Dimensionering

Här kommer lite räkneexempel för dimensionering av dammar. Ledningskapacitet osv.

Det här ska vara så enkelt som möjligt.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hur mycket vatten rinner från ett område ner till tillexempel en damm eller ledning.

Ett avrinningsområde kan delas in i ett rektangulärt område.För att beräkna rinntid Måste man ta hänsyn till att olika hårda/mjuka ytor leder bort vatten olika fort, det blir olika förluster i form av avdunstning och infiltration i marken. Det är 

Avrinningskoficienten = φ som beskriver förhållandet mellan nederbörd och avrinning. (se tabell längre ner)

 

Ett område har en Area. Med Avrinningskoficienten φ får man fram en Reducerad area

Ared=φ · A

 

Om marken vore av teflon vore φ = 1, Dvs. hela arean bidrar till avrinning.

φ=0.5 dvs. hälften av nederbörden kommer fram till avrinningspunkten.

 

Den maximala andelen av ett avrinningsområde som kan bidra till avrinningen. 

ju större lutning och ju högre intensitet, desto större avrinningskoefficient.

 

Inom urbanhydrologin, för t.ex. dimensionering av dagvatten-system, är regnförlopp/statistik i kort tidsskala (ex. 10-minuter upp till ca. 2 h) av primärt intresse.

Innefattar avrinningssystemet tröga förlopp (magasinering) blir också statistik för längre regnvaraktigheter (6-24 h) viktiga att ta hänsyn till.

 

Rationella metoden är tillämplig vid beräkningar i urban miljö med stor andel hårdgjorda snabbavrinnande ytor. Metoden används för att beräkna ett avrinningsområdes maximala toppflöde och används mest för att beräkna flöden till dagvattenledningar, diken och andra dagvattenanordningar.

Krav
• Regnets varaktighet sätts till den erforderliga rinntiden för att hela avrinningsområdet skall medverka till vattenföringen i beräkningspunkten.

• Området är i det närmaste rektangulärt.

• Området är i det närmaste homogent.
• Området är begränsat till maximalt ca 100 ha.
* Rinntiderna inom olika delområden får inte variera för mycket
* Avrinningskoefficienter med samma värde bör vara jämnt utspridda över området

 

Uppfylls inte ovanstående villkor kan området delas in i delområden, som vart och ettuppfyller villkoren. Därefter sker en sammanvägning av beräknade vattenföringar till summerad maximivattenföring.

 

1. Bestämm regnets Varaktighet
2. Bestämm Rinntid  (vattenhastighet)

 

Varaktighet på regnet = ungefär lika med rinntiden

Koncentrationstid  = Den tid det tar för vattnet att ta sig
            från den hydrologiskt mest avlägsna
           punkten till mätpunkten 

Varaktigheten hos regnet bestäms av koncentrationstiden 
 
koncentrationstiden = varaktigheten på det dimensionerande regnet. 

Återkomsttider är vanligen 2-5 år men längre återkomsttider används för större och viktigare anläggningar.

 

I = i(Tr) Dimensionerande regnintensitet (l/s, ha)

Tr=Regnvaraktighet = områdets koncentrationstid i minuter
Områdets koncentrationstid = den tid det tar för regnet som fallit längts bort på avrinningsområdet att nå punkten där man vill beräkna det dimensionerade flödet

φ = Avrinningskoeficienten (uttalas fi )

 

medelregnintensitet vid vald återkomsttid och varaktighet (ex. 5 års regn i 10 minuter)
Regnintensitet l/s * ha (liter i sekunden gånger hektar), slå upp i tabell.
om man räknar med Z-värden är formeln 2.78 * (a+ Z*b) *c se sverige Z-karta eller titta i min tabell.

Tid/area metod

För större områden, eller områden med flera olika delareor

Vid sammanlagring av delområden med individuella koncentrationstider/avrinningskoefficienter/areor

 

Dela in området i delareor.

• Bestäm dimensioneringspunkten för varje delarea.

• Gör ett tid-area tabell för varje delarea.  effektiv area, dvs verklig area

• Summera alla TA diagram för att få hela områdets totala TA diagram.

• Förskjut totala TA med dt och beräkna differansen.

• Den maximala differansen är den största bidragande arean för ett regn med varaktigheten dt.

 

Man kan även beräkna rinntider med Mannings formel

Rinntid = sträcka / hastighet  => 600/ 0.1= 60.000 sek. = 1 tim, 40 min

t= s/v

 

Qdimensionerat flöde (l/s) = Area (ha) * Avrinningskoficient * Regnintensitet (l/s, ha)  

     (A_{1 *} j₁ + A_{2 *} j₂  + … A_nj_n )
  j =  ______________________

räkne exempel

ⱷ=0.1*0.9 + 0.5*0.8 + 0.4*0.1
1

avrinningskoefficienter 

Yta/markslag Avrinningskoefficient

Vägyta/asfalt 0,6

Jordbruksmark/natur 0,05

Banvallsområdet 0,2

Handelsområdet 0,5

 

Exempel:   Flackt område, Radhus =>  Avrinningskof. φ = o.4

Svenskt Vatten P90, Bilaga 1 - Lokala intensivitets-varaktighetskurvor

Exempel Stockholm 1907-1946

2 års regn 10 minuter 130 l/s,ha
5 års regn 10 minuter 180 l/s, ha 

10 års regn 10 minuter 225 l/s, ha
5 års regn 20 minuter 129 l/s, ha

Det är vanligt att man räknar på 10 års regnm 10 minuter.

Dimensionering för fylld dagvattenledning

Exempel:   Flakt område 

Area A = 2 ha
Asfalt  φ = 0,8
Regnint I(tr) = 225 l/s,ha 

Qdim = A * φ * i(tr)   =>   Qdim = 2 * 0,8 * 225  => 360 l/s kommer att rinna till diket

=======================================================================

Dagvattnet kan avledas i två separata system: 
• orent dagvatten (exv. från trafik- och parkeringsytor)
• rent dagvatten (exv. från tomtmark)

=======================================================================

Rationella metoden.

Vid beräkning av rationella metoden antas att hela området bidrar till avrinning.

Koncentrationstid = Maximal avrinning blir efter den tid det tar vattnet att nå avriningspunkten

koncentrationstiden är den tid det tar att koncentrera all avrinning till en punkt

Avrinningskoefficienten beror av avrinningsområdets hårdgörningsgrad, lutning samt av regnintensiteten

 

Difus avrinning.

Sammansättningen och volymen av det vatten som rinner av från land beror till stor del på hur marken används, om marken är bevuxen eller om det exempelvis finns hårdgjorda ytor.

Det antas att allt regn som faller på hårdgjorda ytor blir till avrinning och regn som faller på andra ytor infiltrerar.

Man behöver alltså inte räkna med avrinning från skog och andra mjuka ytor. Det är så långsam avrinning att det ej är dimensionerande.

 

se Colebrooks diagram

Olika ledningar har olika råhet - bruksrören skrovlighet (invändiga ojämnhet) - sandråhet.

Enligt Svenskt Vaten P90 - Ledning i drift

 

ekvivalent sandråhet (k_e) (wikipedia)

Rörens skrovlighet ökar med åldern.

========================================================================

Dräneringsledningar bortleder nedträngande yt- och grundvatten.

• Mängden nedträngande ytvatten är liten. 
• Då grundvatten skall dräneras kan vattenmängderna bli stora

Man får räkna med extra tillskott av dränvatten förutom vanlig dagvattenavrinning från ytan.

 

Enligt ATB Väg kapitel D. 

Bör Dränledning ligga minst 0.3 meter under vägens terrassyta.

Rördimension Rörledningar till dränering av en överbyggnad skall ges erforderlig dimension, och nominella
innerdiametern skall vara minst 100 mm. Rör skall vara i raka längder och ha slät insida. Dräneringsledningar för dränering av gång- och cykelvägar och jordbruksmark i anslutning till vägområdet får även vara på rulle och invändigt korrugerade.

Minsta längslutning skall vara 5 ‰.

Ledningslängder får högst vara 400 m utan utlopp

Rensbrunnar med minsta nominella innerdiameter 160 mm skall placeras vid brytpunkter i plan och profil. Avstånden bör inte överstiga 100 m. Dränbrunnar skall förses med sandfång, utan vattenlås.

Dränledning ansluts till dagvattenledning via brunn med sandfång eller till öppet dike. Brunnar anordnas med ett inbördes avstånd av ca 100 m.

 

Tabell 2. Värden för parameter a och b för olika återkomsttider. (P90 s.19)
Återkomsttid, T Konstanter

[månader]	a	b
12	5,38	0,272
24	7,53	0,293
60	11,63	0,309
120	16,12	0,314

c är en parameter som beror av regnets varaktighet.
Tabell 3. Värden för parametern c för olika regnvaraktigheter. (P90 s.19)

tr [min]	10	15	20	25	30	35	40	45	50	55	60
c	3,62	2,96	2,41	2,06	1,81	1,62	1,47	1,35	1,25	1,17	1,1
tr [h]	1	1,5	2	3	4	6	8	12	16	20	24
c	1,1	0,821	0,667	0,499	0,405	0,303	0,246	0,184	0,149	0,127	0,112