Návrh vsakovací šachty pro srážkové vody
Článek je příspěvkem k problematice vsakování srážkových vod z povrchového odtoku a popisuje postup dimenzování vsakovacích šachet. Nejdůležitějším údajem je koeficient vsakování kf v podloží, resp. v místě, kde se vsakovací zařízení umístí. Součinitel propustnosti půdy kf vyjadřuje rychlost v m/s, kterou protéká srážková voda určitým typem prostředí, t.j. zeminy.
1. Úvod
Problematika hospodárenia so zrážkovou vodou naberá postupom času čoraz viac na svojom význame. Vzniká potreba najmä efektívneho nakladania a odvádzania zrážkových vôd. Keďže najmä v mestách dopadá zrážková voda na spevnené povrchy, zrážková voda sa nedostáva do svojho prirodzeného kolobehu. Miesto toho je spevnenými povrchmi odvádzaná priamo do kanalizácie. Vsakovacie zariadenia nielenže pomáhajú odbremeniť stokové siete ale tým, že sa zrážková voda nechá vsiaknuť do zeme tak ako je to v prírodných podmienkach sa napomáha k lokálnej prírodnej regenerácii podzemnej vody a k priaznivým účinkom na chemické a biologické podmienky nad a pod povrchom terénu.
2. Vsakovanie v podmienkach SR
Momentálne na Slovensku nie je žiadna norma pre vsakovanie zrážkovej vody z povrchového odtoku a pre dimenzovanie vsakovacích zariadení sa využívajú zahraničné normy alebo smernice, u nás predovšetkým nemecká smernica DWA A-138.
Zrážkovou vodou sa zaoberá Vyhláška Ministerstva životného prostredia Slovenskej republiky č. 532/2002 Z.z., ktorou sa ustanovujú podrobnosti o všeobecných technických požiadavkách na výstavbu a o všeobecných technických požiadavkách na stavby užívané osobami s obmedzenou schopnosťou pohybu a orientácie. Jedná sa o § 9 – Pripojenie stavby na miestny rozvod technického vybavenia územia, kde sa v odseku 4 daného paragrafu uvádza:
(4) Stavba musí byť prednostne napojená na verejnú kanalizáciu, ak má dostatočnú kapacitu alebo ak treba realizovať zariadenia na zneškodňovanie odpadových vôd. Ak vypúšťaná odpadová voda nespĺňa podmienky na vypustenie do verejnej kanalizácie, treba navrhnúť a zriadiť zariadenie na jej predčistenie. [1]
Napríklad ale v Českej republike už platí Vyhláška č. 268/2009 Sb., kde v § 6 odst. 4 sa uvádza:
Stavby, z ktorých sú odvádzané povrchové vody, ktoré vznikli dopadom atmosférických zrážok, musia mať zabezpečené svoje odvádzanie, pokiaľ nie sú zrážkové vody zadržované pre ich ďalšie využitie. Znečistenie týchto vôd závadnými látkami alebo ich nadmerné množstvo je riešené vhodnými technickými opatreniami. Odvádzanie zrážkových vôd sa zaisťuje prednostne vsakovaním. Ak nie je možné vsakovanie, zaisťuje sa ich odvádzanie do povrchových vôd, pokiaľ nie je možné zrážkové vody odvádzať samostatne, odvádza sa jednotnou kanalizáciou. [2]
3. Vstupné údaje pre vhodný návrh vsakovacieho zariadenia
Ako bolo spomenuté už v úvode, neutíchajúcou výstavbou a k tomu prislúchajúcim uzatváraním prirodzeného terénu dochádza k tomu, že zrážková voda sa nedostáva do prirodzeného hydrologického cyklu zrážky–vsakovanie, resp. odtok–vyparovanie, ale v prevažnej väčšine je odvádzaná do kanalizačnej siete zo spevnených plôch. V súčasnej dobe je však už prevažná väčšina kanalizačných sieti neustálym pripájaním nových objektov značne poddimenzovaná. 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 kanalizácie, z čoho vyplýva nutnosť vodu vsakovať na pozemku, alebo ju zachytávať a následne využívať.
V súčasnej dobe by sa teda už vo fáze projektu malo uvažovať o prednostnom vsakovaní zrážkovej vody z povrchového odtoku ako spôsobu odvádzania zrážkových vôd, ak to miestne podmienky samozrejme dovoľujú. Základným, a dá sa povedať nevyhnutným predpokladom na určenie vhodnosti a druhu vsakovacieho zariadenia, resp. jeho nevhodnosti pre dané miestne pomery je hydrogeologický prieskum.
Pomocou hydrogeologického prieskumu projektant môže jednoznačne predpokladať či vsakovanie je v danej lokalite vôbec možné vzhľadom na geologický profil a poskytne mu údaje o hydrologických pomeroch taktiež potrebných pre návrh, umiestnenie a dimenzovanie vsakovacieho zariadenia.
Najdôležitejším údajom je určenie koeficientu vsakovania kf v podloží, resp. v mieste, kde sa vsakovacie zariadenie umiestni. 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 rýchlosti 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.
Obr. 1 Doporučené hodnoty koeficientu vsakovania kf [3]
Pokiaľ nie je realizovaný hydrogeologický prieskum staveniska, doporučuje sa uvažovať, že v lokalite sa nachádza zemina s hodnotou kf = 1.10−8 m.s−1 [4].
Hydrogeologický prieskum dáva taktiež projektantovi informácie o hydrologických pomeroch v danej lokalite. Pri návrhu vsakovacieho zariadenia je nutné poznať v akej úrovni sa pohybuje hladina podzemnej vody. Doporučuje sa, aby dno vsakovacieho zariadenia bolo minimálne 1 m od hladiny spodnej vody.
Doporučené odstupy vsakovacieho zariadenia pri jeho návrhu:
- 5 m od obytných budov, které niesú vodotesne izolované
- 2 m od obytných budov, ktoré niesú vodotesne izolované
- 3 m od lokálnych vegetačných miest (stromy, kere atd.)
- 2 m od hranice pozemku, verejnej komunikáce 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)
4. Technické riešenie vsakovacích šácht
Obr. 2 Vsakovacia šachta typu A [3]
Obr. 3 Vsakovacia šachta typu B [3]
Vsakovacia šachta je podzemné vsakovacie zariadenie na odvádzanie zrážkových vôd z povrchového odtoku. Spravidla sa realizujú z betónových skruží, minimálneho priemeru DN 1000. Zrážková voda je privádzaná buď zo strechy, alebo spevnených plôch dažďovým potrubím do šachty.
Podľa nemeckej smernice DWA A 138 existujú 2 typy vsakovacích šácht:
Typ A, kde vsakovanie prebieha na dne cez filtračnú vrstvu a po bokoch perforovanými skružami.
Typ B, ktorá je v podstate identická, ale perforované skruže sú umiestnené výlučne pod filtračnou vrstvou. [3]
V dôsledku ochrany spodnej vody a zabezpečenia vsakovacej schopnosti je nutné na dne umiestniť filtračnú vrstvu s minimálnou hrúbkou 500 mm. Ako materiál pre filtračnú vrstvu sa odporúča karbonatizovaný piesok zrnitosti 0,25–4 mm. Vsakovanie prebieha cez filtračnú vrstvu, kde sa usadené a odfiltrované látky zachytávané na povrchu tejto filtračnej vrstvy. Musí byť zaručená priepustnosť tejto vrstvy kf < 1.10−3 m/s.
Použitie vsakovacích šácht je obmedzené najvyššou hladinou vo vsakovacej šachte a najvyššou priemernou hladinou spodnej vody. Keďže vsakovacia šachta je vertikálne vsakovacie zariadenie, predpokladom na jej návrh je relatívne nízka hladina spodnej vody. Tak ako každé vsakovacie zariadenie, aj vsakovacia šachta musí byť vybavená bezpečnostným prepadom do kanalizácie prípadne nad terén.
5. Návrh vsakovacej šachty v podmienkach SR
Obr. 4 Vsakovacie šachty pri budove PK6
Použitie vsakovacích šácht je obmedzené najvyššou hladinou vo vsakovacej šachte a najvyššou priemernou hladinou spodnej vody. Keďže vsakovacia šachta je vertikálne vsakovacie zariadenie, predpokladom na jej návrh je relatívne nízka hladina spodnej vody.
Ako príklad návrhu môžeme použiť už existujúcu vsakovaciu šachtu v areáli TU Košice. Jedná sa o vsakovaciu šachtu nachádzajúcu sa pri budove PK6, z ktorej je celkový objem dopadnutej zrážkovej vody na jej strešnú konštrukciu odvádzaný do 2 vsakovacích šácht umiestnených pri budove. Do každej vsakovacej šachty je odvádzaná zrážková voda z polovice strešnej konštrukcie. Preto pri výpočte budeme uvažovať s polovicou plochy strechy.
Obr. 5 Situácia odvádzania zrážkových vôd do vsak. šácht pri budove PK6
| Lokalita: | Areál TU Košice |
| Au – ½ plochy strechy: | 274 m2 |
| da – vonkajší priemer šachty: | 1,2 m |
| di – vnútorný priemer šachty: | 1,0 m |
| kf – koeficient vsakovania: | 1.10−3 m/s |
| fz – súčiniteľ bezpečnosti: | 1,2 |
Keďže do vsakovacej šachty je privádzaná zrážková voda len z polovice strechy, uvažujeme s plochou 274 m2. Šachta je realizovaná z betónových skruží o priemere 1000 mm. Hĺbka tejto vsakovacej šachty je 6 m. Podľa hydrogeologického prieskumu realizovaného v danej lokalite bolo stanovené, že v danej hĺbke sa nachádza štrk s prímesou jemnozrnnej zeminy, ktorého koeficient infiltrácie kf bol stanovený na 1.10−3 m/s. [5]
Obr. 6 Hydrogeológicky prieskum v areáli TU Košice [5]
Obr. 7 Vsakovacia šachta – dimenzovanie [3]
Ako bolo spomenuté, návrh vsakovacieho zariadenia bez hydrogeologického prieskumu je rizikom. Ako je aj vidno z geologického profilu, vrstva štrkov začína až v hĺbke 5,0 m. Nad touto vrstvou sa nachádza vrstva ílov. Ak by teda dno vsakovacej šachty bolo do 5 metrov, vsakovacia plocha by sa nachádzala na nepriepustných íloch. Keďže je vsakovacia šachta vertikálnym zariadením je pre danú lokalitu v podstate najvhodnejším druhom vsakovania. Z hydrogeologického prieskumu bola taktiež stanovená hladina podzemnej vody v hĺbke 6,5 m, čiže v odporúčanej vzdialenosti 0,5 m od dna vsakovacej šachty. [5]
Pre dimenzovanie vsakovacej šachty je potrebné stanoviť potrebnú výšku vsakovacej šachty. Tak ako pri dimenzovaní ostatných druhov vsakovacích zariadení, je potrebné urobiť výpočet na rôzne druhy trvania dažďa a stanoviť kritický dážď pre danú zvolenú periodicitu, teda v prípade vsakovacích šácht najnepriaznivejší dážď, pre ktorý dostaneme najväčšiu výšku vsakovacej šachty.
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]:
(1)
kde
- 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
Výpočet výšky vsakovacej šachty podľa (1):
| D [min] | rD(0,2) [l/(s,ha)] | z [m] |
|---|---|---|
| 5 | 384 | 3.19 |
| 10 | 280 | 3.50 |
| 15 | 222 | 3.31 |
| 20 | 185 | 3.03 |
| 30 | 143 | 2.57 |
| 40 | 118 | 2.20 |
| 50 | 100 | 1.87 |
| 60 | 88 | 1.64 |
| 90 | 65 | 1.14 |
| 120 | 52 | 0.83 |
| 180 | 35 | 0.39 |
Maximálna výška vodnej hladiny vo vsakovacej šachte pre zvolenú periodicitu je pri 10minútovom daždi 3,50 m, preto sa bude šachta navrhovať na túto hodnotu.
| Umiestnenie prítoku do nezámrznej hĺbky | 1,00 m |
| Vyžadovaná výška vsakovacej šachty z | 3,50 m |
| Filtračná vrstva piesku na dne | 0,50 m |
| Požadovaná hĺbka vsakovacej šachty | 5,00 m |
| Navrhnutá hĺbka vsakovacej šachty | 6,00 m |
Záver
Článok je príspevkom k problematike vsakovania zrážkových vôd z povrchového odtoku a popisuje postup dimenzovania vsakovacích šácht. Vznikol za podpory projektu VEGA 1/0450/12 Výskum energetickej bilancie hospodárenia s dažďovou vodou v budovách miest budúcnosti.
Literatúra
- [1] Vyhláška Ministerstva životného prostredia SR č. 532/2002 Z.z.
- [2] Vyhláška č. 268//2009 o technických požadavcích na stavby (ČR)
- [3] DWA – A 138 Planung, Bau und Betrieb von Anlagen zur Versickerung von Niederschlagswasser
- [4] ŽABIČKA, Z.: Technická řešení vsakovacích zařízení. In Sanhyga, s. 17–28, Piešťany, 2010, ISBN 978-80-89216-35-2
- [5] Záverečná správa geologických prieskumných prác pre objekt Technicom – TU Košice
The article is a contribution to the issue of rainwater infiltration from surface runoff and describes how to design infiltration shafts. The most important indicator is the absorption coefficient in the subsoil, respectively at the point where infiltration devices is placed. The coefficient of permeability of soil expresses the velocity in m/s, the rainwater flows through a certain type of environment, ie soil.