynas 3. Pakalnės g.

2. Goštauto g. 40

1. Goštauto g.

Atiteka nuo Statoil degalinės, atiteka iš Seimo, Vilniaus kolegijos, MG Baltic ir verslo centro.

Gyventojai – tik keli daugiabučiai namai.

Gaubto stačiakampio formos betoninis kolektorius BxH 1500x900.

56

Platus kolektorius;

Daug nuosėdų;

Geras priėjimas;

Ruožo niveliavimas;

Matuotas tik lygis;

Debitas apskaičiuotas.

Debito skaičiavimas

Maningo formulė:

𝑄 = 𝐴 ∙ 𝑣 (m3/s)

𝑣 = 𝐾 ∙ 𝑅 Τ2 3 ∙ 𝑖 Τ12 (m/s)

57

Atlikti matavimai: Žemės paviršius;

Kolektoriaus dugnas;

Atstumas tarp šulinių.

Apskaičiuoti debitai

Kolektoriaus šuliniai užteršti – plytos, betono luitai, akmenys.

Už jų kabinasi skudurai ir kiti nešmenys.

Didžioji šiukšlių dalis tik šuliniuose?

Kaip skaičiuoti hidrauliką:

Standartinis Maningo koef. – 0,013.

SSSR projektavimo praktika, g/b vamzdžiai – 0,014.

Užsinešę vamzdžiai – 0,02.

Akmeniniai kolektoriai – 0,03.

Skirtumas su naujais vamzdžiais apie 30%.

58

Goštauto g. matavimo schema

Matuojamas nuotekų lygis kolektoriuje,

šulinyje Nr. 5554, Madgetech L2000, su

atmosferos slėgio kompensatoriumi.

Lietus ir nuotekų debitas

Lietus ir nuotekų debitas (2)

Apskaičiuoti debitai – Goštauto g.

Nakties minimumas: 55 m3/h;

Dienos maksimumas: 200 m3/h;

Lietaus metu:

0,15 mm/10 min – padidėja iki 1100 m3/h;

0,03 mm/10 min – padidėja iki 600 m3/h;

0,02 mm/10 min – padidėja iki 350 m3/h;

Infiltracija – labai didelė.

Plius tiesioginis lietaus pajungimas.

62

Nuotekų temperatūra - lietus

63

2. Goštauto g. 40

Nuotekų lygis vamzdyje apie 1,5 cm.

Tokio lygio „negalima“ matuoti standartiniais prietaisais. Reikia papildomų darbų...

Debitas matuotas tūriniu būdu: 10 sek. / 12 litrų – 1,2 l/s – 4,3 m3/h.

Debitas matuotas tris dienas –momentiniai debitai, bet tik sausu metu.

Pagal vamzdį nepanašu, kad dažnai bėga daug vandens, nes nėra apnašų ir sausas vamzdis.

64

3. Pakalnės g. kolektorius

Caro laikų plytinis kiaušinio formos kolektorius.

Kolektoriaus aukštis 1580 mm, plotis 850 mm.

Dalis kolektorius renovuota, įkišta epoksidinė „rankovė“, apie 20 mm storio.

Kolektorius aptarnauja tik kelis namus, todėl nuotekų teka apie 1-2 cm.

65

3. Pakalnės g. kolektorius (2)

Sumontuotas lygio daviklis su atskirai montuojamu atmosferos davikliu (SolinstLevelogger M3001+Baro).

Lygio daviklis pritvirtintas prie plokštelės, kuri prisukta prie vamzdžio.

Bet per mažai vandens, nes daviklis neapsemtas.

Lietaus metu tikėjomės daugiau.

3. Pakalnės g. kolektorius (3)

Matavimo laikotarpiu nebuvo tokio lietaus, kad nuotekos persilietų iš Upės NS baseino.

Lygio daviklis kiekvieną kartą užsinešdavo skudurais...

Tūriniu metodu išmatuotas debitas 20 sek./12 litrų –0,6 l/s – 2,2 m3/h.

Lietaus metu nuotekų kiekis padidėdavo.

67

3. Pakalnės g. kolektorius

Kolektoriuje yra aiškus nuotekų temperatūros svyravimas.

Užsikabinus skudurams lygis kilo ir neaišku ką matavo.

Reikia matuoti ir atmosferinį slėgį, nes jis prieš ir po lietaus gali svyruoti iki 20 cm.

Darbų akimirkos

69

Debito matavimo vietos

Pakalnės NS

1. Goštauto g.

5. Čiurlionio g.

4. Žvėrynas

3. Pakalnės g.

2. Goštauto g. 40

4. Žvėrynas

71

Žvėrynas didžioji Pakalnės NS baseino dalis.

Dalis Žvėryno neturi lietaus nuotekų tinklų, todėl pajungta į buitinį nuotakyną.

Nuotekų debitas matuotas už diukerio naujame stiklo pluošto vamzdyje DN1000.

Vamzdyje apie 14 cm nuosėdų.

Matuotas nuotekų debitas ir nuotekų lygis, tekėjimo greitis, bei temperatūra (Hydreka MainFlo).

Iš matavimo duomenų atimti Čiurlionio gatvės matavimai.

Žvėrynas

72

Baseinas vienoje pusėje, o siurblinė kitoje.

Pusiau mišrus nuotakynas.

Aiškai apribotas rajonas.

Vienintelė vieta prie pedagoginio instituto dar analizuojama.

Žvėryno nuotekų debitai

73

Žvėryno nuotekų debitai

74

Temperatūra žemaRodo didelę infiltraciją

75

Nuotekų tekėjimo greitisNormalus

76

Išmatuoti Žvėryno debitai

Nakties vid. minimumas: 45 m3/h;

Dienos vid. maksimumas: 160 m3/h;

Lietaus metu:

0,15 mm/10 min – padidėja iki 450 m3/h;

0,03 mm/10 min – padidėja iki 350 m3/h;

0,02 mm/10 min – padidėja iki 220 m3/h.

77

Žvėrynas

Grubus vertinimas:

Gyvena apie 12 000 gyv.

Butų skaičius apie 4000 vnt.

Vandens vartojimas 1 l/h/butas.

Nuotekų susidaro 4 m3/h.

Nuotekų netolygumo įtaka 4 m3/h.

„Leistinas“ gruntinio vandens patekimas apie

40 l * 22 km = 1 m3/h.

Normalu būtų 10 m3/h – nakties metu.

Teka apie 45 m3/h (gruntiniai vandenys)

Tiesioginis lietaus pajungimas.

78

5. Čiurlionio g.

Dalis Čiurlionio g. pajungta į Pakalnės NS.

Matuota dvejuose šuliniuose.

Renovuota linija PVC DN500.

Matuotas debitas ir lygis, temperatūra (Hydreka MainFLO).

79

1

2

Nuotekų debitas (1 šulinys)

80

Nuotekų tekėjimo greičiaiNormali situacija

81

Nuotekų temperatūra – lietaus įtakaČiurlionio g. didžiausia kol kas matuota. Dieną apie 22 °C.

Temperatūra

Atlikus daug matavimų, paaiškėjo, kad geriausias matavimas – nuotekų temperatūros!!!

Jeigu nuotekų temperatūra dienos metu:

>20 °C – tinklas sandarus, maža infiltracija;

16-20 °C – vidutinė infiltracija;

<16 °C – didelė infiltracija.

83

Išmatuoti debitai iš Čiurlionio g.

Nakties minimumas: 1 m3/h;

Dienos maksimumas: 15 m3/h;

Lietaus metu:

0,15 mm/10 min – padidėja iki 90 m3/h;

0,03 mm/10 min – padidėja iki 22 m3/h;

0,02 mm/10 min – padidėja iki 16 m3/h;

Infiltracijos – nėra.

Tiesioginis lietaus pajungimas: gatvės, VU bendrabučiai, Donelaičio, Beržyno g.

84

Pakalnės NSNaktinis nuotekų balansas (sausu metu)

1. Goštauto g. – 55 m3/h;

2. Goštauto g 40. – 1 m3/h;

3. Pakalnės g. – 1 m3/h;

4. Žvėrynas– 45 m3/h;

5. Čiurlionio g. – 1 m3/h.

Viso apie 103 m3/h.

Mažiausiai nuotekų 4-5 val.

Išmatuotas nuotekų kiekis atitinka NS rezervuaro pildymą. Rezervuaro tūris apie 120 m3. Pildosi nuo 50 min. iki 70 min.

85

Pakalnės NSDieninis nuotekų balansas (sausu metu)

1. Goštauto g. – 200 m3/h;

2. Goštauto g 40. – 5 m3/h;

3. Pakalnės g. – 3 m3/h;

4. Žvėrynas– 160 m3/h;

5. Čiurlionio g. – 15 m3/h.

Viso apie 380 m3/h.

Didžiausi kiekiai vakare 19-21 val.

Didžiausių pritekėjimų metu, rezervuaras prisipildo per 20-30 min. Tai atitinka išmatuotus debitus.

86

Pakalnės NSNuotekų balansas (lietaus metu)

2017-11-02 iškrito 12 mm/d kritulių ir intensyvumas 0,15 mm/10 min. Tokie kiekiai ir intensyvumas kartojasi 20 kartų/metus.

1. Goštauto g. – 55 m3/h 1100 m3/h;

2. Goštauto g 40. – 1 m3/h;

3. Pakalnės g. – 1 m3/h 20 m3/h;

4. Žvėrynas– 45 m3/h 450 m3/h;

5. Čiurlionio g. – 1 m3/h 90 m3/h.

Viso apie 1660 m3/h.

Du siurbliai dar susitvarko.87

NUOTEKŲ INFILTRACIJOS MAŽINIMAS

2017-12-12

Vilnius

dr. Mindaugas Rimeika

VGTU // UAB Vandensauga