Optimálny návrh a dimenzovanie vsakovacích šácht pre zrážkove vody
Hlavními benefity vsakování dešťové vody jsou zvyšování stability ekosystémů a úspora financí za dešťové kanalizace. Článek popisuje co je potřebné brát v úvahu pro optimální návrh systému a rovněž jaké vztahy pro výpočet použít.
1. Úvod
Zrážková voda z povrchového odtoku (ďalej len "zrážková voda") je definovaná ako: Voda z atmosférických zrážok, ktorá nevsiakla do zeme a ktorá priamo z povrchu terénu alebo z vonkajších povrchov budov vteká do stokovej siete alebo systému kanalizačných potrubí. [2]
Neutíchajúca výstavba má za následok neustále uzatváranie prirodzeného terénu, z dôvodu čoho vzniká problém čo so zrážkovou vodou z povrchového odtoku odvádzanou z týchto plôch a to najmä striech, spevnených plôch a parkovísk. Návalové zrážky a taktiež dlhotrvajúce zrážky zahlcujú kanalizačné siete. Je preto dôležité bezpečné odvedenie nadbytočného množstva zrážkovej vody z povrchového odtoku. Z tohto dôvodu sa už v územnom konaní môže prevádzkovateľ kanalizácií t.j. príslušný vodárenský podnik vyjadriť nedovolením vypúšťania zrážkových vôd z povrchového odtoku do jednotnej kanalizácie. Ak teda nie je možné odvádzať zrážkovú vodu do dažďovej kanalizácie je možné túto zrážkovú vodu odviesť do zvoleného systému vsakovania a nechať vodu prirodzene vsiaknuť do terénu. Jednou s možností vsakovanie sú vsakovacie šachty [1].
2. Zásady návrhu vsakovacích systémov
Základným princípom funkcie všetkých druhov vsakovacích systémov je čo najrýchlejšie odviesť dažďovú vodu pod zemský povrch a tam ju s časovým oneskorením buď nechať vsiaknuť späť do okolitej zeminy, alebo previesť regulovaný odtok dažďovej vody zo systému vsakovania do dažďovej kanalizácie, prípadne do retenčnej nádrže.
Pri návrhu je nutné dodržať tieto zásady:
- 5 m od obytných budov, ktoré nie sú vodotesne izolované
- 2 m od obytných budov, ktoré nie sú vodotesne izolované
- 3 m od lokálnych vegetačných miest (stromy, kere atd.)
- 2 m od hranice pozemku, verejnej komunikácie a pod.
- 1,5 m od plynovodov a vodovodov
- 0,8 m od elektrického vedenia
- 0,5 m od telekomunikačného vedenia
- 1 m odstup od hladiny spodnej vody
- (spodná plocha = dno vsakovacích systémov)
3. Vsakovacie šachty podľa smernice DWA-A 138
Vsakovacie šachty sa vo väčšine realizujú z betónových skruží. Smernica určuje minimálny priemer vsakovacej šachty DN 1000 [6]. Rozlišujú sa dva základné typy vyhotovenia:
Šachta typu A
Obr.1 Vsakovacia šachta typ A [3]
- Šachta typu A je tvorená z betónových skruží. Na dne má šachta filtračnú vrstvu nad ktorou sa nachádzajú perforované skruže.
- V dôsledku ochrany spodnej vody a zabezpečeniu vsakovacej schopnosti je nutné do vnútra vsakovacej šachty umiestniť filtračný vak, ktorý sa nachádza nad filtračnou vrstvou.
- Pri šachte typu A musí byt zabudovaný filtračný vak. Celý objem zrážkovej vody musí pred vsiaknutím prejsť cez filtračný vak. Vo filtračnom vaku sa zadržia všetky odlúčiteľné a odfiltrované látky zo zrážkovej vody, preto sa musí dať podľa potreby filtračný vak prepláchnuť alebo vymeniť.
Šachta typu B
Obr.2 Vsakovacia šachta typ B [3]
- Vsakovacie šachty typu B sú identické so šachtami navrhnutými podľa DIN 4261-1,
- Oproti šachte typu A majú tieto šachty bočné vsakovacie otvory výlučne pod filtračnou vrstvou (napr. štrku)
- Vsakovanie prebieha cez filtračnú vrstvu
- Usadené a odfiltrované látky sú zachytávané na povrchu filtračnej vrstvy
- Ako materiál pre filtračnú vrstvu sa odporúča karbonatizovaný piesok zrnitosti 0,25 - 4 mm
- Musí byť zaručená priepustnosť tejto vrstvy kf < 1.10-3 m/s
- Pri type B je pri rovnakej hĺbke vsakovacej šachty k dispozícii menší zásobný objem pre zrážkovú vodu ako pri type A
- Pri šachte typu B sa musí dať vrchná časť filtračnej vrstvy odstrániť (usadené a odfiltrované látky), a vymeniť za novú vrstvu filtračného piesku.
4. Dimenzovanie vsakovacích šácht - DWA-A 138
- Použitie je obmedzené najvyššou hladinou vo vsakovacej šachte a najvyššou priemernou hladinou spodnej vody.
- Pri návrhu je nutný geologický prieskum pre návrh vsakovacej šachty. Až z geologického prieskumu uvažovanej oblasti vyplynie vhodnosť či nevhodnosť okolia zeminy pre vsakovanie zrážkovej vody. Súčiniteľ priepustnosti pôdy kf vyjadruje rýchlosť (jeho jednotkou je m/s), ktorou preteká zrážková voda určitým typom prostredia t.j. zeminy. V závislosti na druhu zeminy môže nadobúdať veľmi rozdielnych (diametrálne sa líšiacich) hodnôt v rozsahu radov od 10-1 do 10-10 m/s. Pritom o zasakovaní môžeme hovoriť, pokiaľ sa hodnota vsakovacej rýchlostí okolitej zeminy pohybuje v intervale od 10-3 do 10-6 m/s. V prípade, že kf je väčší ako 10-3, dochádza k veľmi rýchlemu priesaku zrážkových vôd do vôd spodných. To má za následok jednak narušenie dočasnej skladovacej funkcie systému a jednak to, že nedôjde k požadovanému pôdnemu dočisteniu zrážkovej vody pred jej vstupom do vody podzemnej. Pokiaľ je naopak kf menší ako 10-6, je nutné navrhnúť kapacitne veľmi veľký akumulačný priestor, čo už môže byť z ekonomického hľadiska nevýhodné. V týchto prípadoch sa už nedá hovoriť o vsakovaní, ale o riadenej retencii. Musí byť zaručená priepustnosť filtračnej vrstvy kf < 1.10-3 m/s [1]. Doporučené hodnoty koeficientu vsakovania kf sú na obr.
Obr. 5 Doporučené hodnoty koeficientu vsakovania kf
- Vzdialenosť povrchu filtračnej vrstvy a najvyššej priemernej hladiny spodnej vody musí byť min. 1,5 m
Obr.3 Vsakovacia šachta - dimenzovanie [3]
- Účinná vsakovacia plocha sa skladá z plochy základne a plochy plášťa vsakovacej šachty pri polovičnom plnení
Výpočet vsakovacej plochy [3]:
As - vsakovacia plocha, m2
da - vonkajší priemer šachty, m
z - výška vsakovacej šachty, m
Výpočet objemu vsakovacej šachty [3]:
V - (potrebný ) akumulačný objem vsakovacej šachty, m3
Au - nepriepustná odvodňovaná plocha, m2
As - vsakovacia plocha, m2
kf - koeficient vsakovania, m/s
rD - intenzita dažďa, l/s.ha
D - doba trvania záťažového dažďa, min.
fz - bezpečnostná prirážka podľa DWA-A 117
Pre výpočet zásobného objemu platí [3]:
V - zásobný objem vsakovacej šachty, m3
d - vonkajší priemer šachty, m
z - výška vsakovacej šachty, m
Ak rovnicu pre výpočet vsakovacej plochy a rovnicu pre výpočet zásobného objemu dosadíme do rovnice pre výpočet objemu vsakovacej šachty, dostaneme porovnávaciu rovnicu pre výšku vsakovacej šachty [3]:
z - výška vsakovacej šachty, m
Au - nepriepustná odvodňovaná plocha, m2
rD- intenzita dažďa, l/s.ha
da - vonkajší priemer šachty, m
kf- koeficient vsakovania, m/s
D - doba trvania záťažového dažďa, min.
fz - bezpečnostná prirážka podľa DWA-A 117
Pre typ vsakovacej šachty B je potreba dodržať podmienku [3] :
Taktiež platí [6]:
Priepustnosť filtračnej vrstvy musí byť kf < 1.10-3 m/s
4. Záver
Vsakovaniu zrážkových vôd z povrchového odtoku treba venovať pozornosť. Medzi hlavné benefity vsakovania patrí hlavne znižovanie odtoku z celkového objemu zrážkových vôd zahlcujúcich verejné kanalizačné siete, ale taktiež zvyšovanie stability ekosystémov a úspora financií za odvádzanie zrážkovej vody do kanalizácie. Článok rozoberá a zohľadňuje, čo je pri návrhu vsakovacej šachty potrebné brať do úvahy pre optimálny návrh systému a taktiež aké vzťahy pri výpočte použiť.
Literatúra
[1] MARKOVIČ, G. Vsakovacie systémy dažďovej vody. Diplomová práca. Bratislava: STU. 2008, zz s.
[2] STN EN 73 6760 Vnútorná kanalizácia.
[3] DWA - A 138 Planung, Bau und Betrieb von Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser
Poďakovanie
Centrum spolupráce bolo podporované Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. SUSPP-0007-09
The main benefits of infiltration of rain water ecosystems are increasing the stability and financial savings for the storm sewers. This article describes how to design infiltration pits.