Környezetvédelmi és Vízgazdálkodási Minisztérium Műszaki Irányelvek

Környezetvédelmi és Vízgazdálkodási Minisztérium Műszaki Irányelvek BELTERÜLETI VÍZRENDEZÉS Csapadékvíz elvezető hálózat 556.12:532.54 MI-10-455/2 1988 G 21 Urban drainage. Hydraulic sizing of urban storm sewers E Műszaki Irányelvek tárgya a települések (belterületek) mentesítése meghatározott csapadék okozta kártételektől, illetve az elvezető hálózat hidraulikai méretezése. Tartalom KÖRNYEZETVÉDELMI ÉS VÍZGAZDÁLKODÁSI MINISZTÉRIUM 1. JELÖLÉSEK 1. Jelölések 2. A mértékadó nagyvízhozamot okozó csapadék meghatározása 2.1. Az összegyülekezési idő meghatározása 2.2. A mértékadó modellcsapadék meghatározása 3. A mértékadó nagyvízhozam számítása 3.1. Racionális módszer 3.2. Vízmennyiségmérleg módszer 3.3. Mértékadó vízhozam számítása torkolati szivattyús átemelés esetén 4. A hálózat jellemző szelvényeinek hidraulikai méretezése 4.1. Permanens méretezési módszer 4.2. Nempermanens méretezési módszer 5. Árhullámkép becslése Függelék A szövegben említett magyar állami szabványkiadványok A tárggyal kapcsolatos magyar állami szabványkiadványok és műszaki szabályozási kiadványok E Műszaki Irányelvekben előforduló fogalmak betűjele, megnevezése és mértékegysége: A s a vízszállító keresztmetszet területe m 2 A v a vízgyűjtő területe ha, km 2 B a víztükör szélessége m B o a mederfenék szélessége m C sebességi tényező (Chezy) m 1/2 s -1 D csőcsatorna átmérője m F a beszivárgott víz mennyisége mm, m 3 ha -1 Fr a Froude-féle szám I a mederfenék lejtése és a víz felszínének lejtése, %, %o I m a terepfelszín átlagos lejtése, %, %o A jóváhagyás időpontja: 1988. március 18. A közzététel időpontja: 1988. július (34 oldal)

MI-10-455/2 1988 2 L lefolyás mm, m 3 ha -1 L 1 a terepen való lefolyás hossza m L 2 a mederbeli lefolyás hossza m L c a leghosszabb lefolyási pálya mérete m L p p év átlagos ismétlődési idejű lefolyás mm, m 3 ha -1 P csapadékmennyiség mm, m 3 ha -1 P w a nedvesített kerület m Q vízhozam ls -1, m 3 s -1 Q p p év átlagos ismétlődési idejű vízhozam ls -1, m 3 s -1 R hidraulikai sugár m R f vízzáró felületi tényező, % R q vízhozamarány S felszíni tározott víz m 3 ha -1 S 1 nedvesített tározás mm, m 3 ha -1 S 2 medertározás m 3, ha -1 a p a tízperces zápor intenzitása mmh -1, ls -1 ha -1 f a beszivárgás intenzitása mmh -1, ls -1 ha -1 h vízmélység m i p a p év átlagos ismétlődési idejű csapadék intenzitása mmh -1, ls -1 ha -1 k a simasági tényező m 1/3 s -1 m hatványkitevő n a Manning féle érdességi tényező sm -1/3 p átlagos ismétlődési idő év q fajlagos lefolyás ls -1 ha -1 s csatornasűrűség kmkm -2 t idő min t 1 a terepen való lefolyás ideje min t 2 a mederbeli lefolyás ideje min t c összegyülekezési idő min, h v m az áramló víz középsebessége ms -1 lefolyási tényező σ érdesség mm ρ rézsűhajlás m m -1 2. A MÉRTÉKADÓ NAGYVÍZHOZAMOT OKOZÓ CSAPADÉK MEGHATÁROZÁSA Településen mértékadó lefolyást általában olyan átlagos ismétlődési idejű modellcsapadék okoz, amelynek időtartama megegyezik a vizsgált vízgyűjtőterület összegyülekezési idejével. Az összegyülekezési időtől eltérő idejű modellcsapadék okozta lefolyás-idősort is meg lehet határozni a hálózat minta-keresztmetszeteinek, valamint a műtárgyaknak a hidraulikai mértezéséhez. 2.1. Az összegyülekezési idő meghatározása 2.1.1. Az összegyülekezési idő meghatározása méréssel Nyílt árokhálózatban való összegyülekezési időt a mértékadóhoz közeli lefolyás mérésével kell meghatározni. Zárt csatornában a méréshez legalább félig telt állapotú lefolyás tekinthető alkalmasnak. A méréshez környezetbarát jelzőanyagot kell használni. A mérés módszerét az MI- 10-231/4 tartalmazza. 2.1.2. Az összegyülekezési idő számítása Az összegyülekezési idő a terepen való lefolyás és a vízfolyásban való elfolyás összege: t c = t 1 + t 2

3 MI-10-455/2 1988 2.1.2.1. A terepen való lefolyási idő meghatározása A terepen való lefolyás idejét (t 1 -et) egyedi vizsgálat alapján vagy becsléssel kell meghatározni. A terepen való lefolyás közelítő ideje Kerby módosított képletével (1) határozható meg: t 1 = 1,2 nl I Az (1) összefüggés legfeljebb 400 m úthossz esetén alkalmazható. 400 m-nél hosszabb távon a lefolyó víz a terepen is annyira koncentrálódik, hogy azt már a mederbeni lefolyás hidraulikai módszerével kell vizsgálni. Az n érdességi tényező értékeit az 1. táblázat tartalmazza. 1 m 0,5 (1) 1. táblázat Lefolyási pálya Érdességi tényező n Szántó 0,4 0,5 Erdő, rét, legelő 0,3 0,4 Gyepes park 0,2 0,3 Kőburkolat 0,15 0,25 Beton, aszfalt-burkolat 0,1 0,15 2.1.2.2. A vízfolyásban való lefolyási idő meghatározása A vízfolyásban való lefolyás idejét (t 2 -t) a telt szelvényű vízszállítás középsebességeiből számított részidők szakaszonkénti összegezésével a (2) szerint kell meghatározni: t2 = 1 60 N j= 1 ahol: j index az egyes mederszakaszokra vonatkozó értékek jele, N a mederszakaszok száma. A középsebesség értékek (v mj ) meghatározására trapézszelvényű, partélig telt nyílt meder esetében az 1. ábra nomogramja használható (gravitációs csővezeték esetén pedig a 7. és 8. ábrák alkalmazhatók). 2.1.3. Az összegyülekezési idő becslése Külterület esetében a terepen és a mederben való lefolyás idejét egyetlen közelítéssel a (3) összefüggésből lehet kiszámítani: t c = v L v 2 Lc A I ahol: L c = L 1 + L 2, Az összefüggés az 1 500 km 2 nagyságú vízgyűjtők esetén használható. A számítás meggyorsítására a 2. ábrán levő grafikon alkalmazható. A hidraulikai méretezés elősegítésére az összegyülekezési időadatok a 3. ábra terület-idő grafikonnal ábrázolhatók. 2.2. A mértékadó modellcsapadék meghatározása m 2j mj (2) (3)

MI-10-455/2 1988 4 1. ábra Nomogram a vm és R felvételére

2. ábra Az összegyülekezési idő (t c) meghatározása 5 MI-10-455/2 1988

MI-10-455/2 1988 6 3. ábra Terület-idő grafikon

7 MI-10-455/2 1988 2.2.1. Időbeni állandó intenzitású csapadék A p visszatérési idejű csapadék intenzitása a (4) összefüggésből határozható meg: i p = a p ahol t a = 10 min. Az m hatványkitevő értékeit a 2. táblázat tartalmazza. 2. táblázat t t c a m (4) Visszatérési idő p 10 perces intenzitás a p (év) (mm/h) (l/sha) Hatványkitevő m 1 47,8 133 0,69 2 73,0 203 0,71 4 97,0 270 0,72 10 131 364 0,72 20 158 439 0,73 33 180 500 0,74 50 202 562 0,74 100 238 662 0,75 Előfordulhat, hogy síkvidéki települési vízgyűjtőterületen egy- vagy többnapos csapadékot tekintenek mértékadónak. A budapesti régióra feltárt adatok figyelembe vehetők minden hazai síkvidéki település vízrendezési hálózat minta-kereszteszelvényeinek és a műtárgyainak hidraulikai méretezéséhez. Az országos záporadatokat és a budapesti 1 6 napos modellcsapadékok adatait a 4. ábra tartalmazza. Az ábra vonalkázott részeiből kell a mértékadó csapadékot kiválasztani, a racionális számításhoz. Síkvidéki település (átlagos felületi lejtése I m < 1%) vizsgálatához a számított összegyülekezési idő alatt hulló modellcsapadék alapján meghatározható a mértékadó lefolyás-idősor, ha t c 3 h. Ha 3 ha < t c < 24 h, akkor nem tételezhető fel időben állandó intenzitású, hanem csak szakaszos csapadékhullás. 2.2.2. Időben változó intenzitású csapadék A csapadék intenzitásának időbeni változását a gépi számításkor célszerű figyelembe venni, ha az összegyülekezési idő (t c ) legfeljebb 100 perc. Az időben változó intenzitású, p visszatérési idejű csapadék maximális intenzitása hazai vizsgálatok szerint általában az összegyülekezési idő első egyharmadában következik be. Az intenzitás legnagyobb értékének megjelenéséig (0,33 t c -ig) lehullott csapadék az előkészítő csapadék. A maximális intenzitás értéke az időben állandó intenzitásnak a kétszerese. Az időben változó intenzitású záporcsapadék vázlatos idősorát az 5. ábra mutatja be. Az időben változó intenzitású modellcsapadék térfogata azonos az időben állandó intenzitású modellcsapadék térfogatával. 2.2.3. Az ismétlődési idő meghatározása A p ismétlődési idő meghatározásánál (kiválasztásánál) a csatornázás beruházási költségei szoros összefüggésben legyenek az elöntés ellen megvédett anyagi javak értékével. Kiindulásul 4 éves ismétlődési időre való méretezés javasolható. Ritkán lakott területeken, illetve ott ahol a terepesés következtében az esetleges elöntés ideje korlátozott, a védelem kisebb foka is elfogadható (1 2 éves ismétlődési idő). Sűrűn lakott, pincézett területeken húzódó főgyűjtők esetében a védelem nagyobb foka (ismétlődési idő: 10, 25 év) az indokolt.

MI-10-455/2 1988 8 4. ábra Az országos rövididejű modellcsapadékok és a budapesti többnapos csapadékok intenzitás (i p) víztömeg adatai (P p)

9 MI-10-455/2 1988 5. ábra Időben változó modellcsapadék intenzitásának idősora 3. A MÉRTÉKADÓ NAGYVÍZHOZAM SZÁMÍTÁSA 3.1. Racionális módszer A mértékadó nagyvízhozam számítása során meg kell határozni a lehullott csapadék lefolyási hányadát és a levonulás során a területegységekről összegyülekező víz terjedését és összegződését. A lehulló csapadék lefolyási hányadát vízmennyiség elemzéssel, az összegyülekező víz terjedését és összegződését pedig a hullámterjedés elméletének alkalmazásával kell számítani. A p (év) átlagos ismétlődési idejű Q p nagyvízhozamot az (5) képlettel kell számítani. Q p = i p A v (5) ahol: a lefolyási tényező, i p a mértékadónak választott csapadék intenzitása, A v a vizsgált terület nagysága. A vizsgált területet részvízgyűjtőkre kell felosztani. Egy-egy vízgyűjtő területe általában egy csatorna (árok) vagy csatornaszakasz torkolatához tartozó területtel azonos méretű. A terület jellemzői alapján próba hosszszelvényeket kell készíteni és kiszámítani a vizsgált szelvények összegyülekezési időit (2.1. pont). Ennek alapján kell megszerkeszteni a vizsgált vízelvezető rendszer terület-idő grafikonját (3. ábra). Az összegyülekezési idők figyelembevételével kell meghatározni a mértékadó csapadék-intenzitást a vizsgált szelvényekben. A lefolyási tényezőt a (6) összefüggéssel kell számítani: ahol: I = 0,14 +0,65 R f + 0,05 I, (6) a csatorna (árok) kezdőpontjától a vizsgált keresztszelvényig terjedő szakaszának átlagos lejtése (%, %o). A lefolyási tényező számítására ajánlott képlet érvényességi tartománya a (6) képletben alkalmazott mértékegységekkel: R f > 0,08, 0,55 < I < 6%, 5%o 60%o < 0,95.

MI-10-455/2 1988 10 A lefolyási tényező valószínűségi változó, a (6) képlettel a p = 1 4 éves csapadékból keletkező nagyvízhozam számítható. A p > 4 év átlagos ismétlődési idejű csapadék lefolyási tényezőjét a (6) összefüggésből számított értéknek korrekciós tényezővel módosított értékeként kell számítani a 3. táblázat szerint. A táblázat értékei p = 1 4 év 0,5 esetben használhatók. Záporcsapadék átlagos ismétlődési ideje p (év) 3. táblázat Lefolyási tényező 1 2 4 10 1,04 20 1,12 25 1,17 Lefolyási tényezők tájékoztató értékeit a racionális számításhoz a 4. táblázat tartalmazza. 4. táblázat Felület fajta Lefolyási tényező 1. 2. Tetőfelületek Fém és palatető 0,95 0,90 Cseréptető 0,90 0,80 Lapos tető 0,80 0,70 Útburkolat Aszfalt vagy beton burkolat 0,90 0,85 Kiöntött hézagú kőburkolat 0,85 0,90 Kiöntetlen hézagú kőburkolat 0,70 0,50 Makadám burkolat 0,48 0,25 Kavicsutak 0,30 0,15 Egyéb felületeke Burkolatlan földfelület 0,15 0,10 Park, kert, temető 0,10 0,05 Sportpályák 0,20 0,10 Erdő, rét 0,10 0,03 Üzleti negyedek Városközponti 0,70 0,95 Alközponti 0,50 0,70 Lakóterületek Családi házas 0,30 0,50 Lakótömbök pontházakkal 0,40 0,60 Lakótömbök összeérő blokkokkal 0,60 0,75 Külváros 0,25 0,40 Villanegyed 0,50 0,70 Ipari településrész Laza telepítésű 0,75 0,85 Sűrű telepítésű 0,75 0,95 Vasúti pályák 0,20 0,40 A számításhoz az 5. táblázat használható.

11 MI-10-455/2 1988 3.2. Vízmennyiségmérleg módszer 3.2.1. Számítás összegyülekezési idő alapján Korlátozott összegyülekezésű a települési vízgyűjtőterület, ha átlagos lejtése I m < 1%o, esetleg korlátozott, ha 1% > I m > 1%o. Utóbbi esetben az összegyülekezési folyamat minőségét műszaki mérlegeléssel kell eldönteni, figyelembe véve a fedőréteg beszivárgási viszonyait és a vízelvezető hálózat sűrűségét. A záporból keletkező fölösleges (káros) víz elvezetéséhez szükséges meder vagy (zárt) csatornahálózat méretezésére mértékadó vízhozamot síkvidéken vízmennyiség-mérleg alapján kell számítani. A mérleg egyik oldalát az összegyülekezési időhöz tartozó zápor képezi, amelyet a 2.2. szerint kell meghatározni P (m 3 /ha) értékben. A mérleg másik oldalán kell számításba venni az összegyülekezési idő alatt beszivárgó víztömeget F (m 3 /ha), a nedvesítési tározást S 1 (m 3 /ha) és a medertározást S 2 (m 3 /ha). Az időben állandó beszivárgás intenzitásának változatai a következők: f 1 = 3 mm/h agyag talajon, f 2 = 5 mm/h agyagos iszap talajon, f 3 = 7 mm/h iszap talajon, f 4 = 10 mm/h iszapos homokliszt talajon, f 5 = 13 mm/h lösz talajon, f 6 = 17 mm/h iszapos homok talajon, f 7 = 20 mm/h homok, vagy kavics talajon. A lefolyást képező L p (m 3 /ha) maradék levezetéséről az összegyülekezési idő 3-szorosa alatt kell gondoskodni. A lefolyást (m 3 /ha) a 6. ábra segítségével vagy a (7) képlet szerint kell meghatározni. L p = P F (S 1 + S 2 ) (7) Az ábrán levő tározási grafikonból a csatornasűrűség (s) függvényében meghatározható az S 2 fajlagos tározás értéke, majd a tereplejtés és a művelés szerint, a fajlagos nedvesítési tározás S 1 értéke és ezek összege (S), ami független az összegyülekezési időtől. A csatornasűrűség számítása során figyelembe veendők a D 0,3 m körszelvényű csatornák, illetve a B o 0,4 fenékszélességű nyílt árkok. Síkvidéki vízgyűjtőn a vízzáró felületen S 1 = 2 mm = 20 m 3 /ha, a vízáteresztőn pedig S 1 6 mm = 60 m 3 /ha felvétele célszerű. A 6. ábra alapján az összegyülekezési idő függvényében kell meghatározni a fajlagos csapadékmennyiség (P) és beszivárgó vízmennyiség (F) értékeit. Az utóbbit csak a vízáteresztő felületen (1 R f ) szabad figyelembe venni. A megfelelő időhöz és talajfajtához tartozó F értékhez hozzá kell mérni az S értékét. A grafikonból 1l vetítővonallal állapítható meg a vizsgált összegyülekezési időhöz tartozó fajlagos lefolyási érték (L p = P F S), amiből számítani kell a nagyvízhozamot. A grafikon t c 90 min időtartományban használható. Az ismertetett módszer különbségét a dombvidéki nagyvíz számításához viszonyítva elsősorban a tócsásodás, azaz a nedvesítési többlettározás okozza. Az árhullám hozama a (8) képlettel számítható: ahol Q p = β L p A v (8) 5,56 β - 1, 3 t c m s Ha az összegyülekezési idő t c > 180 min-nél, a vízmennyiség mérleget a t = 180 min időtartamú csapadék mennyiségéből kell meghatározni. Az elfolyó csapadékvizet 3 180 = 540 min = 9 óra alatt kell elvezetni, egyenletes vízhozamot feltételezve. Ebben az esetben az árhullám derékszögű négyszög alakúnak feltételezhető.

Tervszám: A részvízgyűjtő számjele A csatorna tandó méretezési szakasz számjele száma hossza (m) szelvény lejtése % város... község, új régi A víz sebessége telt szelvény esetén (m/s) ter. (ha) elbon- átl. mélysége külön vízzáró felülete (ha) együtt v= A V A VZ mértékadó csapadékának átlagos ismétlődési ideje A racionális számítás és méretezés táblázata v= A V A VZ p:... év v= A V A VZ tározással tározás nélkül v= A V A VZ Lapszám: v= A V A VZ 5. táblázat MI-10-455/2 1988 12 A vizsgált csatornaszakasz vízgyűjtőterületének vízzáró felületei tény. lejtése % R f I 2 R f I 2 R f I 2 R f I 2 R f I 2 lefolyási tényezője lefolyási hossz (m) L 1 L 1 L 1 L 1 L 1 A terepi vagy előző szakaszra számított lejtése érdességi tényezője I 1 n 1 I 1 n 1 I 1 n 1 I 1 n 1 I 1 n 1 lefolyási idő t 1 min t 1 min t 1 min t 1 min t 1 min (A táblázat folytatódik)

(Az 5. táblázat folytatása) lefolyási hossz (m) L 2 L 2 L 2 L 2 L 2 A vizsgált csatorna szakasz lejtése érdességi tényezője l 2 n 2 l 2 n 2 l 2 n 2 l 2 n 2 l 2 n 2 lefolyási idő t 2 min t 2 min t 2 min t 2 min t 2 min Összegyülekezési idő t e min t e min t e min t e min t e min Mértékadó csap. int. szakasz teljes i p l/s ha i p l/s ha i p l/s ha i p l/s ha i p l/s ha A szakasz csatorna Mértékadó vízhozama Vízszállító képessége Q p Q c l/s l/s Q p Q c l/s l/s Q p Q c l/s l/s Q p Q c l/s l/s Q p Q c l/s l/s 13 MI-10-455/2 1988

6. ábra Záporból lefolyó fajlagos vízmennyiség meghatározása I m < 1 esetén MI-10-455/2 1988 14

15 MI-10-455/2 1988 3.2.2. Számítás egynapos csapadék alapján A számításhoz a fajlagos csapadékadat a 4. ábrából, a tározási értékek a 6. ábrából vehetők fel. A beszivárgás fajlagos értékének meghatározása során csak 4 h beszivárgási időt kell feltételezni, a csapadék szakaszos jellege miatt, tehát a t c = 60 min időtartamhoz tartozó fajlagos beszivárgási értéknek a négyszeresét kell figyelembe venni. β tényező során t c összegyülekezési időként 4 h-t kell figyelembe venni. 3.3. Torkolati szivattyús átemelés esetén mértékadó vízhozam számítása A települési csapadékvíznek torkolati átemelése esetén az átemelésre mértékadó vízhozam elvben azonos a vízelvezető hálózatra mértékadó p átlagos ismétlődési idejű vízhozammal. A torkolatig gravitációsan levezetett zápor okozta csapadékvíznek tározás nélküli levezetését kerülni kell. Az átemelő telep szivattyús kapacitását meghaladó vízhozamnak az időszakos kármentes tározásáról kell gondoskodni, lehetőleg nyílt, hasznosítatlan, vagy csekély hasznú mély területen. A záporok kezdeti szakaszán szállított víz befogadót veszélyeztethet szennyezettségével. A szállított szennyezőanyagot átemelés előtt géppel tisztítható ülepítőtérben kell leülepíteni. 3.3.1. Torkolati tározó térfogatának és az átemelő szivattyú kapacitásának a meghatározása A települési torkolati tározó méretezésének módját az MI-10-455/4 tartalmazza. 3.3.2. A torkolati nyílt tározó vízminőségvédelmi hasznosítása A települési zárt csapadéktározók vízminőségvédelmi hasznosítására az MI-10-455/4 ad irányelveket. A nyílt tározónak a vízminőségvédelmi hasznosításához a befolyási szelvény közelében, alkalmas áramlási viszonyokat teremtve olyan ülepítő holtteret kell kialakítani, amelyben a szennyezőanyag jelentős része lerakódik. Az ülepítőtér fenékszintje legalább 0,3 m-rel legyen mélyebb az áramlási tér fenékszintjénél. Az ülepítő tér kis kotrógéppel és tehergépkocsival legyen megközelíthető. A leülepített szennyezőanyagot hulladékgyűjtő térbe kell szállítani. 4. A HÁLÓZAT JELLEMZŐ SZELVÉNYEINEK HIDRAULIKAI MÉRETEZÉSE 4.1. Permanens méretezési módszer A csapadékvizet a településről zárt csatornában vagy nyílt árokban kell vezetni, elsősorban gravitációs vízszállítással. Permanens, egyenletes vízmozgás feltételezésével a vízszállításhoz szükséges vízszállító keresztmetszet méretezését az MI-10-291/2 tartalmazza. Körkeresztmetszetű és tojásszelvényű zárt csatornák méretezéséhez nyújtanak segítséget a 7., 8. és 9. ábrák. Trapézszelvényű nyílt medrek méretezésére a Bosznay-féle méretező nomogram használható (F14.). A nyílt medrek méretezése során figyelembe kell venni az áteresztők és hidak helyi veszteségeit is. A hidraulikai méretezéshez akkor használhatók a jelen irányelvben bemutatott eljárástól eltérő algoritmusú számítógépi programok, ha azok pontossága eléri vagy meghaladja e Műszaki Irányelvekben közölt elérhető pontosságot. Az ábrák segítségével meghatározható a mederanyagnak megfelelő fenéklejtés: I, fenékszélesség: B o (m), vízmélység: h (m), rézsűhajlás: ρ (m/m). 4.2. Nempermanens méretezési módszer A mértékadó, nagy intenzitású záporok szinte kivétel nélkül időben változóak, tehát nem permanens jellegűek. Az egyszerűsített nem permanens méretezési módszer alkalmazható olyan esetekben, ahol a csatornaszakasz alvízi peremfeltételeként a kritikus sebesség előáll bukóakna, a befogadó vízszintje, átemelő szivattyútelep leszívása vagy más ok következtében. A csatornával elszállítható legnagyobb vízhozam a csatornahossztól is függ. Nempermanens vízmozgás mellett, de legfeljebb 30 m-es csatornahossz esetén, jól közelíthető a 10. összefüggéssel:

MI-10-455/2 1988 16 7. ábra Gravitációs, telt szelvényű, kör keresztmetszetű betoncső vízszállítása 8. ábra Gravitációs, telt szelvényű, tojás keresztmetszetű betoncső vízszállítása

17 MI-10-455/2 1988 9. ábra Nem telt szelvényű csőcsatornák vízszállítása Q 30 = 0,019 + 0,08147 n I D 8/3, (10) A 30 és 250 m csatornahossz között a vízhozam: képlettel számítható, ahol: L Q = Q30 L o 2 L2 0,24 0,009 Lo L o 30 m, Q 30 a (10) képletből kapott vízhozamérték (m 3 /s), (m) L 2 A 250 m-nél nagyobb csatornahossz esetén a vízhozam:, (11) Q = 0,7048 0,019 + 0,08147 n I D 8/3 (12) A vázolt méretezési módszert minden olyan esetben kell alkalmazni, amikor az így kapott csatorna beruházási költségei kisebbek a hagyományos méretezés útján (4.1. szakasz) kapott csatorna beruházási költségeinél (beleértve a méretezés költségeit is). Azonos csatornaméret esetén a 4.1. és 4.2. szerinti módszerrel kapott maximálisan levezethető vízhozamok közötti különbség, illetve ezek aránya több tényező függvénye (fenéklejtés, érdesség, keresztmetszet, csatornahossz, a csatornát terhelő árhullám alakja), ezért pontos összehasonlítás csak a mindkét módon elvégzett méretezés eredményének ismeretében tehető. A peremfeltételek gondos vizsgálata szükséges minden alkalmazás esetén.

MI-10-455/2 1988 18 A nempermanens méretezési módszert kell alkalmazni, ha a nempermanens méretezés a csatorna vízelvezető képességének 25%-os növekedését mutatja. Ehhez iránymutatást a 10. és 11. ábra ad. Amennyiben a paraméterek által meghatározott pont a megfelelő görbesereg és az origó közé esik, fennáll az Rq 1,25-ös vízhozamarány, tehát a nem permanens módszer alkalmazandó. Amennyiben a paraméterek által meghatározott pont a fenti térrészen kívül esik, de a fenéklejtés 20%-os csökkentése esetén belül esne, a méretezést még ajánlatos (az eredeti lejtéssel) a nem permanens módon végezni. Ennél nagyobb eltérés esetén a méretezés permanens (4.1. szakasz szerinti) módon végzendő el. 5. ÁRHULLÁMKÉP BECSLÉSE A racionális módszerrel meghatározott nagyvízhozam alapján becsléssel szerkeszthető összetett háromszög alakú árhullámkép. Az árhullámkép t = 0 időpontban Q = 0. Az összegyülekezési idő (t c ) elteltével a p átlagos ismétlődési idejű nagyvízhozam a 3. fejezet szerint számítható. Újra Q = 0 vízhozammal lehet számolni I m 1 lejtésű területen 3 t c időpontban, I m < 1 lejtésű területen pedig 4 t c időpontban. Az árhullám leszálló ága két egyenes szakasszal közelíthető (12. ábra). A vízmennyiség-mérleg alapján számított árhullám is a 12. ábra szerint szerkesztendő, ha t c < 180 min.

10. ábra A nempermanens méretezési módszer alkalmazási tere I. 19 MI-10-455/2 1988

MI-10-455/2 1988 20 11. ábra A nempermanens méretezési módszer alkalmazási tere II.

12. ábra Árhullám becslés a Q p nagyvízhozam ismeretében 21 MI-10-455/2 1988

MI-10-455/2 1988 22 FÜGGELÉK F1. PÉLDÁK LEFOLYÁS-IDŐSOR SZÁMÍTÁSÁRA Feladat az F13. ábrán bemutatott vízgyűjtőterületr ől levonuló lefolyás-id ősor, illetve abból a tetőző hozamnak a kiszámítása különféle modellcsapadékok hatására. A számítás elvégzendő városias települési fedettség és eltérő lejtésviszonyok esetére, valamennyi ismertetett módszerrel. F1.1. Számítás racionális módszerrel dombvidéki településen A számításhoz hasznosítható a 5. táblázat sémája, amelyen az 1 0 0 és 1 1 0 jelű főcsatornák, valamint az 1 0 8 jelű mellékcsatorna méretezését kell elvégezni, p = 4 éves modellcsapadékra (F6. táblázat), a Q 4 = i 4 A v képlettel. A terület-idő diagramot a teljes csatornahálózatra a 3. ábra tartalmazza. Az F7. táblázat bemutatja az 1 0 0 jelű csatorna három vizsgált szelvényében a különféle előfordulási valószínűségi tetőző vízhozamokat, figyelembe véve az F6. táblázatot. F7. táblázat Átl. ismétlődési idő (év) Csapadék intenzitás i p (l/s ha) Lefolyási tényező Tetőző vízhozam Q (l/s) 0+000 0+200 0+500 0+000 0+200 0+500 0+000 0+200 0+500 szelvényekben 1 73 80 87 0,47 0,46 0,33 2230 1104 431 2 115 120 135 0,47 0,46 0,33 3513 1656 668 4 145 160 170 0,47 0,46 0,33 4430 2208 842 10 195 215 235 0,49 0,48 0,34 6210 3096 1198 20 235 255 275 0,53 0,52 0,37 8096 3978 1526 33 265 285 315 0,57 0,56 0,40 9818 4788 1890 50 295 325 350 0,64 0,63 0,45 12272 6143 2362 F13. ábra Vízgyűjtőterület (példa)

A racionális számítás és méretezés táblázata Példa I. F6. táblázat Tervszám: város... község, mértékadó csapadékának átlagos ismétlődési ideje p: 4 év tározással tározás nélkül Lapszám: A részvízgyűjtő számjele 1/1 = 4/1 1 = 4 2 = 3 5 1+2+3+4+5 számjele 1 0 8 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 A csatorna új elbontandó régi átl. mélysége méretezési szakasz száma hossza (m) szelvény lejtése % 120 Ø0,4 0,7 0+000 400 Ø0,80 0,7 0+500 300 Ø1,20 0,5 0+200 200 Ø1,60 0,54 900 Ø1,60 0,4 0+000 A víz sebessége telt szelvény esetén (m/s) v=1,2 v=2,2 v=2,4 v=2,5 v= A vizsgált csatornaszakasz vízgyűjtőterületének A terepi vagy előző szakaszra számított ter. (ha) külön együtt vízzáró felülete (ha) vízzáró felületi tény. lejtése % lefolyási tényezője lefolyási hossz (m) lejtése érdességi tényezője lefolyási idő A V A VZ R f I 2 L 1 I 1 n 1 t 1 1,5 0,4 0,2 1,2 0,33 60 0,03 0,2 10 A V A VZ R f I 2 L 1 I 1 n 1 t 1 15 3 0,2 1,2 0,33 140 0,03 0,2 15 A V A VZ R f I 2 L 1 I 1 n 1 t 1 15 30 9 12 0,6 0,4 1,2 1,2 0,46 140 0,03 0,2 15 A V A VZ R f I 2 L 1 I 1 n 1 t 1 5 3 0,6 1,2 50 0,02 0,2 10 A V A VZ R f I 2 L 1 I 1 n 1 t 1 65 27,3 0,42 1,2 15 (A táblázat folytatódik) 23 MI-10-455/2 1988

A vizsgált csatorna szakasz lefolyási hossz (m) lejtése érdességi tényezője lefolyási idő Összegyülekezési idő (min) Mértékadó csap. int. (l/s ha) A csatorna szakasz szakasz teljes Mértékadó vízhozama (l/s) L 2 l 2 n 2 t 2 t e i p Q p 230 145 114 120 0,007 0,013 2 12 L 2 l 2 n 2 t 2 t e i p Q p 170 145 842 400 0,007 0,013 3 18 L 2 l 2 n 2 t 2 t e i p Q p 160 145 2208 300 0,005 0,013 6 21 L 2 l 2 n 2 t 2 t e i p Q p 200 0,004 0,013 2 23 (Az F6. táblázat folytatása) L 2 l 2 n 2 t 2 t e i p Q p 8 23 145 4430 MI-10-455/2 1988 24 Vízszállító képessége (l/s) Q c 176 Q c 1100 Q c 2700 Q c Q c 5200

25 MI-10-455/2 1988 F1.2. Számítás racionális módszerrel síkvidéki településen A számítás adatait és eredményeit az F8. táblázat tartalmazza. F2. NAGYVÍZHOZAM SZÁMÍTÁSA SÍKVIDÉKI TELEPÜLÉSEN, KORLÁTOZOTT ÖSSZEGYÜLEKEZÉSI FELTÉTELEK KÖZÖTT F2.1. Példa s = 90 km/km 2 csatornasűrűségre A számítást a 3.2. szerint kell elvégezni. Meghatározandó az F1.2. példában ismertetett vízgyűjtőterület p = 4 éves nagyvízhozama. A település talajának beszivárgási intenzitása (előzetes csapadékot feltételezve) f s = 36 l/s ha. A terület csatornasűrűsége: s = 9 km/km 2. Az F1.2. példa szerint az összegyülekezési idő a 0 + 000 szelvényben: t = 36 min. A nedvesítési tározás: S 1 = 6 mm értékűnek vehető. A 6. ábra alapján S = S 1 + S 2 = 76 m 3 /ha, P 4év = 230 m 3 /ha, F s = (1 R f ) 80 m 3 /ha = (1 0,42) 80 = 46,4 m 3 /ha. Az elvezetendő csapadékvíz L 4év = 230 46,4 76 = 107,6 m 3 /ha, q 4év = 107, 6 1000 = 16,6 l/s ha, 33660 Q 4év = A v q = 65 16,6 = 1079 l/s vagy Q 4év = 556, 107,6 65 = 1080 l/s 36 feltételezve, hogy a 3 36 min alatt egyenletes intenzitással kell elvezetni a vizet. Megjegyzés: 9 km/km 2 csatornasűrűség ennél biztosan többet képes elvezetni. Az L 4 értéke a 6. ábrán szerkesztéssel határozható meg. A vetítési vonalak sorrendjét számozás jelöli. F2.2. F2.3. Példa s = 2 km/km 2 csatornasűrűségre Kisszámítandó az F2.1. példában ismertetett vízgyűjtőterületnek az elvezetendő nagyvízhozama, ha a csatornasűrűség csupán s = 2 km/km 2. Ekkor a nedvesítési tározás legalább S 1 = 9 mm értékű kell, hogy legyen. Ekkor S = 95 m 3 /ha. L 4év = 230 46,4 95 = 88,6 m 3 /ha = 8,86 mm, 88, 6 1000 q 4év = = 13,7 l/s ha, 33660 Q 4év = 65 13,7 = 891 l/s vagy Q 4év = 556, 88,6 65 = 889 l/s 36 feltételezve, hogy 3 36 min alatt egyenletes intenzitással kell elvezetni a vizet. Példa a 3 órás csapadék alapján való számításra Meg kell határozni az F2.1. példában ismertetett települési vízgyűjtőterületekről elvezetendő nagyvízhozamot 3 órás csapadék esetén, a 3.2.1. szerinti módszerrel. A p = 4 éves 3 órás fajlagos csapadék a 4. ábrából p 4év = 360 m 3 /ha, a 3 órás beszivárgás fajlagos értéke a vízáteresztő felületen 3 (1 R f ) F s = 3 (1 0,42) 13 = 22,6 mm = 226 m 3 /ha, a fajlagos tározás: S = 76 m 3 /ha. A fajlagos lefolyás pedig: L 4év = 360 226 76 = 58 m 3 /ha.

Tervszám: A részvízgyűjtő számjele A csatorna tandó méretezési szakasz számjele száma hossza (m) szelvény lejtése % város... község, új régi A víz sebessége telt szelvény esetén (m/s) ter. (ha) elbon- átl. mélysége külön vízzáró felülete (ha) együtt 400 Ø1,00 1 v=0,80 A V A VZ 1 = 4 1 0 0 0 = 500 300 Ø1,50 0,8 v=0,95 A V A VZ Példa II. mértékadó csapadékának átlagos ismétlődési ideje 15 3 2 = 3 1 0 0 0+200 15 30 9 12 p: 4 év 200 0,6 v= A V A VZ 5 1 0 0 5 3 tározással tározás nélkül 900 Ø2,00 0,6 v=1,0 A V A VZ 1+2+3+4+5 1 0 0 0+000 65 27,3 Lapszám: v= A V A VZ F8. táblázat MI-10-455/2 1988 26 A vizsgált csatornaszakasz vízgyűjtőterületének vízzáró felületi tény. lejtése % R f I 2 0,2 0,5 R f I 2 0,6 0,4 0,5 0,5 R f I 2 0,6 0,5 R f I 2 0,42 0,5 R f I 2 lefolyási tényezője 0,29 0,42 0,43 lefolyási hossz (m) L 1 140 L 1 140 L 1 50 L 1 L 1 A terepi vagy előző szakaszra számított lejtése érdességi tényezője I 1 n 1 0,007 0,2 I 1 n 1 0,007 0,02 I 1 n 1 0,005 0,2 I 1 n 1 I 1 n 1 lefolyási idő (mm) t 1 22 t 1 22 t 1 14 t 1 22 t 1 (A táblázat folytatódik)

(Az F8. táblázat folytatása) lefolyási hossz (m) L 2 400 L 2 300 L 2 200 L 2 L 2 A vizsgált csatorna szakasz lejtése érdességi tényezője l 2 n 2 0,001 0,013 l 2 n 2 0,0008 0,013 l 2 n 2 0,0006 0,013 l 2 n 2 l 2 n 2 lefolyási idő (min) t 2 6 t 2 5 11 t 2 3 t 2 14 t 2 Összegyülekezési idő (min) t e 28 t e 33 t e t e 36 t e Mértékadó csap. int. (l/s ha) szakasz teljes i p 126 105 i p 110 105 i p i p 105 i p A szakasz csatorna Mértékadó vízhozama (l/s) Vízszállító képessége (l/s) Q p Q c 548 750 Q p Q c 1386 1950 Q p Q c Q p Q c 2935 3000 Q p Q c 27 MI-10-455/2 1988

MI-10-455/2 1988 28 A mértékadó vízhozam: 58 1000 Q 4év = 65 = 116 l/s vagy 3 180 60 Q 4év = 556, 58 65 = 116 l/s 180 F2.4. Példa az egynapos csapadék alapján való számításhoz A p = 5 éves 24 órán fajlagos csapadék a 4. ábrából P 5év = 510 m 3 /ha, A 4 órás beszivárgás fajlagos értéke a vízáteresztő felületen: 4 (1 0,42) 13 = 30,2 mm = 302 m 3 /ha, a fajlagos tározás pedig S = 76 m 3 /ha. A fajlagos lefolyás: L 5év = 510 302 76 = 132 m 3 /ha. A mértékadó nagyvízhozam: Q 5év = 132 1000 65 = 199 l/s vagy 324060 Q 5év = 556, 240 132 65 = 199 l/s. Megjegyzés: A 4 órás beszivárgás figyelembevétele indokolt, mert a 24 órás csapadék nem folyamatos, hanem megszakításos. F3. EGYSZERŰSÍTETT, NEMPERMANENS MÉRETEZÉSI MÓD F3.1. Példa az n = 0,013 s/m 1/3 érdességi tényező esetére Kiszámítandó az F1.2. példában szereplő 1 0 0 jelű csatorna átmérője a 0 + 000 szelvényben az egyszerűsített, nempermanens méretezési móddal. A (10) képlet átalakításával az átmérő (D) 0,375 Qn D = 0,019 0,08147 I + Q vízhozam = 2,935 m 3 /s n érdességi tényező = 0,013 s/m 1/3 I fenéklejtés = 0,0006 Ezek alapján D = 1251 mm. A gyártott 1,25 m átmérő elfogadható, feltéve, hogy 30 m-nél nem hosszabb szakasz végén létrejön a kritikus mozgás, szemben az F1.2. példában alkalmazott 2,0 m-es átmérővel. Amennyiben a szakasz hossza L 2 = 200 m, úgy a vízhozamcsökkentő tényezőt is figyelembe véve: D = Qn ( 0,019 + 0,08147 I ) L L Behelyettesítéssel D = 1422 mm, illetve 1,5 m átmérő adódik. o 2 0,24+ 0,0009L2/Lo 0,375