Basisopleiding Riolering Module 2 Cursusboek
Nieuwegein, 2012
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Versie 5.1
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Inhoudsopgave Inleiding .............................................................................................................................................. 1 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
Richtlijnen rioleringsontwerp ................................................................................................... 3 Leerdoelen ................................................................................................................................ 3 Algemeen .................................................................................................................................. 3 Korte geschiedenis riolering ..................................................................................................... 3 Leidraad Riolering .................................................................................................................... 5 Hydrologische kringloop .......................................................................................................... 7 Plaats van afvoersystemen binnen de hydrologische kringloop ............................................... 8 Typen rioolstelsels .................................................................................................................. 10 1.7.1 Gemengd stelsel ....................................................................................................... 10 1.7.2 Verbeterd gemengd stelsel ....................................................................................... 11 1.7.3 Gescheiden stelsel .................................................................................................... 12 1.7.4 Verbeterd gescheiden stelsel .................................................................................... 13 1.7.5 Hybride stelsel .......................................................................................................... 14 1.8 Samenhang tussen DOFEMAME en hydraulisch ontwerp .................................................... 15 1.9 Te verzamelen informatie ....................................................................................................... 15 1.10 Ontwerp structuur ................................................................................................................... 17 1.11 Basisbegrippen........................................................................................................................ 17 1.11.1 Rioleringsplan .......................................................................................................... 17 1.11.2 Soorten afvalwater.................................................................................................... 18 1.11.3 Overstort ................................................................................................................... 19 1.11.4 Gemaal ..................................................................................................................... 19 1.11.5 Bemalingsgebied ...................................................................................................... 19 1.11.6 RWZI ........................................................................................................................ 19 1.11.7 Afvoerend oppervlak ................................................................................................ 19 1.11.8 Berging ..................................................................................................................... 19 1.11.9 Verloren berging....................................................................................................... 20 1.11.10 Pompovercapaciteit .................................................................................................. 21 1.11.11 Ledigingstijd............................................................................................................. 22 1.11.12 Vuiluitworp .............................................................................................................. 22 1.11.13 Stuwvoorzieningen ................................................................................................... 22 1.11.14 Bakmodel ................................................................................................................. 23 1.11.15 RWZI ........................................................................................................................ 23 2 2.1 2.2 2.3
2.4
Belasting op het systeem ........................................................................................................ 25 Leerdoelen .............................................................................................................................. 25 Inleiding .................................................................................................................................. 25 Droogweerafvoer .................................................................................................................... 26 2.3.1 Algemeen ................................................................................................................. 26 2.3.2 Huishoudelijk afvalwater ......................................................................................... 26 2.3.3 Bedrijfsafvalwater .................................................................................................... 28 2.3.4 Parasitair water ......................................................................................................... 29 Neerslag .................................................................................................................................. 30 2.4.1 Inleiding ................................................................................................................... 30
2.5
2.6
2.7 2.8
2.4.2 Ontwerpneerslagintensiteit ....................................................................................... 30 2.4.3 Neerslaggebeurtenissen (conform C2100) ............................................................... 31 2.4.4 Standaard neerslagreeks (conform C2100) .............................................................. 33 Afvoerend oppervlak en rioolinloop ....................................................................................... 33 2.5.1 Algemeen ................................................................................................................. 33 2.5.2 Schematisering afvoerend oppervlak ....................................................................... 34 2.5.3 Bepaling afvoerend oppervlak.................................................................................. 35 2.5.4 NWRW 4.3 inloopmodel .......................................................................................... 36 Bijzondere onderwerpen ......................................................................................................... 38 2.6.1 Overstortingsfrequentie volgens de stippengrafiek .................................................. 38 2.6.2 Veldkampgrafiek ...................................................................................................... 39 2.6.3 Overstortingfrequentie uit regenreeksberekening .................................................... 41 2.6.4 Regenduurlijnen ....................................................................................................... 42 Bijlage A: Hydrodynamisch rekenen...................................................................................... 43 Bijlage B: Bepaling afvoerend oppervlak m.b.v. Geografisch Informatie Systeem ............... 45
3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
Vloeistofmechanica I .............................................................................................................. 51 Leerdoelen .............................................................................................................................. 51 Inleiding .................................................................................................................................. 51 Continuïteitsvergelijking en Volumebalans............................................................................ 51 Stromingen.............................................................................................................................. 52 Hydraulische parameters ........................................................................................................ 53 3.5.1 Nat oppervlak ........................................................................................................... 53 3.5.2 Natte omtrek of perimeter ........................................................................................ 53 3.5.3 Hydraulische straal ................................................................................................... 54 3.6 Stromingskarakteristiek: getal van Reynolds ......................................................................... 54 3.7 Energiehoogte en Wet van Bernoulli ..................................................................................... 56 3.8 Energie, verhang en eenparige stroming................................................................................. 58 3.9 Schuifspanning ....................................................................................................................... 59 3.9.1 Berekening ............................................................................................................... 59 3.9.2 Kritische schuifspanning .......................................................................................... 59 3.10 Basisformule voor eenparige turbulente stroming .................................................................. 60 3.10.1 Chézy ........................................................................................................................ 60 3.10.2 Thijsse ...................................................................................................................... 61 3.10.3 Hydraulisch glad of ruw ........................................................................................... 61 3.11 Handmatige berekeningswijze ................................................................................................ 61 3.11.1 Bepaal de benodigde diameter ................................................................................. 64 3.11.2 Bepaal het benodigde verhang ................................................................................. 65 3.11.3 Bepaal het afgevoerde debiet.................................................................................... 66 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
Vloeistofmechanica II ............................................................................................................. 69 Leerdoelen .............................................................................................................................. 69 Froude getal ............................................................................................................................ 69 Gedeeltelijk gevulde leidingen ............................................................................................... 70 Stroming in gedeeltelijk gevulde leidingen ............................................................................ 72 4.4.1 Berekenen van de waterdiepte in gedeeltelijke gevulde leidingen ........................... 74 4.4.2 Berekenen van het debiet in gedeeltelijk gevulde leidingen .................................... 75 De (andere) energieverliezen in rioolbuizen ........................................................................... 76 Overlaten................................................................................................................................. 82
4.7 4.8
Doorlaten ................................................................................................................................ 85 Bijlage A: Figuren .................................................................................................................. 87
5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6
Hydraulisch ontwerpen I......................................................................................................... 91 Leerdoelen .............................................................................................................................. 91 Inleiding .................................................................................................................................. 91 De weg naar een stelselontwerp.............................................................................................. 91 Het proces van de stelselkeuze ............................................................................................... 93 Ontwerp criteria ...................................................................................................................... 95 Vastleggen van informatie en uitgangspunten ........................................................................ 96 5.6.1 Te verzamelen informatie ......................................................................................... 96 5.6.2 Uitgangspunten......................................................................................................... 97 5.7 Gemaal .................................................................................................................................... 98 5.7.1 Locatie gemaal ......................................................................................................... 98 5.8 Locatie keuze overstort ......................................................................................................... 100 5.8.1 Locatie van overstort(en)........................................................................................ 100 5.9 Hoofdstructuur ...................................................................................................................... 101 5.9.1 Putafstanden en strenglengten ................................................................................ 102 5.10 Nadere uitwerking ................................................................................................................ 102 5.10.1 gemaal .................................................................................................................... 102 5.10.2 Omvang overstorten ............................................................................................... 103 5.10.3 Bepaling van de diameter van de leidingen ............................................................ 104 5.10.4 Bodemverhang leidingen ........................................................................................ 104 5.10.5 Controleberekeningen ............................................................................................ 106 5.11 Bijlage A: Checklist.............................................................................................................. 106 5.12 Bijlage B: Uitgangspunten en randvoorwaarden .................................................................. 108 5.12.1 Begrenzing projectgebied ....................................................................................... 108 5.12.2 Gebruikte gegevens ................................................................................................ 108 5.12.3 Hoogtematen .......................................................................................................... 109 5.12.4 Verhard oppervlak .................................................................................................. 109 5.12.5 Uitgangspunten dimensionering rioolstelsel .......................................................... 110 6 6.1 6.2 6.3 6.4
6.5
6.6 6.7 6.8
Hydraulisch ontwerpen II ..................................................................................................... 113 Leerdoelen ............................................................................................................................ 113 Inleiding ................................................................................................................................ 113 Componenten in een rioolstelsel ........................................................................................... 113 Materialen ............................................................................................................................. 114 6.4.1 Materialen............................................................................................................... 114 6.4.2 Hydraulische eigenschappen van materialen.......................................................... 115 6.4.3 Duurzaamheid en/of hergebruik van materialen .................................................... 115 Leidingen .............................................................................................................................. 117 6.5.1 Vormen ................................................................................................................... 117 6.5.2 Maatvoering............................................................................................................ 118 6.5.3 Levensduur van leidingen (en putten) .................................................................... 120 6.5.4 Zettingsgevoelige gebieden .................................................................................... 124 Putten .................................................................................................................................... 125 Gemalen ................................................................................................................................ 127 Overstorten ........................................................................................................................... 127 6.8.1 Afmetingen van een overstortput ........................................................................... 127
6.8.2 Vrije ruimte boven de overstortdrempel................................................................. 128 6.8.3 Overstortmes en het beluchten van overstorten...................................................... 129 6.8.4 Uitstroomleiding..................................................................................................... 129 6.9 Ontwerpen voor de uitvoering .............................................................................................. 130 6.9.1 Diepteligging .......................................................................................................... 130 6.9.2 Inpassing................................................................................................................. 130 6.9.3 Kruisingen .............................................................................................................. 132 6.9.4 Bemaling ................................................................................................................ 132 6.9.5 Fasering .................................................................................................................. 132 6.10 Ontwerpen voor het beheer en onderhoud ............................................................................ 133 7 7.1 7.2 7.3 7.4
Afkoppelen en regenwatervoorzieningen ............................................................................. 135 Leerdoelen ............................................................................................................................ 135 Problematiek stedelijk waterbeheer ...................................................................................... 135 Effecten van afkoppelen ....................................................................................................... 137 Afkoppeltechnieken .............................................................................................................. 142 7.4.1 Inleiding ................................................................................................................. 142 7.4.2 Bronmaatregelen .................................................................................................... 142 7.4.3 Systemen voor benutting in de waterketen ............................................................. 142 7.4.4 Systemen voor inzameling en transport ................................................................. 143 7.4.5 Infiltratie van regenwater ....................................................................................... 143 7.4.6 Behandeling van regenwater .................................................................................. 147 7.5 Van ontwerp naar beheer ...................................................................................................... 150 7.6 Dimensionering goten ........................................................................................................... 152 7.7 Dimensionering zuiveringsvoorzieningen ............................................................................ 154 7.7.1 Inleiding ................................................................................................................. 154 7.7.2 Lamellenafscheiders ............................................................................................... 154 7.8 Dimensionering infiltratievoorzieningen .............................................................................. 155 7.8.1 Inleiding ................................................................................................................. 155 7.8.2 Geohydrolgie .......................................................................................................... 156 7.8.3 Ondergrondse infiltratievoorzieningen................................................................... 157 7.8.4 Oppervlakte-infiltratievoorzieningen ..................................................................... 158 7.8.5 Doorlatende verharding .......................................................................................... 159 7.8.6 Dimensionering met behulp van regenduurlijn ...................................................... 160 7.9 Samenvatting ........................................................................................................................ 165 7.10 Bijlage A: Beslisboom afkoppelen (werkgroep riolering West-Nederland)......................... 166 8 8.1 8.2 8.3
8.4
8.5
Randvoorzieningen, gemalen en persleidingen .................................................................... 167 Leerdoelen ............................................................................................................................ 167 Inleiding ................................................................................................................................ 167 Externe factoren .................................................................................................................... 168 8.3.1 Ligging van het gemaal .......................................................................................... 168 8.3.2 Stelseltype .............................................................................................................. 168 8.3.3 Vergunningen ......................................................................................................... 168 Pompgemalen ....................................................................................................................... 168 8.4.1 Bouwwerk .............................................................................................................. 170 8.4.2 Mechanische installatie .......................................................................................... 172 8.4.3 Elektrische installatie ............................................................................................. 172 Centrifugaalpompen ............................................................................................................. 174
8.6 8.7 8.8
8.5.1 Algemeen ............................................................................................................... 174 8.5.2 Pompopstelling ....................................................................................................... 174 8.5.3 Waaiertypen............................................................................................................ 175 8.5.4 Leidingkarakteristiek .............................................................................................. 175 8.5.5 QH-kromme............................................................................................................ 177 8.5.6 NPSH, dampspanning en cavitatie ......................................................................... 179 8.5.7 Pompregime............................................................................................................ 181 Persleidingsystemen ............................................................................................................. 183 Waterslag .............................................................................................................................. 184 Randvoorzieningen ............................................................................................................... 188 8.8.1 Inleiding ................................................................................................................. 188 8.8.2 Werkingsprincipe ................................................................................................... 191 8.8.3 Bouwlocatie en type ............................................................................................... 191 8.8.4 Kosten..................................................................................................................... 192 8.8.5 Ontwerpgrondslagen .............................................................................................. 192 8.8.6 Het rendement van een bergbezinkvoorziening ..................................................... 195 8.8.7 Praktijkvoorbeeld ................................................................................................... 197
9 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8
Rekenmodellen ..................................................................................................................... 199 Leerdoelen ............................................................................................................................ 199 Rekenmodellen ..................................................................................................................... 199 Historie en ontwikkeling rekenmodellen .............................................................................. 200 Van werkelijkheid naar modellen ......................................................................................... 205 Beschrijving van het rioleringsmodel ................................................................................... 207 Modelbenadering .................................................................................................................. 215 Hydraulische berekeningen................................................................................................... 221 Bijlage A: Benodigde gegevens opzetten rioleringsmodel ................................................... 224
