Dimenzování vsakovacích zařízení dle nové normy ČSN 75 9010
Vyhláška 268/2009 o technických požadavcích na stavby a Vyhl. 501/2006 (269/2009) o obecných požadavcích na využívání území upřednostňují vsakování srážkových vod. Při dimenzování vsakovacích zařízení se stanoví retenční objem vsakovacícho zařízení a doba jeho prázdnění. Při výpočtu se počítá s možností přetečení.
1 Úvod
Mnozí projektanti nemají v současné době dostatek informací o dimenzování vsakovacích zařízení srážkových vod. Někteří stanovují objem těchto zařízení podle zahraničních předpisů, zejména podle [1], jiní navrhují objem pouze na patnáctiminutovou srážku o periodicitě p = 0,5/rok, na kterou byly dimenzovány jednotné stokové sítě. Dimenzování vsakovacích zařízení pouze na patnáctiminutovou srážku o periodicitě p = 0,5/rok (četnost srážky 1krát za dva roky) není správné. Protože současné předpisy [2], [3] upřednostňují vsakování srážkových vod a pro návrh vsakovacích zařízení neexistoval podrobnější technický předpis, byla vydána technická pomůcka [4] a připravuje se nová norma ČSN 75 9010, která bude řešit technickou stránku navrhování, výstavby a provozu vsakovacích zařízení srážkových vod. Příspěvek informuje o způsobu dimenzování vsakovacích zařízení, který je navržen v nové ČSN 75 9010.
2 Způsob výpočtu
Při dimenzování vsakovacích zařízení je nutné stanovit retenční objem vsakovacího zařízení a dobu jeho prázdnění.
2.1 Retenční objem vsakovacího zařízení
Přítok do vsakovacího zařízení je zpravidla rychlejší než odtok (vsakování). Proto je nutné, aby povrchová i podzemní vsakovací zařízení měla určitý retenční objem Vvz [m3], který se pro odvodňované plochy do 3 ha stanoví podle vztahu:
hd je návrhový úhrn srážky [mm] stanovené návrhové periodicity a doby trvání;
Ared - redukovaný půdorysný průmět odvodňované plochy [m2], podle vztahu (3);
Avsak - vsakovací plocha vsakovacího zařízení [m2], podle vztahů (4), (5) a (6);
Avz - plocha hladiny vsakovacího zařízení [m2] (uvažuje se jen u povrchových vsakovacích zařízení);
f - součinitel bezpečnosti vsaku (f ≥ 2);
kv - koeficient vsaku [m/s] uvedený ve výstupech geologického průzkumu;
tc - doba trvání srážky [min] stanovené návrhové periodicity.
Výpočet se provede pro všechny návrhové úhrny srážek s dobou trvání 5 min až 4 320 min (72 hodin) podle tabulky 1 nebo přesnějších hydrologických údajů. Za návrhový objem se považuje největší vypočtený retenční objem vsakovacího zařízení podle vztahu (1). Návrhová periodicita srážek pro dimenzování vsakovacích zařízení je uvedena v tabulce 2. Při stanovení retenčního objemu povrchových vsakovacích zařízení je třeba k redukovanému půdorysnému průmětu odvodňované plochy přičíst také plochu hladiny vsakovacího zařízení. Pro zjednodušení výpočtu se může předpokládat, že plocha hladiny vsakovacího zařízení je rovna ploše dna vsakovacího zařízení.
U odvodňovacích systémů navrhovaných ze sériově řazených retenčních a/nebo vsakovacích zařízení a u odvodňovaných ploch větších než 3 ha se doporučuje retenční objem vsakovacího zařízení stanovit deterministicky, pomocí dlouhodobé nestacionární simulace srážkoodtokového děje s využitím závazných, místně platných hydrologických podkladů.
U vsakovacích zařízení vyplněných štěrkem nebo prefabrikovanými bloky je retenční objem vsakovacího zařízení objemem pórů nebo retenčního prostoru v blocích. Celkový objem vsakovacího zařízení W [m3] se potom stanoví podle vztahu:
Vvz je retenční objem vsakovacího zařízení [m3];
m - pórovitost nebo retenční schopnost vsakovacího zařízení.
Pórovitost hrubého písku nebo štěrku (zrnitosti 2 mm až 20 mm) podle [5] m = 0,3. Retenční schopnost vsakovacího zařízení sestaveného z prefabrikovaných bloků stanoví jejich výrobce.
Retenční objem vsakovacího zařízení stanovený s využitím tabulek 1 a 2 zajišťuje bezpečnost podle ČSN EN 752, která je při běžných srážkách dostatečná. Při katastrofických srážkách může dojít k přetečení vsakovacích zařízení, a proto musí být z povrchových i podzemních vsakovacích zařízení umožněn odtok:
- na povrch terénu (např. do terénní prohlubně), což se u podzemních vsakovacích zařízení provede např. poklopem s otvory nebo mříží;
- přepadovým potrubím do vodního toku (se souhlasem správce vodního toku);
- přepadovým potrubím do kanalizace (se souhlasem provozovatele a/nebo vlastníka kanalizace).
Přepadové potrubí musí být zabezpečeno proti zpětnému průtoku, aby v žádném případě nemohlo dojít k plnění vsakovacího zařízení vodou z kanalizace pro veřejnou potřebu nebo z vodního toku. Zabezpečení se provede např. zpětnou armaturou nebo umístěním přepadu ze vsakovacího zařízení nejméně v úrovni terénu v místě napojení přepadového potrubí (přípojky) na stoku.
Tab. 1. Návrhové úhrny srážek v ČR s dobou trvání 5 min až 4 320 min (72 h)
Tab. 2. Návrhová periodicita srážek pro dimenzování vsakovacích zařízení
Tab. 3. Součinitelé odtoku srážkových povrchových vod
2.2 Redukovaný půdorysný průmět odvodňované plochy
Redukovaný půdorysný průmět odvodňované plochy Ared [v m2] se stanoví podle vztahu:
A je půdorysný průmět odvodňované plochy, [m2];
ψ - součinitel odtoku srážkových vod podle tabulky 3;
n - počet odvodňovaných ploch různého druhu.
2.3 Vsakovací plocha
Vsakovací plocha vsakovacího zařízení Avsak [m2] podle [6] je schematicky zobrazena na obr. 1 a stanoví se podle vztahů:
Obr. 1. Stanovení vsakovací plochy vsakovacího zařízení
a) pro podzemní prostor s propustnými stěnami
b) pro vsakovací šachtu s propustnými stěnami (skruže s otvory ve stěnách) ve spodní části
L je délka podzemního prostoru [m];
b - šířka podzemního prostoru [m];
b´ - šířka vsakovací plochy podzemního prostoru [m];
hvz - výška propustných stěn [m];
R - poloměr vsakovací šachty [m];
R´ - poloměr vsakovací plochy vsakovací šachty [m]
Při nepropustných stěnách vsakovacího zařízení nebo pro zjednodušení výpočtu lze předpokládat, že vsakovací plocha Avsak se rovná ploše propustného dna vsakovacího zařízení. Vsakovací plocha kombinovaných vsakovacích zařízení se stanoví individuálně.
Před výpočtem retenčního objemu povrchových vsakovacích zařízení nebo podzemních prostorů a tunelových podzemních vsakovacích zařízení je možné odhadnout vsakovací plochu vsakovacího zařízení Avsak [m2] podle vztahu:
Ared je redukovaný půdorysný průmět odvodňované plochy [m2] podle vztahu (3).
Při koeficientu vsaku (kv < 10-5 m.s-1) může být nutné navrhnout vsakovací plochu větší než podle vztahu (6).
2.4 Doba prázdnění vsakovacího zařízení
Doba prázdnění vsakovacího zařízení Tpr [s] se stanoví podle vztahu:
Vvz je retenční objem vsakovacího zařízení [m3] stanovený podle vztahu (1);
f - součinitel bezpečnosti vsaku (f ≥ 2);
kv - koeficient vsaku [m/s] uvedený ve výstupech geologického průzkumu;
Avsak - vsakovací plocha vsakovacího zařízení [m2], podle vztahů (4), (5), (6).
Protože je retenční objem počítán pro srážky s periodicitou 0,2 nebo 0,1/rok, může být doba prázdnění nejvíce 72 hodin.
3 Příklad dimenzování povrchového vsakovacího zařízení
3.1 Zadání
Má se stanovit retenční objem a doba prázdnění povrchového vsakovacího zařízení pro vsakování srážkových vod z odvodňované plochy o redukovaném půdorysném průmětu Ared = 527 m2. Koeficient vsaku kv = 10-5 m/s, součinitel bezpečnosti vsaku f = 2.
Podle tab. 2 je uvažována návrhová periodicita srážek p = 0,2/rok.
3.2 Odhad vsakovací plochy
Odhad vsakovací plochy se provede podle vztahu (6).
Avsak = 0,1. Ared = 0,1 . 527 = 52,7 m2
Zjednodušeně se předpokládá, že vsakovací plocha je rovna ploše dna vsakovacího zařízení.
3.3 Stanovení retenčního objemu vsakovacího zařízení
Retenční objem vsakovacího zařízení Vvz se stanoví podle vztahu (1).
Protože nejsou známy přesnější údaje a nadmořská výška místa je 290,00 m n.m., použijí se při stanovení retenčního objemu návrhové úhrny srážek z tabulky 1. Pro zjednodušení výpočtu se uvažuje, že plocha hladiny vsakovacího zařízení je rovna ploše dna vsakovacího zařízení. Výpočet akumulačního objemu vsakovacího zařízení je uveden v tabulce 4.
Navrhuje se návrhový objem vsakovacího zařízení Vvz = 20,82 m3, který je největším vypočteným retenčním objemem.
3.4 Stanovení doby prázdnění vsakovacího zařízení
Doba prázdnění vsakovacího zařízení Tpr se stanoví podle vztahu (7):
Doba prázdnění vsakovacího zařízení je menší než 72 h.
Tab. 4. Výpočet retenčního objemu vsakovacího zařízení
4 Závěr
Správné dimenzování vsakovacího zařízení je jednou z nejdůležitějších částí jeho návrhu. Při vsakování srážkových vod nelze nikdy zaručit absolutní bezpečnost proti přetečení vsakovacích zařízení (povrchovému odtoku). Uvedený způsob dimenzování zajišťuje bezpečnost, která je při běžných srážkách dostatečná. Při katastrofických srážkách může dojít k přetečení vsakovacích zařízení, a proto je třeba navrhovat opatření umožňující výtok vody na terén (např. osazení mříže místo poklopu šachty).
Literatura
[1] AT V - DVWK - A 138 Planung, Bau und Betrieb von Anlage zur Versickerung von Niederschlagswasser. DWA Hennef 2005.
[2] Vyhláška č. 268/2009 Sb. o technických požadavcích na stavby.
[3] Vyhláška č. 501/2006 Sb. o obecných požadavcích na využívání území, ve znění vyhlášky č. 269/2009 Sb.
[4] T P 1.20 Hospodaření se srážkovou vodou v nemovitostech. ČKAIT , Praha 2010.
[5] K olář, V. a kol.: Hydraulika. SNTL Praha 1966.
[6] ŐNORM B 2506 - 1 Regenwasser - Sickeranlagen für Abläufe von Dachflächen und befestigten Flächen. Teil 1: Anwendung, hydraulische Bemessung, Bau und Betrieb.
[7] ČSN EN 752 Odvodňovací systémy vně budov.
[8] N ávrh ČSN 75 9010 Návrh, výstavba a provoz vsakovacích zařízení srážkových vod.
Because the current regulations [2], [3] prefer rainwater infiltration, and there was no detailed technical regulation for drainage facilities design, then a technical tool [4] was issued and a new standard ČSN 75 9010 is being prepared, addressing the technical aspects of design, construction and operation rainwater infiltration facilities. This paper posts information about how design drainage facilities, which is in the draft of the new standard ČSN 75 9010.