طراحي سيستم جمع‌آوري و دفع آب باران (بخش سوم)

۶ ماه قبل ۸۷۶ ۰

به منظور استفاده از منحنی های IDF بدست آمده در ایستگاه های مختلف کشور در سایر نقاط و در محدوده یک طرح می توان چند وجهی تیسن را تهیه کرد. چند وجهی حول هر ایستگاه شعاع تاثیر آن ایستگاه را تعیین کرده و برای هر نقطه دیگر درون این چند ضلعی می توان از منحنی IDF ایستگاه درون آن به عنوان شاخص با اعمال یک ضریب منطقه ای محدوده طرح بهره برد.

آب باران، محاسبات آب باران، شدت بارش

توزیع زمانی بارندگی در برخی از روشهای تعیین دبی اوج سیل نظیر روش منطقی شدت باران در طول بارندگی ثابت فرض شده است، در حالیکه در برخی دیگر از روشها نظیر روش هیدروگراف واحد که علاوه بر دبی اوج شکل هیدروگراف سیل نیز محاسبه می گردد، تعیین باران نگار (هیتوگراف) بارندگی و یا توزیع ارتفاع بارش در زمان تداوم ضروری است. در این شرایط پس از تعیین عمق (شدت) و زمان تداوم بارندگی، بایستی توزیع زمانی بارندگی را تعیین نمود. شکل باران نگار ارتباط مستقیم با شکل و دبی پیک هیدروگراف سیل حاصل از آن خواهد داشت.روش های مختلفی برای تعیین توزیع زمانی بارندگی توسعه یافته است.

اولین روش انتخاب الگویی اختیاری است که به لحاظ تجربیات موجود منطقه معقول به نظر می آید. در این روش می توان از الگوهای پیشنهادی بدست آمده از تجربیات بین المللی بهره برد. دفتر حفاظت خاک آمریکا (SCS) شدت یکنواخت و ثابت را برای بارندگی های کوتاه مدت پیشنهاد نموده است. در مورد بارندگی های کوتاه مدت، که در طراحی زهکش راهها و فرودگاه ها موضوعیت دارند، مطالعات انجام شده در کشورهای مختلف حاکی از آن است که رگبارهای کوتاه مدت غالبا دارای توزیع نامتقارن هستند. مطالعات مشابه در خاورمیانه نیز این امر را تائید می کند. شکل (7-5) توزیع زمانی بارندگی های کوتاه مدت را بر اساس یافته های بین المللی نشان می دهد. مطابق شکل مذکور حداکثر شدت بارندگی برای هر دو نمودار در اوایل بارندگی رخ می دهد.

در روش دوم از منحنی های IDF در تعیین توزیع زمانی بارندگی استفاده می شود. در این روش کل مدت تداوم بارندگی طرح به جزء زمان های مختلف تقسیم شده و شدت بارندگی در هر یک از گام های زمانی فوق از منحنی IDF متناظر تعیین می گردد. برای مثال یک بارندگی 6 ساعته به زمان های 5/0، 1، 2، 3، 4، 5، 6 ساعته تبدیل شده و شدت متناظر با هریک از زمان های فوق از منحنی IDF مربوطه قرائت می شود. این روش اغلب منجر به توزیعی می گردد که در آن شدت بارندگی در ابتدای بارندگی بیشتر بوده و بتدریج و با گذشت زمان شدت بارندگی سیر نزولی خواهد داشت.

در روش سوم توزیع زمانی بارندگی بر اساس الگوی داده های محلی تعیین می شود. در این روش کلیه بارندگی های با یک زمان تداوم ثابت و مشخص با هم و به طور همزمان بر روی یک نمودار تجمعی بی بعد رسم می شوند. سپس یک نمودار تجمعی میانگین و به صورت ترسیمی بر روی همان نمودار تعیین شده و به عنوان الگوی معرف پذیرفته می شود. این روش بایستی برای بارندگی های با زمان های تداوم مختلف تکرار شود. لازم بذکر است که استفاده از این روش گرچه مناسب است؛ لیکن مستلزم وجود داده های محلی مربوط به بارندگی های با تداوم مختلف می باشد.

منحنی های شدت – مدت – فراوانی برای ایستگاه های منتخب

مشخصات محنی های شدت – مدت – فراوانی (IDF) برای 10 ایستگاه کشور توسط آقای وزیری و برای 58 ایستگاه توسط سازمان هواشناسی کشور تهیه شده است. همچنین برای کلیه 58 ایستگاه مورد نظر سازمان هواشناسی پارامترهای a، c، b برای دوره های بازگشت 2، 5، 10، 20، 50 و 100 سال در جداول زیر ارائه شده است.

آب باران، محاسبات آب باران، شدت بارش

* ادامه جدول در منبع آورده شده است.

 

ضریب روانآب

این ضریب عمدتا بستگی به جنس زمین و پوشش آن از نظر نفوذپذیری دارد. سایر عوامل از قبیل شیب، رطوبت هوا، درجه حرارت محیط، میزان وزش باد، شرایط پوشش زمین در مقدار این ضریب موثرند. به علاوه در طول مدت بارندگی نیز این ضریب متغییر می‌باشد.

آب باران، محاسبات آب باران، شدت بارش

روش‌های محاسباتی مقدار رواناب

معمول‌ترین روش محاسبه رواناب روش استدلالی است. این روش بر اساس مفروضاتی شامل ثابت بودن شدت رگبار و ضریب رواناب در طول مدت بارندگی، ثابت بودن سرعت جریان آب در داخل شبکه‌های آب‌های سطحی و پخش یکنواخت ورود رواناب به داخل دهانه‌های آبگیر در طول زمان متمرکز می‌باشد. مجموعه مفروضات فوق منتهی به اضافه برآورد مقدار دبی حداکثر رواناب می‌گردد. توصیه می‌شود از این روش برای محاسبه رواناب سطوح تا 12 کیلومتر مربع استفاده شود.

برای سطوح بزرگتر توصیه می‌شود از روش موسوم به هیدروگراف استفاده گردد. در این روش با توجه به امکان در نظر گرفتن تغییرات هریک از مقادیر ثابتی که در روش استدلالی به ان اشاره شد، و همچنین در نظر گرفتن حجم ذخیره شده رواناب در داخل مجاری تخلیه، جواب‌های به دست آمده بیشتر مقرون به واقعیت خواهد بود.

همانطور که در بخش قبل بیان شد، شدت بارندگی با میزان ارتفاع بارندگی در واحد زمان تعریف می‌شود. در حالت کلی شدت بارندگی، تابعی از مدت و دوره بازگشت (دوره تناوب) بارندگی است. هرچه دوره تناوب بارندگی بیشتر باشد، شدت بارندگی بیشتر و هرچه مدت بارندگی بیشتر باشد، شدت بارتدگی کمتر است. رابطه شدت بارندگی با مدت و تناوب بارندگی از طریق منحنی‌های شدت-مدت تناوب بارندگی برای هر منطقه بیان می‌شود.

آب باران، محاسبات آب باران، شدت بارش

در صورت نبود آمار می توان از روابط زیر برای محاسبه شدت بارندگی استفاده نمود ( t مدت زمان بارش ر حسب دقیقه):

آب باران، محاسبات آب باران، شدت بارش

آب حاصل از بارش باران در بام ها، حیاط ها، حیاط خلوت ها و نورگیرهای فاقد سقف را باید به درون سیستم جمع آوری و دفع آب باران یا سیستم مشترک فاضلاب و آب باران هدایت نمود. برای این کار باید مقدار بارش محتمل برای هر کدام از فضاهای ذکر شده را محاسبه نمود. در دفع آب باران می بایست به نکات زیر توجه نمود :

  • لوله آب باران نباید به درون شبکه فاضلاب خانگی تخلیه شود. (دفع به صورت جداگانه به درون چاه جذبی)
  • اگر لوله های عمودی و افقی آب باران به شبکه مشترک فاضلا و آب باران متصل می شوند، برای جلوگیری از نفوذ بو و گازهای حاصل از فاضلاب به درون لوله های آب باران باید بر روی لوله های آب باران سیفون نصب نمود.
  • لوله آب باران را نباید برای دفع و هدایت فاضلاب و یا به عنوان لوله هواکش (ونت) استفاده نمود.
  • اتصال لوله آب باران به لوله مشترک باید حداقل 10 فوت بعد از هرگونه انشعاب فاضلاب یا انشعاب لوله عمودی فاضلاب انجام شود.
  • تمام قسمت های بام به جز قسمت هایی که به لوله آب بر (Gutter) تخلیه می شوند؛ باید دارای کف شوی آب باران (Roof Drain) باشند. (کف شوی درارای صافی با حداقل مساحت سوراخ 1.5 براربر مساحت مقطع لوله های عمودی و افقی آب باران
  • در ایران اگوی شهری تنها برای فاضلاب طراحی شده است و برای دفع آب باران حتما می بایست از چاه جذبی با حجم مناسب استفاده نمود.
  • در شهر های شمالی ایران که بارش باران زیاد و جذف خاک پایین است، هدایت آب باران به مسیل خیابان مجاز می باشد.
  • تست لوله های آب باران برای ساختمان های با ارتفاع بیش از 20 متر به صورت هیدرواستاتیک (تمام آب با فشار اتمسفر) به مدت 15 دقیقه صورت می گیرد. در این مدت سطح تراز آب در لوله نباید تغییری کند.
  • جریان آب باران در داخل کف شوی‌های آب باران بام و لوله‌های عمودی و افقی باید با پیش بینی شیب‌های مناسب (مطابق با جدول فوق) و به طور ثقلی صورت گیرد. حداقل شیب لوله‌های افقی آب باران در داخل ساختمان باید یک درصد باشد.
  • لوله‌کشی آب باران بر خلاف لوله‌کشی فاضلاب بهداشتی وسیله‌ای برای جلوگیری از انتشار بو و گازهای ناشی از فاضلاب ندارد. لذا در صورتی که لوله افقی اصلی آب باران در محل خروج از ساختمان یا ملک به لوله افقی فاضلاب بهداشتی متصل می‌شود، برای پیشگیری از ورود بو و گازهای شبکه فاضلاب شهری به لوله‌کشی آب باران، نصب سیفون بر روی لوله افقی اصلی آب باران ضروری است. این سیفون از انتشار بو و گازها در بام از طریق لوله‌کشی آب باران جلوگیری می‌کند. این کار ضروری است، زیرا برای مثال ممکن است دریچه هوای تازه هوارسان در نزدیک کفوی بام قرار داشته باشد و در صورت عدم وجود سیفون، بوی نامطلوب فاضلاب از طریق دریچه در ساختمان منتشر شود. برای تمیز کردن سیفون آب باران، سیفون باید دارای دریچه بازدید باشد.
  • با توجه به معماری ساختمان، لوله‌های عمودی آب باران می‌توانند در داخل ساختمان به صورت توکار و یا در خارج از ساختمان به صورت روکار قرار داشته باشند. چنانچه لوله‌های عمودی آب بارانِ خارج از ساختمان یا عایق آنها در معرض صدمات فیزیکی قرار داشته باشند، باید با استفاده از پوشش‌های مناسب محافظت شوند. همچنین اگر لوله‌ها در خارج از ساختمان باشند، باید پیش بینی‌های لازم جهت جلوگیری از وقوع یخ زدگی در آنها بعمل آید. در صورت یخ زدن لوله‌های عمودی آب باران، علاوه بر خسارتی که به تاسیسات بهداشتی وارد می‌آید، امکان باقی ماندن آب بر روی بام و ایجاد خسارت جدی در ساختمن وجود دارد. برای اطمینان از تخلیه مناسب آب باران، قطر نامی لوله‌های عمودی بام نباید از ۷۵ میلیمتر ( ۳ اینچ) کمتر باشد.

​لوله های آب باران :

  • ساختمان با ارتفاع بالای 20 متر؛ لوله P.E و گالوانیزه
  • ساختمان با ارتفاع زیر 20 متر؛ PVC، P.E، Push Fit، گالوانیزه و چدنی
  • برای مهار کردن لوله های آب باران از بست فلزی استفاده شود.

     مثال : مطلوب است محاسبه سایز لوله های قائم، افقی و چاه آب باران برای بامی به مساحت 100 متر مربع در شهر تهران

پاسخ : برای بدست آورد سایز لوله ها ابتدا باید میانگین حداکثر مدت بارش در مدت یک ساعت را برای یک دوره بازگشت حداقل 30 ساله  محاسبه نمود. با توجه به جدول شدن مدت فراوانی  (IDF) (جدول 5-5) در منطقه تهران (مهرآباد)، میزان شدت باران در یک دوره بازگشت 50 ساله، 0.58 اینچ بر ساعت محاسبه می شود. حداکثر بارندگی درمدت یک ساعت برای دوره بازگشت 50 ساله :

آب باران، محاسبات آب باران، شدت بارش

بر اساس جدول (7-5)  با توجه به میزان بارندگی 0.58 اینچ برای هر رایز حداکثر سطح آبریز می تواند برابر با 25629 فوت مربع معادل 2382 متر مربع می باشد. بر این اساس سایز رایزر آب باران 100 میلیمتر در نظر گرفته می شود. در استفاده از این جدول باید دقت نمود اگر عدد بدست آمده برای بارش در مدت یک ساعت هر عددی (بیشتر یا کمتر) از یک اینچ باشد؛ باید در هر مورد سطح بام مندرج در جدول را بر آن عدد (بر حسب اینچ) تقسیم کرد و مقدار تصحیح شده سطح بام را بدست آورد.

برای لوله های افقی نیز وضعیت مانند لوله های قائم می باشد با این تفاوت که از جدول (8-5) استفاده می کنیم. با توجه به محدودیت بیشتر لوله های افقی در محاسبه لوله های آب باران پس از محاسبه میزان بارش ابتدا لوله های افقی انتخاب می شوند و لوله ها های قائم متناسب با این لوله ها انتخاب می گردد.

با توجه به میزان بارش و شیب 1 درصد  برای لوله 100 میلیمتری سطح آبریز برابر با 1294 متر مربع بدست می آید که بسیار بیشتر از سطح مورد نظر می باشد و می توان از لوله 100 میلیمتری برای بام مدنظر استفاده نمود. در محاسبات آب باران باید دقت نمود که تعداد کفشوی برای بام اصلی ساختمان می بایست حداقل دو عدد در نظر گرفته شود.

برای محاسبه چاه آب باران از اطلاعات مندرج در دفترچه مکانیک خاک ساختمان استفاده می شود. در ایت دفترچه در عمق مورد نظر میزان ضریب جذب خاک با واحد سانتیمتر بر ثانیه قید شده است و جنس خاک نیز مشخص گردیده است. در صورت در دسترس نبودن ضریب جذب خاک می توان با توجه به جنس خاک از جدول زیر نیز استفاده نمود و میانگین ضریب جذب را در نظر گرفت.

آب باران، محاسبات آب باران، شدت بارش

متوسط حداکثر دبی بارشی برای یک ساعت 0.54 اینج بر روی سطح 100 متر مربعی بدست آمد. این اعداد به معنی :

آب باران، محاسبات آب باران، شدت بارش

سطح بدست آمده می بایست جهت امکان جذب آب باران در زمان حداکثر بارش تبدیل به حجم مورد نیاز گردد. مطابق نوع انباره و روابط هندسی می توان حجم مورد نیاز را حساب کرد.

 

لینک مطالب مرتبط :

طراحی سیستم جمع آوری و دفع آب باران (بخش دوم)

 

منبع : بخشی از کتاب تاسیسات بهداشتی ساختمان - مولف : پیمان ابراهیمی ناغانی، بهنام آسایش - انتشارات نوآور


۰ دیدگاه