CIVIELE GEZONDHEIDSTECHNIEK - CT3420. Riolering. druklijn. -0,19m. H=0,26m. -0,45m. -0,70m. oppervlaktewater. maaiveld

CIVIELE GEZONDHEIDSTECHNIEK - CT3420

Riolering

druklijn -0,19m H=0,26m

-0,45m

-0,70m oppervlaktewater

maaiveld dekking > 0,8m

riolering

civiele gezondheidstechniek

- ct3420

Inhoudsopgave 1. Grondbeginselen 1.1 De riolering 1.1.1 Afvalwatersysteem 1.1.2 Functie van de riolering 1.2 Types rioolstelsels 1.2.1 Gemengde en gescheiden rioolstelsels 1.2.2 Verbeterde gemengde en verbeterde gescheiden rioolstelsels 1.2.3 Mechanische riolering 1.3 Onderdelen van rioolstelsels 1.4 Begrippen, definities en afkrotingen 2. Stelselkeuze 2.1 Stedenbouwkundige aspecten 2.2 Milieu-aspecten 2.2.1 Conculsies van de Nationale Werkgroep Riolering en Waterkwaliteit 2.2.2 Stelselkeuze en emissies: nadere analyse 2.2.3 Reductie van de emissies 2.2.4 Effecten van randvoorzieningen op de oppervlaktewaterkwaliteit 2.3 Invloed terreingesteldheid en aanwezig infrastructuur op stelselkeuze 2.4 Literatuur 3. Ontwerpgrondslagen 3.1 Hoeveelheden afvalwater 3.1.1 Huishoudelijk afvalwater 3.1.2 Industrieel afvalwater 3.1.3 Lekwater 3.1.4 Drainagewater 3.1.5 ‘Vreemd’ water 3.2 Neerslag 3.2.1 Neerslaghoeveelheden en afvloeiingsgedrag 3.2.2 Regenduurlijnen 3.2.3 Het gebruik van regenduurlijnen 3.3 Literatuur 4. Hydraulische grondslagen 4.1 Basis formules 4.2 Permanente stroming 4.3 Hydraulische weerstanden in onderdelen van rioolstelsels 4.3.1 Overstorten 4.3.2 Zijdelingse overstorten 4.3.3 Openingen 4.3.4 Weerstand in geheel gevulde leidingen 4.3.5 Weerstand in gedeeltelijk gevulde leidingen 4.3.6 Uitstroomverliezen 4.3.7 Weerstand in putten 4.4 Berekening van de totale verliezen 4.5 Literatuur

5 5

5

9 11 13 13 15

22 22 22 23

26

30 32 32 32 33

40 40


- ct3420

5. Dimensionering rioolstelstels 5.1 Leidingdimensionering 5.2 Dimensionering van netwerk 5.2.1 Types netwerken 5.2.2 Dimensionering van vertakte netwerken 5.2.3 Dimensionering van vermaasde netwerken 5.2.3.1 Algemeen 5.2.3.2 Methode Cross 5.3 Voorbeeld dimensionering riolering 5.3.1 Basisgegevens 5.3.2 Basisontwerp 5.3.3 Invloed uitgangspunten op afmetingen riolen 5.3.4 Invloed aanleg AWZI 5.3.5 Ligging riolen 5.4 Dimensionering riolering van tunnels en onderdoorgangen 5.4.1 Voorbeeld 5.5 Literatuur 6. Aanleg 6.1 Structuurplan 6.2 Schetsontwerp ont- en afwatering 6.2.1 Drainage 6.2.2 Open water 6.2.3 Structuur rioleringsplan 6.3 Definitief rioleringsplan 6.4 Bestek 6.4.1 Functies van het bestek 6.4.2 RAW-systematiek 6.4.3 Materiaalkeuze en constructieve aspecten 6.4.3.1 Materiaalkeuze 6.4.3.2 Constructieve aspecten 6.5 Aanbesteding 6.6 Uitvoering en toezicht 6.6.1 Voorbereiden 6.6.2 Ontgraven 6.6.3 Funderen 6.6.3.1 Oplegging op staal 6.6.3.2 Oplegging op sloven of roosters 6.6.3.3 Fundering op palen 6.6.4 Leggen van de buis 6.6.5 Aanvullen en verdichten 6.6.6 Sleufloze technieken 6.6.7 Toezicht 6.7 Literatuur

riolering

41 41 43

49

60 62 62 62 63

64 65

65 66

71

riolering


- ct3420


1.

- ct3420

Grondbeginselen

In dit hoofdstuk worden de mogelijke types rioolstelsels en de verschillende onderdelen van rioolstelsels belicht. Vervolgens worden de voor het vakgebied essentiële termen en afkortingen behandeld. Tenslotte wordt een lijst gegeven van de vaktermen zoals deze in de Engels, Frans en Duitstalige literatuur worden gebezigd.

1.1

De riolering

1.1.1 Afvalwatersysteem De riolering maakt deel uit van het zo geheten afvalwatersysteem. Dit systeem bestaat uit de volgende onderdelen; · de binnenriolering, · de buitenriolering, · gemalen en persleidingen en de · afvalwaterzuiveringsinrichting. De binnenriolering bestaat uit sanitaire toestellen en overige toestellen die water verbruiken (vaatwasmachines, wasmachines etc.), uit standleidingen, liggende leidingen, grondleidingen en in en uitpandige regenwater afvoerleidingen. De bespreking van de afvalwaterzuiveringsinrichting valt buiten het bestek van deze handleiding. Het vervolg zal voornamelijk betrekking hebben op de buitenriolering. In een afzonderlijk hoofdstuk zal in het kort worden ingegaan op de binnenriolering. Daarbij zullen vooral die aspecten worden behandeld die van invloed zijn op de werking van de buitenriolering en de afvalwaterzuiveringsinrichting. De buitenriolering omvat het eigenlijke stelsel waarmee het afvalwater wordt afgevoerd. Dit stelsel bevat naast ondergrondse leidingen putten, huisaanluitingen waarmee het afvalwater en het regenwater naar de riolering wordt geleid, straatkolken en aansluitleidingen van deze op de riolering, overstorten, stuwputten, gemalen, bergbassins en bergbezinkbassins. Daarnaast kunnen met name in hellende gebieden beken of overkluisde watergangen deel uitmaken van de ri-

riolering

olering. In het oosten en het zuiden van Nederland komt deze situatie op enkele plaatsen voor. In tropische gebieden wordt het regenwater dikwijls met behulp van open kanalen afgevoerd. In veel gevallen wordt met behulp van deze kanalen tevens het afvalwater, gewenst of ongewenst, ingezameld en afgevoerd. De verstrengeling van oppervlaktewater afvoer en van de riolering levert in deze gebieden grote problemen op wanneer het gaat om de bescherming van de volksgezondheid en de behandeling van afvalwater. 1.1.2 Functie van de riolering Heden ten dage heeft de riolering tot doel het afvalwater in te zamelen en te transporteren tot buiten de bebouwde kom. Daarnaast speelt de riolering een belangrijke rol bij de afvoer van neerslag uit de bebouwde omgeving. Zowel de afvoer van afvalwater als van neerslag uit de bebouwde omgeving is van vitaal belang met het oog op de bevordering van de volksgezondheid en de handhaving van een goed woon en werkklimaat. Bij afwezigheid van riolering is een stad in de huidige samenleving onbewoonbaar en onleefbaar. Het belang dat aan de riolering moet worden toegekend kan mede worden geïllustreerd aan de hand van enkele cijfers. De lengte van de riolering in beheer bij gemeenten bedraagt ca 40.000 km. Particulieren beheren naar schatting 15 tot 20.000 km riolering. De vervangingswaarde van de gemeentelijke riolering bedraagt ca 30 miljard Euro. In 2002 werd ca 0.8 miljard Euro gestoken in de vervanging en aanpassing van de bestaande riolering.

1.2

Types rioolstelsels

1.2.1 Gemengde en gescheiden riool stelsels Het afvalwater en het regenwater kunnen door een en hetzelfde rioolstelsel worden afgevoerd. Een dergelijk stelsel wordt een gemengd rioolstelsel genoemd. (Zie figuur 1.1). De oudste rioolstelsels waren alle van het gemengde type. Aan dit type stelsels kleeft een

riolering


- ct3420

Figuur 1.1 - Principe gemengd stelsel

bezwaar. Om economische redenen worden in gemengde stelsels zo geheten overstorten aangebracht, waardoor overdimensionering van de stelsels wordt voorkomen. Via deze overstorten wordt bij hevige neerslag verontreinigd regenwater op het oppervlaktewater geloosd. De kwaliteit van het oppervlaktewater kan hierdoor, veelal tijdelijk, ernstig verminderen. Vissterfte, stank en visuele verontreiniging kan het gevolg zijn. Om het hoofd te kunnen bieden aan de negatieve invloed van gemengde rioolstelsels op de waterkwaliteit zijn in het begin van deze eeuw de eerste gescheiden stelsels aangelegd. Een gescheiden rioolstelsel bestaat uit twee stelsels, een vuilwaterriolering voor de afvoer van van regenwater. (Zie figuur 1.2). In theorie wordt in dit stelseltype het regenwater niet met het afvalwater vermengd. Een geschei-

Figuur 1.2 - Principe gescheiden stelsel

den stelsel kan slechts aan de verwachtingen voldoen indien de beide afvalwaterstromen, de huishoudelijke afvalwaterstroom respectievelijk de regenwaterstroom, strikt gescheiden blijven. Het komt echter voor dat in de loop van de tijd, bedoeld of onbedoeld, huisaansluitingen op het regenwaterriool worden aangesloten. Een continue belasting van het oppervlaktewater is het gevolg. Ook het omgekeerde kan plaats vinden; de aansluiting van regenwater afvoerleidingen op het vuilwaterriool. Hierdoor kan overbelasting van de afvalwaterzuiveringsinrichtingen optreden. Deze zijn immers niet ontworpen op de behandeling van afvalwaterstromen die groter zijn dan die volgen uit de hoeveelheden verbruikt drink en proceswater. Ook in dat geval neemt de belasting van het oppervlaktewater met verontreinigingen toe. In beide gevallen is sprake van zo genoemde foute of illegale aansluitingen.


- ct3420

In de regenwaterriolering komen eveneens overstorten voor die meestal uitlaten worden genoemd. De veronderstelling was dat het regenwater dat via de uitlaten bij neerslag werd geloosd slechts in geringe mate verontreinigd zou zijn. Het werd immers tijdens de lozing niet met huishoudelijk en ander afvalwater vermengd. Inmiddels is uit onderzoek gebleken dat deze veronderstelling niet opgaat. Bij de afstroming over het aardoppervlak neemt het regenwater allerhande vervuilende stoffen tot zich. Deze stoffen belanden op het oppervlak als gevolg van verkeersactiviteiten, door overige menselijke activiteiten en door toedoen van de wind. Bedacht moet bovendien worden dat vanuit het regenwaterstelsel bij elke neerslag van enige betekenis water wordt geloosd, meer dan 50 keer gemiddeld per jaar, terwijl dat vanuit een gemengd stelsel minder dan 10 maal gemiddeld per jaar het geval is. Het gevolg is dat de jaarlijkse belasting van het oppervlaktewater met vervuilende stoffen bij beide types rioolstelsel ongeveer even groot kan zijn. (Zie paragraaf 2.2). De aanleg en onderhoudskosten van gescheiden rioolstelsels zijn in de meeste gevallen hoger dan die van gemengde rioolstelsels. Slechts in die gevallen waarin reeds vóór de aanleg van het gescheiden rioolstelsel in ruime mate oppervlaktewater aanwezig is waarop het stelsel kan lozen, kan een gescheiden stelsel goedkoper zijn dan een gemengd stelsel Daar staat echter tegenover dat de afvalwaterzuiveringsinrichting waarop een gescheiden stelsel is aangesloten in het algemeen enigszins goedkoper uitvalt dan die waarop een gemengd stelsel is aangesloten. 1.2.2 Verbeterde gemengde en verbeterde gescheiden rioolstelsels Het ligt voor de hand dat pogingen zijn ondernomen om de nadelen die verbonden zijn aan zowel het gemengde als het gescheiden stelsel te ondervangen. Van een verbeterd gemengd stelsel is sprake zodra achter de overstorten zogenaamde berg bezinkbassins zijn aangebracht. (Zie figuur 1.3).

riolering

Figuur 1.3 - Verbeterd gemengd stelsel

Tijdens hevige neerslag wordt het overstortende water in het bassin geborgen. De hoeveelheid overstortend water neemt hierdoor af en daarmede eveneens de vervuiling van het oppervlaktewater. Zodra het bassin gevuld raakt wordt het aankomende water op het oppervlaktewater geloosd. Alvorens het water de (externe) overstort bereikt, wordt het door bezinking deels van verontreinigingen ontdaan. Een bergbezinkbassin zorgt aldus voor de vermindering van de overstortende hoeveelheden en bovendien is het overstortende water minder vuil. Een voorwaarde is echter dat de vormgeving van het bassin zodanig is dat bezinking inderdaad kan optreden. In de vorige paragraaf is reeds vermeld dat foute aansluitingen de voordelen van een gescheiden rioolstelsel in belangrijke mate teniet kunnen doen. Dit nadeel kan ten dele worden opgeheven door het regenwater op een daartoe geschikte plaats te verbinden met het vuilwaterriool. Een stelsel dat op deze wijze is toegerust wordt een verbeterd gescheiden stelsel genoemd. (Zie figuur 1.4). De afvalwaterstroom die ongewild via het regenwaterriool tot afvoer komt kan op deze wijze in de richting van het rioolgemaal worden geleid. Daar waar het regenwaterriool in het oppervlaktewater uitmondt wordt een stuw (overstort) aan gebracht. Bij neerslagen van geringe omvang verzamelt zich het regenwater in het regenwaterstelsel en deels in het vuilwaterstelsel. Na afloop van de

riolering


- ct3420

mogelijk indien het regenwater in de ondergrond kan worden geïnfiltreerd of rechtstreeks naar oppervlaktewater kan worden afgeleid. Welke vuiluitworp reducerende maatregel het meest geschikt wordt bevonden is onder meer afhankelijk van het rendement van de maatregel in relatie tot de verbetering van de oppervlaktewaterkwaliteit en de kosten van aanleg en onderhoud.

Figuur 1.4 - Verbeterd gescheiden stelsel

neerslag worden de stelsels door middel van het rioolgemaal geledigd. Door het aanbrengen van de stuw wordt bewerkstelligd dat een deel van het verontreinigde regenwater eveneens een behandeling in de afvalwaterzuiveringsinrichting ondergaat. Door op de boven omschreven wijze te werk te gaan wordt het nadelige effect veroorzaakt door de aansluiting van regenwater leidingen op de vuilwaterriolering niet opgeheven. De gevolgen zijn echter minder ernstig dan in het geval van een gewoon gescheiden stelsel. Met de behandeling van een (beperkte) hoeveelheid regenwater in de afvalwaterzuiveringsinrichting is immers in het geval van de aansluiting op een verbeterd gescheiden stelsel, reeds rekening gehouden. De vuiluitworp vanuit gemengde stelsels kan naast door het toevoegen van bergbezinkbassins ook worden verminderd door het aanbrengen van werveloverstorten of door de overstort zelf aan te passen (‘verbeterde overstortput’). Een andere mogelijkheid is de vergroting van de capaciteit van het rioolgemaal. Dit brengt echter mogelijk eveneens de aanpassing van de hydraulische capaciteit van de afvalwaterzuive ringsinrichting met zich mee in het geval deze reeds aanwezig is. Daarnaast kan de vuiluitworp worden verminderd door het naar de riolering afwaterende oppervlak te verminderen, het zogeheten afkoppelen van verhard oppervlak. Uiteraard kan dit afkoppelen niet plaats vinden wanneer in de afvoer van het regenwater niet op een andere wijze dan via de riolering kan worden voorzien. Deze oplossing is

1.2.3 Mechanische riolering Bij de conventionele rioleringswijzen wordt het afvalwater onder vrijverval, door gebruik te maken van de zwaartekracht, ingezameld. Zodra de afvoer niet geschiedt onder vrijverval hebben wij van doen met mechanische riolering. Tot de mechanische riolering worden de drukriolering en de vacuümriolering gerekend. Mechanische riolering wordt over het algemeen aangelegd in gebieden waarin een vrijvervalriolering te duur wordt, zoals bij verspreide bebouwing en bij lintbebouwing. Over het algemeen wordt het regenwater niet via de mechanische riolering afgevoerd, aangezien dit leidt tot een grotere benodigde leidingdia-meter en pompcapaciteit en daarmee de financiële voordelen van mechanische riolering teniet worden gedaan. Drukriolering Drukriolering bestaat uit een aantal (kleine) gemalen en daarop aangesloten persleidingen. Van een aantal verspreid staande woningen wordt het afvalwater onder vrijverval naar een pompput gevoerd. Van daaruit wordt het water naar een volgende pompput geperst. Op deze put zijn wederom één of meerdere woningen aangesloten. Op deze wijze kan van een aantal verspreid staande woningen het afvalwater worden ingezameld. Uiteindelijk wordt het water in de reeds aanwezige vrijverval riolering geloosd en vervolgens naar de afvalwaterzuiveringsinrichting gevoerd. (Zie figuur 1.5). Drukriolering wordt toegepast bij verspreide bebouwing waarvoor de aanleg van een vrijverval stelsel te duur is. Ook de aanleg van drukriolering is echter geen goedkope aangelegenheid. Een groot deel van de aangelegde drukriolering is tot


- ct3420

riolering

vindt het verdere transport vervolgens plaats met onderdruk. (zie figuur 1.6)

Figuur 1.5 - Druktransportsysteem

stand gebracht met behulp van een Rijkssubsidie. De bedoeling achter het verstrekken van de subsidie was de vergroting van het aantal op de riolering aangesloten panden. 5% van alle op de riolering aangesloten panden voeren het afvalwater door middel van drukriolering af naar een afvalwaterzuiveringsinrichting. Aan drukriolering zijn nadelen verbonden. De meest in het oog springende zijn de, in vergelijking met vrijverval riolering, hoge onderhouds- en vervangingskosten en het optreden van stank en aantasting van beton daar waar de drukriolering aansluit op de vrijverval riolering. Op deze laatste twee aspecten wordt in het college CT 5540 (Inzameling en transport van afvalwater II) nader in gegaan. Vacuümriolering Evenals bij drukriolering wordt bij vacuümriolering het afvalwater uit de woningen afgevoerd naar een nabijgelegen bufferput. Vanaf deze bufferput

Vacuümriolering heeft in Nederland weinig toepassing gevonden. Hoewel de bedrijfszekerheid vergelijkbaar is met die van drukriolering weerstreefden de hogere aanlegkosten een ruime toepassing. Een nadeel van vacuümriolering ten opzichte van drukriolering is bovendien dat met vacuümriolering slechts verticale obstakels van geringe hoogte kunnen worden overwonnen. Dit is een gevolg van het gegeven dat de onderdruk in het systeem van nature is begrensd.

1.3

Onderdelen van rioolstelsels

Een rioolstelsel bestaat uit strengen die worden begrensd door putten. Een streng bestaat uit buizen. Deze buizen kunnen cirkelvormig, rechthoe kig, eivormig zijn. Soms komen rechthoekige buizen voor die aan de bovenzijde zijn afgedekt met een tongewelf. De buizen kunnen zijn vervaardigd uit beton, gietijzer, kunststof, grès of metselwerk. De meeste rioolbuizen in Nederland zijn vervaardigd uit beton. Het komt voor dat in oude stelsels alle hiervoor genoemde materialen zijn toegepast. Putten zijn nodig om meer dan één riool op elkaar te kunnen aansluiten. In verband met de mogelijkheid de stelsels te kunnen inspecteren en te onderhouden moeten deze toegankelijk zijn. Dit houdt in dat op afstanden langs de strengen van 40 tot 60 m putten aanwezig dienen te zijn. Indien

Figuur 1.6 - Principeschema vacuümriolering in het geval van een woonboot

riolering

een dergelijke put uitsluitend wordt aangebracht om het riool te kunnen inspecteren wordt deze inspectieput genoemd. Putten worden hoofdzakelijk uitgevoerd in beton en metselwerk, soms in combinatie met elkaar. De putten worden afgedekt met een putdeksel. Deze bestaat in de meeste gevallen uit gietijzer evenals de zitting waarin het deksel is gevat. Indien een streng zodanig wordt belast dat daarin overdrukken kunnen optreden zodat water via de put naar buiten kan treden of, hetgeen in het algemeen een gevaarlijke verkeerssituatie oplevert, het putdeksel van de put kan worden gelicht, kunnen geknevelde deksels worden toegepast. Dit wil zeggen dat het deksel door het in horizontale zin te draaien, vast aan de zitting wordt bevestigd. Het openen gebeurt in tegenstelde richting. Stuwputten worden in gemengde rioolstelsels aangebracht met het doel, tijdens de afvoer van neerslag, het aankomende water terug te stuwen. Hierdoor wordt bereikt dat overstortingen minder vaak optreden en de overstortende hoeveelheden worden beperkt zodat een afname van de belasting met vuil van het oppervlaktewater optreedt. Overstorten worden in gemengde rioolstelsels aangebracht met het doel het stelsel tijdens neerslag te kunnen ontlasten. Het is mogelijk rioolstelsels zodanig te ontwerpen dat elke regenbui, hoe lang en intensief deze ook mag zijn, kan worden verwerkt. Neerslagen met een extreem karakter komen echter naar verhouding zeer weinig voor. Stelsels die zijn ontworpen om deze extreme neerslagen te kunnen verwerken zijn zeer duur in aanleg. Door het aanbrengen van overstorten wordt aanzienlijk bespaard op de aanlegkosten. Uitlaten worden aangetroffen in het regenwaterstelsels van gescheiden riolering. Zij hebben dezelfde functie als overstorten. Nooduitlaten worden ondermeer aangebracht in de ontvangkelders van gemalen. Nooduitlaten behoren uitsluitend in werking te treden zodra het gemaal voor langere tijd in storing is gevallen.

10


- ct3420

Overstorten, uitlaten en nooduitlaten worden meestal in beton uitgevoerd, een enkele keer in metselwerk. Kolk en huisaansluitingen voeren het ingezamelde regen en afvalwater naar het riool af. De leiding worden overwegend vervaardigd uit kunststof. Oude leidingen zijn dikwijls in grès uitgevoerd. Het is in Nederland veelal gebruikelijk de aansluiting op de riolering langs de kortste weg te verwezenlijken. Dit houdt in dat aansluitingen op de strengen zowel als de putten voorkomen. Dit heeft tot nadeel dat bij insitu renoveren van de riolering de aansluitingen afgesloten raken. (Insitu renoveren wordt behandeld bij CT 5540 Inzameling en transport van afvalwater II). Het opnieuw aansluiten van de leidingen is kostbaar en kan op de duur aanleiding zijn tot het optreden van lekkages. Het verdient sterke aanbeveling bij nieuw aan te leggen riolering alle kolk en huisaansluitingen op de putten aan te sluiten. Gemalen zijn in het vlakke Nederland onmisbare onderdelen van rioolstelsels. Gemalen komen voor met capaciteiten van enkele m3/h tot enkele duizenden m3/h. Het ontwerpen, bouwen en inrichten van met name de grotere rioolgemalen, is een specialistische aangelegenheid. Tijdens het afslaan van pompen planten zich schokgolven in de persleiding voort. Bij gemalen met een grote capaciteit waarop persleidingen van enkele kilometers lengte zijn aangesloten kan het nodig zijn de schokgolven te dempen door het aanbrengen van zogeheten waterslagvoorzieningen. Deze bestaan in de meeste gevallen uit buffer torens of windketels. Ook de dimensionering van waterslagvoorzieningen is een specialistische aangelegenheid. Persleidingen komen voor als onderdelen van de eigenlijke riolering, in het bijzonder de drukriolering, zowel als leidingen met behulp waarvan het afvalwater naar de afvalwaterzuiveringsinrichting wordt getransporteerd. Persleidingen worden overwegend vervaardigd uit kunststoffen. De behandeling van de gemalen, waterslagvoorzienin-


- ct3420

gen persleidingen vindt plaats bij het vak CT 5550 Ontwerp van gemalen en persleidingen. Bergbezinkbassins vinden in toenemende mate toepassing. Mits zorgvuldig ontworpen kunnen de bassins een goede bijdrage leveren tot de verbetering van de oppervlaktewaterkwaliteit. Bergbezinkbassins worden zowel uitgevoerd als open en als gesloten bassins. De laatste indien zij dicht bij bebouwing moeten worden aangelegd. Een combinatie van gesloten en open bassins komt eveneens voor. Bassins worden meestal uitgevoerd in beton. De open bassins kennen verschillende uitvoeringsvormen. Deze variëren van begroeide bassins tot bassins waarvan de wanden en bodem zijn bedekt met asfalt of kunststoffolie. Deze afdichting geschiedt om infiltratie in de ondergrond van verontreinigd water tegen te gaan en/of om het onderhoud te vergemakkelijken. Bergbassins of retentiebassins hebben uitsluitend tot doel regelend op te treden bij de afvoer van hevige neerslagen. Zij hebben slechts een bergende functie. De uitvoeringsvormen zijn nagenoeg dezelfde als die van bergbezinkbassins. De ontwerpgrondslagen verschillen echter. Op het ontwerp van bassins zal in Hoofdstuk 9 nader worden ingegaan.

1.4

Begrippen, definities en afkortingen

In deze paragraaf is een lijst gegeven met de belangrijkste begrippen en afkortingen uit het vakgebied van de riolering. De vetgedrukte termen zijn weergegeven zoals zij in NEN 3300: ‘Buitenriolering; termen en definities’ zijn gedefinieerd. Daarnaast is een lijst gegeven met de vaktermen zoals deze in de Engels, Duits en Franstalige literatuur worden gebezigd. Afkortingen AWZI BZV CZV dwa NKj

afvalwaterzuiveringsinrichting Biochemisch Zuurstof Verbruik1 Chemisch Zuurstof Verbruik1 droogweerafvoer Kjeldahl stikstof1

riolering

of poc rwa RWZI

overstortingsfrequentie pompovercapaciteit regenweerafvoer rioolwaterzuiveringsinrichting

voor een definitie van deze begrippen wordt verwezen naar het vak CT4480 Behandeling van afvalwater 1

Termen en definities Zoals al eerder is vermeld zijn de vetgedrukte termen weergegeven zoals zij in NEN 3300: ‘Buitenriolering; termen en definities’ zijn gedefinieerd. In een aantal gevallen is daarnaast een meer gangbare definitie van de bepaalde term weergegeven, die de lading van de desbetreffende term beter dekt. afvalwater:

water waarin verontreinigingen worden aangetroffen, hieronder valt ook regenwater dat in aanraking is gekomen met het aardoppervlak afvalwater: alle water waarvan de houder zich met het oog op de verwijdering daarvan ontdoet, voornemens is zich te ontdoen of zich moet ontdoen afvloeiingscoëfficiënt: coëfficiënt toegepast op het, volgens de berekening aangenomen, naar de riolering afvoerende oppervlak berging: inhoud van de riolering uitgedrukt in m3 of in mm ten opzichte van het verhard oppervlak (in formulevorm: V s B= 1 0 ⋅F v B = onderdrempelberging in mm, Vs = inhoud stelsel in m3, Fv = afvoerend oppervlak in ha) hoofdriool: riool hoofdzakelijk bestemd voor het transport van afvalwater, (ook wel collecteurriool of transportriool genoemd)

11

riolering


huisaansluiting: leiding met behulp waarvan het afvalwater uit woningen en andere gebouwen naar het riool wordt afgevoerd inspectieput: put waarop maximaal twee riolen zijn aangesloten knooppunt: begin of eindpunt van een of meer leidingen, meestal gevormd door een fysieke constructie kolk: ingegraven bak voor de opvang van neerslag afkomstig van er op aangesloten oppervlakken, voor het laten bezinken van in dit water meegevoerde bezinkbare stoffen en voor de afvoer van dit water naar de riolering kolkaansluiting: leiding die de kolk verbindt met het riool nooduitlaat: constructie voor de lozing van afvalwater op het oppervlaktewater bij calamiteiten overstort: constructie waar uitstroming van afvalwater uit het gemengde rioolstelsel naar het oppervlaktewater mogelijk is (met drempel) overstorting: lozing van afvalwater via een overstortdrempel overstortingsfrequentie: totaal aantal overstortingsgebeurtenissen in de beschouwde periode gedeeld door de beschouwde periode in jaren persleiding: leiding waardoor onder overdruk afvalwater wordt getransporteerd pompovercapaciteit: het deel van de pompcapaciteit dat beschikbaar is voor de regenwaterafvoer uitgedrukt in m3/h of in mm/h ten opzichte van het verhard oppervlak (in formulevorm:

12

Q -Q p dw a poc 10 ⋅F v qpoc = pompovercapaciteit in mm/h, Qp = pompcapaciteit in m3/h, q

=

- ct3420

Qdwa = droogweerafvoer in m3/h, Fv = afvoerend oppervlak in ha) regenwaterriool: riool alleen bestemd voor de inzameling en het transport van regenwater riolering: het geheel aan voorzieningen voor de inzameling en het transport van afvalwater met uitzondering van zuiveringstechnische werken rioleringsnetwerk: Samenstel van riolen. (De term wordt gebruikt zodra gesproken wordt over de berekening van rioolstelsels.) riool: samenstel van buizen tussen twee putten, bestemd voor de inzameling en/of het transport van afvalwater rioolgemaal: een inrichting voor het verpompen van afvalwater rioolput: constructie toegang gevend tot het rioolstelsel rioolstelsel: samenhangend geheel van riolen, rioolputten en bijbehorende voorzieningen voor de inzameling en het transport van afvalwater rioolstreng: riolering tussen het hart van een put en het hart van een volgende put (niet noodzakelijk de eerstvolgende) stamriool: riool waarop een aantal riolen uitmonden straatkolk: kolk met horizontaal boveninlaatrooster, waarvan de bovenzjde gelijk ligt met het wegoppervlak trottoirkolk: kolk met een verticaal voorinlaatrooster, waarvan de voorkant strookt met de trottoirband uitlaat: constructie waar uitstroming van afvalwater uit het regenwaterrioolstelsel naar het oppervlaktewater mogelijk is (zonder drempel) vuilwaterriool: riool alleen bestemd voor de inzameling en het transport van huishoudelijk en bedrijfsafvalwater, niet zijnde neerslag.


- ct3420

riolering

Nederlands

Engels

Duits

Frans

afvalwater

wastewater

Schmutzwasser

eaux usées

afvloeiingscoëfficiënt

runoff coefficient

Abflußbeiwert

coefficient de ruisselement

afvoerend oppervlak

catchment area

Einzugsgebiet

bassin versant

droogweerafvoer

dry weather flow

Trockenwetterabfluß

débit de te,ps sec

gemengd rioolstelsel

combined system

Mischsystem

réseau unitaire

gescheiden rioolstelsel

separate system

Trennsystem

réseau (de type) séparatif

grondwater

groundwater

Grundwasser

eaux souterrain

huisaansluiting

house sewer system

Grundstück entwässerung

drainage domestique

huishoudelijk afvalwater

domestic sewage

Häusliches Schmutzwasser

eaux usées domestiques

industrieel afvalwater

trade effluent

Betriebliches Schmutzwasser

effluent industriel

lekwater

infiltration/exfiltration

Infiltration/Exfiltration

infiltration

afstromend hemelwater

stormwater

Regenwasser

eaux de ruissement

regenwaterafvoer

rain discharge

Regenabfluß

écoulement de pluie

riolering

sewer system

Kanalisation

réseau d’assainissement

riool

sewer

Abwasserkanal

émissionaire

rioolwater

sewage

Abwasser

effluent

Internationale vaktermen Op dit moment wordt door de Europese Technische Commissie CEN/TC 165 gewerkt aan een drietalige (Engels, Frans en Duits) Europese norm met termen en definities op het gebied van riolering en afvalwaterzuivering. Behalve in de normbladen (zodra deze van kracht zijn) kunnen de buitenlandse vaktermen worden opgezocht in de verschillende gezondheidstechnische naslagwerken die in omloop zijn. Een handig naslagwerk met de Engelse /Franse /Duitse en Italiaanse vaktermen is het ‘Worterbuch für das Wasser und Abwasserfach’ van F. Meinck en H. Möhle.

2.

Stelselkeuze

Om een juiste keuze tussen de verschillende types rioolstelsels uit Hoofdstuk 1 te kunnen maken is het nodig rekening te houden met een aantal verschillende aspecten. In dit hoofdstuk worden de stedenbouwkundige en de milieukundige aspecten behandeld. Tenslotte wordt de invloed van de terreingesteldheid en de reeds aanwezige infrastructuur op de stelselkeuze belicht.

2.1

Stedenbouwkundige aspecten

De riolering maakt onderdeel uit van het afvalwatersysteem, dat op zijn beurt een onderdeel is

van het stedelijke watersysteem. Met het laatste wordt het samenstel van ont- en afwateringsmiddelen bedoeld dat moet zorgen voor de afvoer van grondwater, afvalwater en oppervlaktewater uit het gebied waarbinnen de bebouwing is gelegen. In figuur 2.1 is de plaats van het afvalwatersysteem in het stedelijke watersysteem weergegeven. De aanleg van drainagemiddelen, riolering en open waterpartijen veroorzaakt, soms aanzienlijke, veranderingen in de waterhuishouding. De stedenbouwkundige vormgeving van een wijk is van rechtstreekse invloed op de stelselkeuze en de kosten van aanleg van het afvalwatersysteem. Deze invloed is het sterkst in de laag gelegen delen van Nederland. Uitgangspunten bij de inrichting van de waterhuishouding in de stad zijn (Zie figuur 2.2): · het grondwaterpeil moet 0,80 m beneden het peil van de beganegrondvloer zijn gelegen. · het vloerpeil dient tenminste 0,30 m boven de kruin van de weg te zijn gelegen. Het verlangde grondwaterpeil kan worden bereikt door het terrein op te hogen, door het aanleggen van een netwerk van drains of door een combinatie van beide. Het drainagewater moet òf onder vrij verval naar open water (singels, vijvers) worden afgevoerd òf met behulp van gemaaltjes en persleidingen daar naar toe worden geleid. Het waterpeil in de singels is een gegeven. De

13

riolering


- ct3420

Figuur 2.1 - Stedelijk watersysteem

afstand tussen de singels wordt bepaald door het verschil tussen de terreinhoogte minus 0,80 m en het waterpeil in de singels en is afhankelijk van de doorlaatbaarheid van de bodem. De afstand tussen de singels op zijn beurt bepaalt de hoeveelheid uit te geven grond en is daarmede van invloed op de exploitatie-opzet van de nieuwbouwwijk. Het aantal singels en hun onderlinge afstand is bovendien van invloed op de kosten van de aanleg van riolering. Naarmate meer open water in de wijk wordt aangelegd dalen de kosten van aanleg van de riolering en omgekeerd.

Figuur 2.2 - Woonrijp maken en de grondwaterstand

14

In de Nederlandse praktijk wordt het open water in de stad dikwijls opgevat als een element dat het woonklimaat een verbetering doet ondergaan. Stedenbouwkundigen hebben dikwijls de neiging het open water uitsluitend vanuit dit gezichtspunt te benaderen. Uit het voorgaande kan worden afgeleid dat de ligging binnen de wijk van het open water van grote invloed kan zijn op de kosten van aanleg van ontwateringsmiddelen (drainage en riolering). Het is om die reden absoluut noodzakelijk dat stedenbouwkundigen bij het opstellen van het stedenbouwkundige plan in een vroeg stadium in overleg treden met de rioleringsdeskundigen om te komen tot een optimaal ontwerp. Wordt dit nagelaten dan verkeert het plan dikwijls in een zodanig stadium van realisatie dat slechts met moeite kan worden ingegrepen. Er zijn voorbeelden te over die aantonen dat daardoor de rentabiliteit van de nieuwbouwactiviteiten onverwacht lager blijkt te zijn dan aanvankelijk berekend. Ten behoeve van de afvoer van regen- en afvalwater kan worden gekozen tussen een gemengd en een gescheiden stelsel. De kosten van aanleg van een gescheiden stelsel worden in belangrijke


- ct3420

mate bepaald door de aanwezigheid van open water waarop het regenwaterstelsel kan lozen. In de laag gelegen delen van Nederland is dit open water dikwijls in oorsprong reeds aanwezig of dient te worden aangelegd ter handhaving van het gewenste grondwaterpeil. In de hoger gelegen delen van het land is, ter handhaving van het gewenste grondwaterpeil, de aanleg van open water meestal geen noodzaak. In die gevallen is een gescheiden rioolstelsel qua aanleg en onderhoud duurder dan een gemengd stelsel. Het regenwater moet immers worden afgevoerd door riolen die, in benedenstroomse richting, in afmetingen toenemen. Het kiezen van een gemengd stelsel ligt dan voor de hand. Hetgeen geldt ten aanzien van een gescheiden stelsel met betrekking tot de beschikbaarheid van open water geldt tot op zekere hoogte eveneens voor het gemengde stelsel. Dit stelsel wordt qua aanleg goedkoper naarmate meer punten aanwezig zijn waar, bij hevige neerslag, het stelsel via overstorten kan worden ontlast. Een aspect dat niet over het hoofd moet worden gezien is dat het lozen van water vanuit de riolering tijdens overstortingen een nadelige invloed kan hebben op de kwaliteit van het stadswater. Bij het opstellen van het stedenbouwkundig plan moet met dit aspect rekening worden gehouden. Ten aanzien van de keuze voor een verbeterd gescheiden stelsel gelden geen andere overwegingen dan hiervoor met betrekking tot het geschei den stelsel zijn vermeld. Dit is niet het geval ten aanzien van een verbeterd gemengd stelsel. Het bergbezinkbassin of een soortgelijke voorziening, dat onderdeel uitmaakt van een dergelijk stelsel, moet op een plaats worden aangebracht waar het zich kan vullen tijdens een neerslag die aanleiding geeft tot een overstorting. In het algemeen zal de voorziening op het laagste punt in het stelsel worden aangebracht, bovenstrooms van dit punt is echter ook mogelijk. In alle gevallen zal, vanwege het ruimtebeslag dat een dergelijke voorziening vergt, met de lokatie tijdens het opzetten van het stedenbouwkundig plan rekening moeten worden 1

riolering

gehouden. Ook in dit geval is vroegtijdig overleg tussen stedenbouwkundige en rioleringsdeskundige noodzakelijk.

2.2

Milieu-aspecten

Van 1983 tot 1990 is door de Nationale Werkgroep Riolering en Waterkwaliteit (NWRW) uitgebreid onderzoek verricht naar de vuiluitworp vanuit rioolstelsels en de effecten daarvan op de kwaliteit van het oppervlaktewater. In deze paragraaf worden eerst de conclusies van de NWRW zelf beschreven, waarna een uitgebreide analyse wordt gegeven van de invloed van de stelselkeuze op de emissies vanuit rioolstelsels. Tenslotte wordt besproken welke invloed randvoorzieningen op de emissies vanuit rioolstelsels hebben en welke invloed deze emissies hebben op de oppervlaktewaterkwaliteit. 2.2.1 Conclusies van de Nationale Werkgroep Riolering en Waterkwaliteit De NWRW heeft ten aanzien van invloed van de stelselkeuze op de vuiluitworp enkele conclusies kunnen verbinden aan de uitkomsten van de onderzoekingen. Een deel van de conclusies was reeds eerder getrokken, echter niet op grond van metingen doch op basis van berekeningen. De uitkomsten van de berekeningen werden deels bevestigd door de resultaten van de metingen. Met het oog op de stelselkeuze worden hierna de belangrijkste conclusies weergegeven: • de vuiluitworp vanuit gemengde en gescheiden stelsels liggen op jaarbasis in dezelfde orde van grootte. (Dit houdt in dat indien de kwaliteit van het oppervlaktewater wordt bepaald door de jaarlijkse belasting met zekere verontreinigingen, het type stelsel met de laagste aanlegkosten de voorkeur geniet.) • het verbeterd gescheiden stelsel vertoont de laagste vuilemissie.1 (In het geval waarin op kwetsbaar water wordt geloosd en in het geval van een nieuw aan te leggen stelsel geniet het verbeterd gescheiden

Deze door de NWRW getrokken conclusie wordt in paragraaf 2.2.2. van nuances voorzien.

15

riolering

• • •


stelsel de voorkeur. Indien in een bestaande situatie een gescheiden stelsel aanwezig is, dient te worden nagegaan of ombouw tot een verbeterd gescheiden stelsel mogelijk is.) bij voorkeur dient te worden geloosd op grotere, niet stagnante wateren. (Lozingen op singels en vijverpartijen moeten worden vermeden.) uitsluitend het regenwater vallend op verkeersarme woonwijken kan rechtstreeks op het oppervlaktewater worden geloosd. (Zonder meer afkoppelen van verhard oppervlak wordt afgeraden.) indien de hoeveelheid overstortend water dient te worden beperkt kan dit het meest effectief geschieden door een bergbezinkbassin tussen overstort en oppervlaktewater te plaatsen. (Dit houdt de aanleg van een verbeterd gemengd stelsel in. Deze maatregel is vooral geschikt in het geval van reeds aanwezige gemengde stelsels.)

2.2.2 Stelselkeuze en emissies: Nadere analyse Door de NWRW zijn van vier gemengde stelsels (Bodegraven, Kerkrade, Loenen en Oosterhout) en twee gescheiden stelsels (Amsterdam en Heerhugowaard) de emissies aan vervuilende stoffen bepaald. Van de gemengde stelsels zijn

- ct3420

de resultaten van Bodegraven niet representatief omdat van de 33 bemeten buien de 11 hevigste buien zijn weggelaten. De reden hiervoor was het feit dat voor die buien de overstort waaraan werd gemeten door een te hoge buitenwaterstand was verdronken, zodat geen betrouwbare overstortingsdebieten (en dus ook geen betrouwbare vuilemissies) konden worden berekend. De resultaten van Bodegraven worden daarom niet vermeld. Het gescheiden stelsel in Heerhugowaard is halverwege het onderzoek omgebouwd tot een verbeterd gescheiden stelsel. De resultaten van de metingen zijn in de volgende tabellen samengevat. Jaarlijkse vuilemissie In tabel 2.1 is de uitworp in kg/(ha.a) voor de belangrijkste vervuilingsparameters weergegeven. De eerste drie kolommen betreffen de emissies vanuit de gemengde stelsels van Kerkrade, Loenen en Oosterhout. De onderdrempelbergingen van deze stelsels bedroegen respectievelijk 0,8, 5,2 en 5,2 mm. (De onderdrempelberging komt overeen met de inhoud van het rioolstelsel beneden de laagste overstortdrempel gedeeld door het totale afvoerende verharde oppervlak). Bestudering van de tabel laat zien dat de jaarlijkse vuilemissie per ha sterk afneemt naarmate de berging toeneemt. Ook laat de tabel zien dat de jaarlijkse vuilemissie van gescheiden stelsels

Tabel 2.1 - Jaarlijkse vuilvracht in kg/(ha.a) Kerkrade

Loenen

Oosterhout

gemengde stelsels berging

5,2 mm

Heerhugowaard

gescheiden stelsels 5,3 mm

4,3 mm

verb. gescheiden stelsel

7,3 mm

1

7,3 mm1

1

BZV

212

38

75

34

29

3

CZV

840

354

268

254

424

38

N-kj

40,4

11,2

13,5

14,6

28,8

2,1

9,4

3,8

4,1

2,3

3,7

0,5

P droogrest

2140

419

186

108

596

94

lood

0,61

0,15

0,14

0,39

0,09

0,02

zink

1,86

0,33

0,43

1,31

1,02

0,34

chroom

0,13

0,013

0,02

0,127

0,094

0,008

koper

0,53

0,093

0,16

0,202

0,115

0,013

nikkel

0,07

0,013

0,01

0,094

0,058

0,005

-

0,023

0,002

-

0,006

-

0,01

0,005

0,002

0,010

-

-

kwik cadmium 1

0,8 mm

Amsterdam

berging in de regenwaterriolen

16


- ct3420

riolering

dezelfde grootte-orde heeft als die van gemengde stelsels met een berging van 5 à 6 mm. De cijfers laten verder zien dat de jaarlijkse vuilvracht van het verbeterd gescheiden stelsel aanzienlijk lager ligt dan van de overige stelsels. De invloed van de pompovercapaciteit kan uit de gepresenteerde cijfers niet worden afgeleid. (De pompovercapaciteit is gelijk aan de totale capaciteit van de pompen in het gemaal minus de droogweerafvoer). Duitse onderzoekingen geven aan dat naast de grootte van de berging ook de grootte van de pompovercapaciteit van invloed kan zijn op de jaarlijkse vuiluitworp. Stootbelasting Beargumenteerd kan worden dat niet de jaarlijkse uitworp doch de stootbelasting maatgevend is voor de oppervlaktewaterkwaliteit. Dat is vooral het geval voor kortetermijn effecten in het oppervlaktewater, bijvoorbeeld de afbraak van zuurstofbindende stoffen met als gevolg zuurstofloosheid en mogelijk vissterfte. Tabel 2.2 geeft een overzicht van de gemeten stootbelastingen. Nu blijkt dat de gescheiden stelsels een aanzienlijk lagere stootbelastingen te zien geven dan de gemengde stelsels, met uitzondering van zink. Dat is waarschijnlijk het gevolg van regenwaterafvoer uit zinken dakgoten. Verder zijn de stootbelastingen

van het verbeterd gescheiden stelsel nog een factor 2 lager dan van een gewoon gescheiden stelsel. Geconcludeerd moet worden dat met betrekking tot stootbelastingen het gescheiden stelsel de voorkeur geniet boven een gemengd stelsel, waarbij de uitvoering als verbeterd gescheiden stelsel de laagste vuilemissies geeft. Gemiddelde concentraties Met betrekking tot de zuurstofhuishouding en de troebelheid van het oppervlaktewater zijn vooral de concentraties aan BZV, CZV en droogrest van belang. In tabel 2.3 worden de gemiddelde concentraties per overstorting weergegeven. Een vergelijking van de gemengde stelsels onderling laat zien dat geen der stelsels een significant lagere vuilemissie heeft. Voor het BZV scoort Loenen als laagste, maar voor het CZV geeft Kerkrade het laagste gemiddelde. Kijkend naar de droogrest geeft daarentegen Oosterhout het beste resultaat. De resultaten zijn dus niet eenduidig. Worden de gemengde vergeleken met de gescheiden stelsels dan blijken de concentraties gemeten aan de laatsten substantieel lager te zijn. Verrassend is het feit dat de concentraties toenemen zodra het gescheiden stelsel van Heerhugowaard tot een verbeterd gescheiden stelsel

Tabel 2.2 - Stootbelasting in kg/ha Kerkrade

Loenen

Oosterhout


5,2 mm

Heerhugowaard


4,3 mm1


7,3 mm1

7,3 mm1

BZV

23

14

26

4

2

1

CZV

146

223

100

29

40

16

N-kj

4,2

5,8

4,9

1,3

1,5

0,7

P

1,2

2,3

1,0

0,3

0,3

0,2

droogrest

727

321

92

47

91

33

lood

0,102

0,066

0,057

0,065

0,011

0,006

zink

0,239

0,109

0,117

0,224

0,079

0,116

chroom

0,031

0,009

0,006

0,013

0,011

0,003

koper

0,353

0,042

0,068

0,013

0,006

0,002

nikkel

0,013

0,009

0,004

0,007

0,006

0,002

-

0,128

0,004

-

0,003

-

0,001

0,009

-

-

-

-

kwik cadmium 1

0,8 mm

Amsterdam


17

riolering


- ct3420

Tabel 2.3 - Gemiddelde concentratie per overstorting Kerkrade

Loenen

Oosterhout


1

0,8 mm

5,2 mm

Amsterdam

Heerhugowaard


4,3 mm


7,3 mm

1

7,3 mm1

1

BZV

75

40

124

8

3

4

CZV

243

271

389

69

36

40

N-kj

13,4

10,4

15,2

4,2

2,2

1,9

P

3,0

2.9

4,8

0,6

0,3

0,4

droogrest

320

303

108

29

37

134

lood

0,130

0,162

0,108

0,103

0,007

0,018

zink

0,472

0,358

0,359

0,319

0,088

0,459

chroom

0,021

0,190

0,010

0,031

0,007

0,012

koper

0,092

0,088

0,113

0,005

0,009

0,014

nikkel

0,013

0,019

0,009

0,024

0,005

0,005

kwik

0,001

0,043

0,002

-

0,001

-

cadmium

0,003

0,010

0,001

0,0002

-

-


wordt gemaakt, met uitzondering van de concentratie aan N-Kj. Een mogelijke verklaring is dat de koppeling van het regenwaterstelsel met het vuilwaterstelsel er voor zorgt dat bij neerslagen van geringe omvang na afloop vuil in het regenwaterstelsel achter blijft. Dit vuil wordt bij neerslagen die aanleiding geven tot een overstorting vanuit het regenwaterstelsel opgewoeld en vermengd met het van de straat meegevoerde vuil. Een hogere concentratie is blijkbaar het geval. Maximale concentraties Indien de maximaal per overstorting opgetreden concentraties in beschouwing worden genomen ontstaat eenzelfde beeld. Conclusies ten aanzien van milieubelasting en stelselkeuze Veel van de overstorten lozen op stilstaand tot bijna stilstaand water. Voor het optreden van eutrofiëring is vooral de jaarlijkse fosfaatbelasting van belang. Uit tabel 2.1 kan worden afgeleid dat een gescheiden stelsels een iets gunstiger effect teweeg brengt dan een gemengde stelsel en dat een verbeterd gescheiden stelsel verreweg de voorkeur geniet. De kwaliteit van onderwaterbodems nabij overstorten en lozingspunten wordt in hoofdzaak bepaald door de jaarlijks geloosde hoeveelheden aan droogrest en zware metalen. Tabel 2.1 laat zien

18

dat met betrekking tot de emissie van drogestof er geen duidelijk onderscheid is te maken tussen gemengde en gescheiden stelsels. Heel anders ligt dat voor zware metalen; daar geven de gescheiden stelsels over de hele linie hogere jaarvrachten. Alleen een verbeterd gescheiden stelsel zal zowel voor de drogestof als voor de zware metalen een duidelijk lagere jaarvracht geven. Op grond van de vergaarde meetgegevens moet worden vastgesteld dat een verbeterd gescheiden stelsel, met het oog op de bescherming van de oppervlaktewaterkwaliteit, duidelijke voordelen biedt boven een traditioneel gemengd stelsel. Gelet op het gegeven dat gescheiden en verbeterde gescheiden stelsels kostbaarder zijn dan gemengde stelsels, zal de stelselkeuze met zorg moeten worden verricht. 2.2.3. Reductie van de emissies De emissies vanuit rioolstelsels kunnen worden beperkt door zogeheten randvoorzieningen aan te brengen. Randvoorzieningen die in aanmerking komen zijn bergbezinkbassins, bergbezinkriolen, werveloverstortputten en putten met een hoge zijdelingse overstort. In Hoofdstuk 6 wordt nader ingegaan op de werking en de uitvoering van de verschillende types randvoorzieningen. Het kenmerk van randvoorzieningen is dat zij ten eerste een deel van het overstortende water bergen en ten tweede in staat zijn uit het binnen-


- ct3420

riolering

stromende water vuil af te scheiden. Van groot belang bij de keuze is de relatie tussen afscheidend vermogen en investeringen. In het kader van de NWRW-onderzoekingen zijn de vuilemissies van de genoemde voorzieningen, met uitzondering van het bergbezinkriool, onderzocht. Het onderzoek aan het bergbezinkriool is verricht in opdracht van de Provincie Utrecht. In tabel 2.4 zijn de gemiddelde vuilvrachten, uitgedrukt in procenten van de binnenstromende vuilvracht, weergeven zoals die uit de onderzoekingen zijn af te leiden. De tabel moet als volgt worden gelezen: In het geval van het bergbezinkbassin te Amersfoort is, tijdens overstortingen vanuit het bassin, gemiddeld over de gehele meetperiode 31% van de naar het bassin afgevoerde CZV op het oppervlaktewater geloosd terwijl 69% is tegengehouden. Van deze 69% is 26% als gevolg van bezinking niet overgestort en 43% is tegengehouden doordat een deel van het toegevoerde water, na afloop van de overstorting, in het bassin is achtergebleven (berging). In de laatste kolom (Amersfoort) zijn de percentages vermeld voor alle buien die het bassin geheel, maar ook gedeeltelijk hebben gevuld. Wanneer ook de kleine buitjes worden meegenomen neemt de invloed van de berging toe omdat bij een gedeeltelijke vulling zonder overstorting de reductie volledig is toe te schrijven aan de berging. De belangrijkste bijdrage tot de reductie van de emissie wordt geleverd door de vergroting van de berging van het gehele systeem.

Uit berekeningen verricht aan het stelsel van Loenen, die hier niet nader worden toegelicht, blijkt dat vergroting van de berging naarmate de totale berging groter is, een afnemend rendement tot gevolg heeft, m.a.w. de afname van de jaarlijkse vuiluitworp is omgekeerd evenredig met de toename van de berging. Het voorgaande houdt in dat naarmate de onderdrempelberging groter is, het effect van het toevoegen van een bergbezinkbassin met een inhoud van 2 mm op de jaarlijkse vuiluitworp afneemt. Overigens is met het oog op de reductie van de concentratie aan vervuilende stoffen het bezinkrendement tijdens overstortingen uit het bassin van groot belang. Voor de eerder genoemde randvoorzieningen kunnen bezinkrendementen uit de vuilvrachten worden berekend: b e zin k re n d e m e n t = b e zo n k e n v ra ch t x 100% in g e k o m e n v ra ch t-g e b o rg e n v ra ch t De bezinkrendementen zijn vermeld op de laatste regel van tabel 2.4. Bergbezinkbassins zullen zeker een bijdrage leveren aan de reductie van de jaarlijkse vuiluitworp maar tijdens hevige neerslagen zal in veel situaties de Algemene Milieu Kwaliteit (AMK, waterkwaliteitsdoelstellingen volgens de Derde Nota Waterhuishouding) niet worden bereikt omdat voor dergelijke buien de bergingscapaciteit van de bassins verre van toereikend is.

Tabel 2.4 - Gemiddelde CZV-vrachten van randvoorzieningen bergbezinkbassin1

geloosd tegengehouden

vervel overstort2

bergbezinkriool

hoge zijdelingse overstort

bergbezinkbassin3

Amersfoort

Kerkrade

Goes

Maartensdijk

Rotterdam

Amersfoort

31%

38%

47%

45%

78%

20%

22%

80%

69%

62%

53%

55%

bezinking

26%

40%

47%

26%

berging

43%

22%

6%

29%

22%

63%

46%

51%

50%

37%

0%

63%

bezinkrendement

17%

zonder interne overstortingen de berging in een werveloverstortput is zeer gering; letterlijke bezinking vindt niet plaats 3 inclusief interne overstortingen 1 2

19

riolering

2.2.4 Effecten van randvoorzieningen op de oppervlaktewaterkwaliteit Het effect van de in de vorige paragraaf beschreven lozingen op de kwaliteit van het oppervlaktewater is helaas niet onderzocht. Wel is door de NWRW op andere lokaties onderzoek verricht naar het effect van lozingen via riooloverstorten. Deze onderzoekingen zijn beschreven het NWRW-rapport, thema 9, ‘Effecten van emissies op oppervlaktewater. Lokatierapporten’ [VROM, 1990]. In tabel 2.5 staan enkele relevante kenmerken van enkele onderzochte lokaties vermeld benevens enkele gegevens die betrekking hebben op neerslag en overstortende hoeveelheden. De lokaties zijn zodanig gekozen dat in globale zin de effecten van de zogeheten CUWVO-basisinspanning [CUWVO, 1992] kunnen worden beschouwd. Deze aanbevelingen zijn opgesteld voor zowel bestaande als nieuw te bouwen rioolstelsels. Hierbij zijn de opstellers uitgegaan van een zogenaamde basisinspanning waaraan een stelsel in ieder geval moet voldoen: Voor bestaande gemengde stelsels geldt als basisinspanning een onderdrempelberging van 7 mm met een pompovercapaciteit van 0,7 mm per uur, aangevuld met 2 mm berging in de vorm van bergbezinktanks achter iedere overstort. Voor bestaande gescheiden stelsels wordt aanbevolen deze om te bouwen naar verbeterde gescheiden stelsels met een onderdrempelberging van minimaal 4 mm en een pompovercapaciteit van 0,3 mm/h. Voor nieuwe stelsels wordt aanbevolen om deze aan te leggen als verbeterde gescheiden stelsels met een onderdrempelberging van minimaal 4 mm en een pompovercapaciteit van 0,3 mm/h.


Het is interessant te lezen welke de bevindingen waren van de onderzoekers die, nadat een overstorting was opgetreden, de oppervlaktewaterkwaliteit ter plaatse hebben bestudeerd. Punt A bevindt zich nabij de overstort, punt B bevindt zich een eindweegs benedenstrooms en punt C is een referentie punt op grote afstand van het lozingspunt. De door hen gedane letterlijk aangehaalde zintuiglijke waarnemingen waren als volgt: Lokatie 21. “De zintuiglijke waarneembare effecten zijn beperkt gebleven tot de twee (kleine) overstortingen die gevolgd zijn. Ter hoogte van het A-punt is enig overstortmateriaal aan de oevers gevonden (papierresten), het water heeft een lichte rioollucht. Op A- en B-punt is een lichte grijskleuring van het water waargenomen kort na de overstortingen. Tijdens de bemonstering in de ‘achtergrond’ is een lichte (riool- en) rottingsgeur waargenomen op A- en B-punt.” Lokatie 30. ‘Vooral de grote overstorting van 16 juli 1987 heeft erg grote zintuiglijke waarneembare effecten veroorzaakt. Zowel op A- als B-punt is het water grijs/wit/groen gekleurd en is relatief veel (grof) overstortmateriaal in het water langs de oevers aangetroffen. Ook heeft het water, evenals na de overige overstortingen, een duidelijke rioollucht. Op de middellange termijn is deze situatie al aanTabel 2.5 - Lokatie

21

Bovenstaande richtlijnen zijn bedoeld om de vuiluitworp tot een aanvaardbaar niveau terug te dringen. Er wordt uitdrukkelijk de mogelijkheid open gehouden om via alternatieve wegen aan de hierboven genoemde basisinspanning te voldoen, met dien verstande dat wordt aangetoond dat de vuiluitworp met het alternatieve stelsel niet hoger is dan die voor een stelsel volgens de basisinspanning.

20

- ct3420

30

33 42

Overstortende hoeveelheden op enkele lokaties

Berging

Poc

Neerslag

(mm)

(mm/h)

(mm)

Overstor tende hoeveelhe den (mm)

7,0

1,2

32

5

25

3

17

3

9,0

11 8,0

0,64

1,4 0,72

20

5

25

10

40

15

32

15

20

3

19

1

11

2


- ct3420

riolering

merkelijk verbeterd, al wordt soms nog een lichte rioollucht waargenomen’.

dat tijdens een overstorting van grote omvang vissterfte optrad.

Lokatie 33. ‘In het water en langs de oevers is na de zeer forse overstorting van 17 juli 1987 op A- en B-punt veel overstortmateriaal aangetroffen. Het water is na de overstorting zeer troebel en wit/grijs gekleurd en heeft een sterke rioollucht. Ook is ter hoogte van A- en B-punt een aanzienlijke vissterfte (voornamelijk jonge snoek) geconstateerd als gevolg van het plotseling zeer lage zuurstofgehalte. Ook bovenstrooms (tot enkele honderden meters) is het water zichtbaar beïnvloed (troebel, grijs) t.g.v. de overstorting’.

Uit een analyse van de NWRW-metingen blijkt dat de reductie in de totale uitworp bij vergroting van de berging van 7 mm tot 9 respectievelijk 10 mm niet verwaarloosbaar is. Wat echter opvalt is de geringe reductie in de omvang van de grootste opgetreden vuiluitworp. Deze bedraagt, gaande van 7 naar 9 mm slechts 7%. De bijdrage van deze grootste uitworp in het totaal van de uitworp bedraagt echter 16% bij een totaal van 27 emissies! Verondersteld mag worden dat de grootste uitworpen bepalend zullen zijn voor de kwaliteit van het oppervlaktewater. In dat geval heeft vergroting van de berging van 7 naar 9 mm, zoals door de CUWVO wordt aanbevolen, weinig zin. De berging, in of naast de riolering, zal aanzienlijk groter moeten zijn om een belangrijke verbetering van de oppervlaktewaterkwaliteit te bewerkstelligen. Een ander aspect heeft te maken met de verontreiniging van onderwaterbodems ten gevolge van overstortingen. Het is in dit verband interessant de resultaten van het NWRW-onderzoek, thema 9, aan een analyse te onderwerpen. Uit de analyse blijkt dat geen relatie bestaat tussen de bergende inhoud en de slibaangroei. De op een na hoogste aangroei heeft zelfs plaats gevonden achter de overstort van het stelsel met de op een na grootste berging.

Lokatie 42. ‘Na de overstortingen is het ontvangende water op A- en B-punt sterk troebel en grijs gekleurd. Het water heeft gedurende weken een sterke rioollucht. Ook het stroomafwaarts gelegen C-punt is zichtbaar door de overstortingen beïnvloed; het water is ook hier troebel, licht grijs gekleurd en heeft op korte en middellange termijn een rioollucht. Op alle drie punten is hoegenaamd geen (grof) overstortmateriaal aangetroffen’. Tot zover de citaten. Hoe groot de berging in de riolering ook was, steeds werd na een overstorting een rioollucht waargenomen, soms zelf op de middellange termijn. Blijkbaar is het effect van de aanwezigheid van een bergbezinkbassin (lokatie 42) dat geen (grof) materiaal met het overstor-tende water wordt meegevoerd. De overige zintuiglijke waarnemingen onderscheiden zich echter niet van die gevallen waarbij geen bergbezinkbassin aanwezig was. Zelfs wanneer de berging in het stelsel naar verhouding groot is (lokatie 33 met een berging van 11 mm) kon daarmede niet worden voorkomen Tabel 2.6 - lokatie

De analyse heeft betrekking op gemengde stelsels. Door de NWRW is een drietal overstorten onderzocht die zich in verbeterde gemengde stelsels bevinden. Enkele van de bevindingen staan in tabel 2.6 vermeld. De aangroeisnelheid van de sliblagen onderscheidt zich nauwelijks van die achter de overtstorten van niet verbeterde gemengde stelsels. Het stelsel waartoe lokatie 46 behoort voldoet ruimschoots

Dikte sliblaag achter overstort jaar van aanleg

berging in mm

dikte van de sliblaag in cm

stelsel

bbb

A

B

C

42

1965

5,3

2,7

1 tot 3

9 tot 16

-

44

1965

7,0

2,0

5 tot 6

1

5 tot 6

46

1950

6,9

4,5

15 tot 20

5 tot 8

5 tot 10

21

riolering

aan het door de CUWVO voorgestelde referentie stelsel. Desondanks hebben de sliblagen achter de overstort een aanzienlijke dikte. Enkele grepen uit het betreffende lokatierapport: ‘Na de overstorting op 17 juli 1987 is een zeer grote hoeveelheid overstortmateriaal op de oevers in de oevervegetatie aangetroffen, vooral in de directe nabijheid van het lozingspunt’. ‘Op het A- en B-punt zijn zelfs tot op lange termijn na de overstorting zeer hoge aantallen thermotolerante coli gemeten, die zelfs nog hoger liggen dan de aantallen op korte en middellange termijn’. ‘Op het A- en B-punt zijn in het sediment zeer hoge concentraties zink en lood gemeten die veel hoger liggen dan de concentraties op het referentiepunt; de concentraties op A- en B-punt overschrijden de adviesgrenswaarden (op C-punt: overschrijding adviesrichtwaarden)’. Uit het voorgaande kan worden opgemaakt dat van het toepassen van randvoorzieningen geen wonderen moet worden verwacht.

2.3

Invloed terreingesteldheid en aanwezige infrastructuur op stelselkeuze

In Nederland gelden als belangrijkste aspecten van de terreingesteldheid de aanwezigheid van open water en de helling van het terrein. Zoals reeds in paragraaf 3.1 is vermeld worden de kosten van een gescheiden stelsel in belangrijke mate bepaald door de aanwezigheid van open water. Wanneer voldoende open water aanwezig is kunnen regenwaterriolen met een beperkte afmeting en lengte worden aangelegd, waardoor de kosten beperkt kunnen blijven. In geaccidenteerde gebieden kan het economisch aantrekkelijk zijn om ten dele een gemengd en ten dele een gescheiden stelsel aan te leggen. Wanneer in het hooggelegen deel een gemengd stelsel wordt aangelegd bestaat de kans dat bij hevige regenval ernstige wateroverlast ontstaat in het laaggelegen deel. Een oplossing kan zijn om in het hoog gelegen deel van het gebied een gescheiden stelsel aan te leggen. Hierdoor hoeft alleen het afvalwater naar het laaggelegen gemengde stelsel afgevoerd te worden en kan wateroverlast worden voorkomen. Een andere oplossing is het

22


- ct3420

vergroten van het stamriool in het laaggelegen gemengde stelsel. Met name bij stadsuitbreidingen kan de bestaande infrastructuur van invloed zijn op de stelselkeuze. Wanneer een stadsuitbreiding afwatert op een bestaand gemengd stelsel kan het noodzakelijk zijn om een gescheiden stelsel aan te leggen en slechts de DWA naar het bestaande gemengde stelsel af te voeren om overbelasting van het bestaande gemengde stelsel te voorkomen. Wanneer een stadsuitbreiding afwatert op een bestaand gescheiden stelsel is het vanwege de beperkte hydraulische capaciteit van het vuilwaterstelsel in veel gevallen niet mogelijk om de extra hoeveelheid afvalwater via het bestaande stelsel naar de zuivering te leiden. In een dergelijk geval zal de aanleg van een persleiding of een transportleiding uitkomst kunnen bieden.

2.4

Literatuur

3.

Ontwerpgrondslagen

VROM Effecten van emissies op oppervlaktewater. Lokatie rapporten. Onderzoek naar de gevolgen van vuiluitworp van rioolstelsels voor de kwaliteit van het ontvangende water. December 1990 Coördinatiecommissie Uitvoering Wet Verontreiniging Oppervlaktewateren (CUWVO) Werkgroep VI Overstortingen uit rioolstelsels en regenwaterlozingen, Aanbevelingen voor het beleid en de vergunningverlening April 1992

De af te voeren hoeveelheden rioolwater gelden bij het ontwerp van rioolstelsels als ontwerpgrondslagen. Rioolwater kan bestaan uit afvalwater of regenwater of een mengsel van beide. Afvalwater wordt onderverdeeld in huishoudelijk en industrieel afvalwater, lekwater, drainagewater en vreemdwater. De afvalwaterafvoer wordt ook wel de droogweerafvoer, afgekort dwa, genoemd. De


- ct3420

regenweerafvoer wordt veelal afgekort met rwa. In dit hoofdstuk worden de verschillende afvalwaterstromen behandeld die van belang zijn bij het ontwerp van rioolstelsels.

3.1

Hoeveelheden afvalwater

3.1.1 Huishoudelijk afvalwater De dagelijkse hoeveelheid huishoudelijk afvalwater is afhankelijk van het drinkwaterverbruik per persoon, de optredende verliezen en het aantal personen. Bij het ontwerpen van rioolstelsels moet rekening worden gehouden met toekomstige ontwikkelingen, zoals een verwachte bevolkingsgroei of veranderingen in het drinkwaterverbruik per persoon. Daarnaast moet rekening worden gehouden met schommelingen van de hoeveelheid afvalwater gedurende de dag. Drinkwaterverbruik per persoon Het drinkwaterverbruik is afhankelijk van de welstand en de klimatologische omstandigheden. Bij een lage welstand zijn bijvoorbeeld toiletspoelingen afwezig. Bij een hoge welstand wordt in de tropen en vooral in de subtropen en aride gebieden, veel drinkwater gebruikt om tuinen te sproeien en zwembaden te vullen terwijl bovendien veel water wordt gebruikt om te baden. In Nederland bedraagt het drinkwaterverbruik gemiddeld 135 liter per persoon per dag. Het drinkwaterverbruik per persoon kan worden onderverdeeld naar de verschillende huishoudelijke activiteiten, zoals wassen, koken, baden, doorspoelen van toiletten en afwassen. In tabel 3.1 is de verdeling van het totale drinkwaterverbruik over de verschillende deelverbruiken weergegeven. Uit deze tabel blijkt dat van het toegevoerde drinkwater slechts ca 40% wordt gebruikt ten behoeve van de persoonlijke hygiëne, het laven van de dorst en het koken. 60% van het drinkwater wordt gebruikt voor doeleinden waartoe ook water van geringere kwaliteit benut zou kunnen worden. Dit heeft ertoe geleid dat in de laatste jaren veel aandacht is besteed aan mogelijkheden om water met een lagere kwaliteit dan drinkwater in te zetten voor dergelijke doeleinden. De milieuwinst van dergelijke systemen is echter doorgaans beperkt.

riolering

Tabel 3.1 -

Verdeling drinkwaterverbruik over deelverbruiken (Achttienribbe, 1993)

Deekverbruik

Gemiddeld drink waterverbruik in liter per per soon per dag

Deelverbruik als % van totaal verbruik

Bad

8

6

Douche

40

29

Wastafel

4

3

Toilet

43

32

Handwas

3

2

Wasmachine

23

17

Afwas hand

9

7

Afwas vaatwasmachine

1

1

Overig

6

4

Verliezen Een deel van het aangevoerde drinkwater gaat verloren en komt niet tot afvoer naar de riolering. Dit betreft voornamelijk water gebruikt voor het besproeien van de tuin of water dat verdampt, bijvoorbeeld uit wasgoed. In Nederland bedragen de verliezen ongeveer 10% van het drinkwaterverbruik, zodat de hoeveelheid afvalwater ongeveer 120 liter per persoon bedraagt. Bij een drinkwatertoevoer kleiner dan 20 l per inwoner per dag (slechts één aftappunt in de woning) vindt geen afvoer naar de riolering plaats. Bij een drinkwater toevoer van ca 80 l per inwoner per dag wordt vrijwel al het toegevoerde drinkwater via de riolering afgevoerd. Daarboven wordt in toenemende mate water gebruikt dat de riolering niet bereikt. Zie figuur 3.1. Het verschil tussen afvalwaterafvoer en drinkwaterproductie wordt niet uitsluitend bepaald door klimatologische omstandigheden en hoogte van de welstand. Lekverliezen die optreden in het distributie netwerk kunnen een belangrijk deel van het verschil verklaren. Deze verliezen kunnen in sommige landen tussen 10 en 50% van de drinkwater productie uitmaken. In Nederland bedragen de lekverliezen minder dan 5% van de productie. In tabel 3.2 is voor een aantal plaatsen de drinkwatertoevoer (lees: drinkwaterproductie) en de af te voeren hoeveelheid afvalwater weergegeven.

23

riolering


- ct3420

Figuur 3.2 - Dagelijkse dwa schommelingen

De afvoer vertoont echter een ochtend- en een avondpiek. Zie figuur 3.2. Figuur 3.1 - Relatie drinkwatertoevoer en afvalwater afvoer

In veel plaatsen blijkt de afvoer aanzienlijk kleiner te zijn dan de aanvoer. In Amsterdam en Grand Rapids is de afvoer echter groter dan de toevoer. In het geval van Amsterdam moet dit worden toegeschreven aan infiltratie van grondwater in de riolering. Vermoedelijk is in Grand Rapids iets vergelijkbaars aan de hand. Uit het voorgaande blijkt dat uitgaan van de drinkwaterproductie bij het dimensioneren van gescheiden rioolstelsels aanleiding kan geven tot zowel over- als onderdimensionering van de vuilwaterriolen! Spreiding over de dag Het afvalwater wordt niet gelijkmatig verdeeld over de dag afgevoerd. Gedurende de nacht is de afvoer gering. Het grootste deel van het afvalwater wordt gedurende ca 10 uur van de dag afgevoerd. Tabel 3.2 -

Toevoer drinkwater en afvoer afvalwater

plaats

toevoer (lpppd)

afvoer (lpppd)

Las Vegas (VS)

1.560

760

Little Rock (VS)

190

190

Wyoming (VS)

570

300

Boston (VS)

550

530

Caïro (Egypte)

800

150

Amsterdam (deel van de stad)

130

209

Grand Rapids (VS)

670

720

24

Het is in Nederland gebruikelijk bij het ontwerpen van rioolstelsels rekening te houden met een afvoer van huishoudelijk afvalwater gelijk aan 12 l/(inw.h). Hierbij wordt aangenomen dat de totale hoeveelheid huishoudelijk afvalwater van 120 l/(inw.dag) in 10 h wordt afgevoerd. De in Nederland gehanteerde zogeheten piekfactor wordt daarmede: • piekafvoer is: 120/10 = 12 l/(inw.h) • gemiddelde afvoer is: 120/24 = 5 l/(inw.h) • piekfactor is: 12/5 = 2,4. In Frankrijk wordt de volgende piekfactor gebezigd: 2 .5 ρ = 1 .5 + (3.1) qm ρ = piekfactor (1,5 < p < 3) qm = toevoer

l/s

Bij een hoeveelheid afvalwater van 120 l/(inw.dag) levert dit voor qm : qm = inw*120*/(24*3600) = inw/720 l/s. In de Verenigde Staten worden diverse formules gebruikt. Voor Desmoines bijvoorbeeld geldt de volgende formule: 18 + I ρ = (3.2) 4+ I waarin I het inwonertal in duizenden betekent. In tabel 3.3 is de piekfactor bij een wisselend inwonertal gegeven.


Tabel 3.3 -

- ct3420

riolering

Piekfactoren. De piekfactor zoals deze met de formule voor Frankrijk wordt berekend, is begrensd tussen 1.5 en 3

aantal inwoners

Frankrijk

USA

Nederland

100

3,0

4,2

2,4

1.000

3,0

3,8

2,4

100.000

1,7

2,0

2,4

Uit het voorgaande blijkt dat de grootte van de toegepaste piekfactoren van land tot land verschillen, meestal om onduidelijke redenen. Van veel groter belang in verband met de goede werking van de riolering is de veiligheid tegen overbelasting als gevolg van het aansluiten van regenwaterafvoeren op de vuilwaterriolering, zoals blijkt uit de volgende toelichting.

Toelichting De piekafvoer per inwoner bedraagt in Nederland 12 l/h. Bij een verhard oppervlak van 60 m2 per persoon komt dit neer op een DWA van 0,2 mm. Vuilwaterriolen worden ontworpen op een vullingsgraad van 50 %. De vullingsgraad is gelijk aan de waterdiepte in het riool gedeeld door de diameter. De werkelijke capaciteit van de riolen is bij volle vulling, uitgaande van een vullingsgraad van 50%, het dubbele van de ontwerpcapaciteit. Deze ruime marge wordt aangehouden om eventualiteiten het hoofd te kunnen bieden. Daarbij moet worden gedacht aan aanvankelijk niet voorziene uitbreiding van de wijk die naar het stelsel afwatert en in het bijzonder het opvangen van regenwater dat door foute aansluitingen op het vuilwater stelsel wordt geloosd. Een aantal keren per jaar komen regenintensiteiten voor van 20 mm/h. Hieruit volgt dat indien 0,2/20 is 1/100ste deel van het verharde oppervlak naar het vuilwater stelsel afwatert de volle capaciteit van het stelsel reeds is bereikt. Bij een groter deel dat naar de vuilwater riolering afwatert bestaat zelfs de kans dat het afvalwater via schrobputjes de woningen binnenstroomt of via de putdeksel op straat komt te staan.

3.1.2 Industrieel afvalwater De door de industrie afgenomen hoeveelheid drinkwater verschilt aanzienlijk per type bedrijf. Indien een rioolstelsels moet worden ontworpen voor een nieuwe wijk is dikwijls niet bekend welke industrie zich daar zal vestigen. Bij het ontwerp wordt in een dergelijk geval uitgegaan van een belasting met 2 l/(s.ha). Deze belasting wordt betrokken op het bruto verhard oppervlak, aangezien het netto verhard oppervlak op het moment dat het ontwerp gemaakt dient te worden nog niet bekend is. Gaat het om een bestaande wijk dan kan de hoeveelheid afvalwater worden berekend aan de hand van de gegevens van het drinkwaterbedrijf dat het water levert. Bedacht moet echter worden dat sommige industrieën in de eigen behoefte voorzien door de onttrekking van grondwater. In dat geval moet door het bevoegde gezag (de provincie) een onttrekkingsvergunning worden afgegeven. Het waterverbruik van de betreffende industrie kan aan de tekst van de vergunning worden ontleend. Het komt voor dat bepaalde industrieën (frisdranken industrie, brouwerijen) het gebruikte water niet via de riolering lozen. Bij het vaststellen van de ontwerpgrondslagen voor het rioolstelsel moet hiermede rekening worden gehouden. 3.1.3 Lekwater Rioolstelsels behoren waterdicht te zijn. Oudere stelsels, met name in gebieden met een slechte bodemgesteldheid, zijn dit echter in veel gevallen niet. Bij het ontwerpen van rioolstelsels wordt met een lekdebiet van 0,2 m3 /(km.h) riool per uur rekening gehouden. (In de Verenigde Staten tot 3 m3/(km.h).) Hierbij moet het volgende worden aangetekend: Het onverharde oppervlak van een gerioleerd gebied bedraagt gemiddeld 140 m2 per woning. Daarbij hoort een lengte van het riool van ca 7 m1 per woning. Hiermee rekening houdende betekent een lekdebiet van 0,2 m3/(km.h) dat ca 87,6 mm van de jaarlijkse neerslag vallende op het onverharde oppervlak via lekkende riolen wordt afgevoerd. Uit recent onderzoek is gebleken dat bij riolering gelegen in grond met geringe draagkracht

25

riolering

lekdebieten in de orde van grootte van 1 m3/(km.h) kunnen voorkomen. Dit betekent dat ca 440 mm van de neerslag vallende op het onverharde oppervlak via de riolering wordt afgevoerd. 440 mm komt ongeveer overeen met de effectieve neerslag, dat wil zeggen de neerslag (vallend op het onverharde oppervlak) die aan het grondwater wordt toegevoegd. Hieruit volgt dat de grondwaterstanden zullen stijgen wanneer lekkende riolen worden gedicht. Dit houdt in dat het dichten van lekkende riolen met omzichtigheid dient te geschieden. Wordt dit niet gedaan dan kunnen kelders van woningen onderlopen en woningen ontoelaatbaar vochtig worden. 3.1.4 Drainagewater De waterkwaliteitsbeheerders hebben in het algemeen bezwaar tegen de afvoer van het naar verhouding schone drainagewater naar de afvalwaterzuiveringsinrichting. In bepaalde gevallen is echter afvoer naar waterlopen niet mogelijk. Bij het ontwerpen van stelsel en bij het uitvoeren een controleberekening naar de werking van stelsels wordt met de afvoer van drainagewater geen rekening gehouden, tenzij de hoeveelheden bekend zijn. Zo niet dan wordt aangenomen dat de hoeveelheid drainagewater zit verdisconteerd in de hoeveelheid lekwater. 3.1.5 ‘Vreemd’ water Met name in het oosten en zuiden van het land kunnen beken of overkluisde watergangen deel uitmaken van de riolering. Onder ‘vreemd’ water wordt het debiet verstaan dat door de beek wordt aangevoerd in het rioleringssysteem. Bij het dimensioneren van een rioolstelsel of het uitvoeren van een controleberekening moet hier in voorkomende gevallen terdege rekening mee worden gehouden.

3.2

Neerslag

Een voorwaarde bij het ontwerpen van rioolstelsels is dat, tijdens neerslag van welke intensiteit en hoogte dan ook woningen en gebouwen nimmer onder water komen te staan. In de praktijk is immer aan deze voorwaarde te voldoen. Vastgesteld kan worden dat in de pers op gezette tijden melding

26


- ct3420

wordt gemaakt van schade aan have en goed als gevolg van overstromingen veroorzaakt door hevige neerslag. Zonder uitzondering is deze schade een gevolg van fouten in het ontwerp of de aanleg van het stelsel en wijzigingen in de afvoersituatie waaraan niet het hoofd is geboden of combinaties van deze. Het is zodoende van groot belang om goed inzicht te hebben in de mogelijk te verwachten neerslaghoeveelheden en het afvloeiingsgedrag. 3.2.1 Neerslaghoeveelheden en afvloeiings gedrag Een deel van de neerslag komt niet tot afstroming en draagt daardoor niet bij aan de belasting van de riolering. Het nauwkeurig inschatten van de hoeveelheid neerslag die daadwerkelijk tot afstroming komt is zeer belangrijk, aangezien een foute inschatting zowel een onder- als overdimensionering van het rioolstelsel tot gevolg kan hebben. Het afvloeiingsgedrag is afhankelijk van de omvang van de volgende verschijnselen: • interceptie • evapotranspiratie • infiltratie • berging door plasvorming Onder interceptie (= bevochtigingsverliezen) wordt het gedeelte van de neerslag verstaan dat zodanig aan het oppervlak wordt geadsorbeerd dat het niet tot afstroming komt. De evapotranspiratie is het regenwater dat direct verdampt op de grond, op planten en op gebouwen en het water dat indirect via planten verdampt wordt. Onder infiltratie wordt de hoeveelheid water verstaan die door het (on)verharde oppervlak heen de bodem in zakt. De berging door plasvorming ontstaat doordat de eerste neerslag die afstroomt langs het oppervlak wordt geborgen in laagten. Bij het ontwerp van de riolering wordt het afvloeiingsgedrag doorgaans in rekening gebracht met behulp van een afvloeiingscoëfficiënt. In tabel 3.4 zijn enkele kenmerkende waarden weergegeven.


Tabel 3.4 -

- ct3420

Afvloeiingscoëfficiënt

aard oppervlak

riolering

Tabel 3.5 -

Bepaling samengestelde afvoercoëffiAandeel

afvloeiingscoëfficiënt

leisteendaken

0,95

pannendaken

0,90

Afvoer coëfficiënt

Relatief aandeel

Asfaltwegen

22,5%

0,90

0,20

Klinkerwegen

7,5%

0,50

0,08

Schuine daken

10,0%

0,90

0,09

Platte daken

10,0%

0,70

0,07

Afvoerend onverhard

25,0%

0,15

0,04

0,00

0,00

platte daken

0,50 - 0,70

asfaltwegen

0,85 - 0,90

tegelpaden

0,75 - 0,85

keibestrating

0,25 - 0,60

grindwegen

0,15 - 0,30

onbegroeide oppervlakken

0,10 - 0,20

Niet afvoerend onverhard

25,0%

parken, grondstroken

0,05 - 0,10

Totaal

100

0,48

In Nederland wordt veelal bij het ontwerpen voor het verharde gebied (daken en wegen) de afvloeiingscoëfficiënt C = 1 en voor het onverharde gebied (parken, tuinen) C = 0 genomen. Bij de dimensionering van rioolstelsels in Nederland wordt dan ook alleen het verhard oppervlak meegenomen. Wanneer alleen het verharde oppervlak bij het ontwerpen van rioolstelsels wordt betrokken zal het duidelijk zijn dat de afvoer van onverharde terreinen niet in rekening wordt gebracht. Het is de ontwerpers van rioolstelsels bekend dat ook in bepaalde situaties het onverharde terrein kan bijdragen tot de belasting van rioolstelsels. In ons land wordt hiermee, zoals reeds vermeld, geen rekening gehouden. Het waarom kan als volgt worden toegelicht: Veelal bestaat 50 % van het bebouwde oppervlak uit verhard oppervlak. Daarvan is 60% wegen, pleinen en trottoirs en 40% daken. Van de wegen is 75% voorzien van een asfaltverharding en 25% van een klinkerbestrating. De daken moeten worden onderverdeeld in platte en schuine daken. 50% van de daken zijn plat. Het onverharde deel bestaat uit tuinen en groenstroken. Gemiddeld is het zo dat ca. De helft van dit onverharde oppervlak bij hevige neerslag deels via trottoirs en de straten kan afwateren naar de riolering. Wordt het totale bebouwde oppervlak op 100% gesteld dan ontstaat het beeld uit tabel 3.5.

dan het percentage verhard oppervlak dat binnen het bebouwde gebied aanwezig is. Dit is in vrijwel elk bebouwd gebied het geval. Het is om die reden dat bij het beoordelen van de werking van rioolstelsels wordt uitgegaan van de afvoer van uitsluitend het verharde oppervlak. De afvoercoëfficiënt die in dat geval wordt gebezigd heeft dan uiteraard de waarde 1!

De afvoercoëfficiënt geeft aan welk deel van de neerslag van het betreffende oppervlak tot afstroming naar de riolering komt. Uit het staatje blijkt dat de afvoercoëfficiënt voor het totale bebouwde oppervlak 48% bedraagt. Dit is slechts 2% minder

De benodigde neerslaggegevens worden slechts op een beperkt aantal meteorologische stations verzameld. Dit geschiedt met behulp van zogenaamde zelfregistrerende regenmeters. Deze gegevens moeten aan statistische bewerkingen

Op grond van jarenlange ervaring worden Nederlandse rioolstelsels ontworpen op het kunnen verwerken van een continue regenintensiteit van 60 l/s/ha. Voor hellende gebieden wordt, ter bevordering van de meerdere veiligheid, soms 90 l/s/ha gekozen. De in rekening te brengen hectares betreffen die van het totale verharde oppervlak. De vermelde ontwerpregenintensiteiten houden in dat de werkelijkheid in zeer belangrijke mate wordt geschematiseerd. Dit is niet toelaatbaar met betrekking tot het ontwerp van elk afvalwatersysteem of onderdelen daarvan. Voorbeelden zijn: bergen bergbezinkbassins, besturingsmiddelen, sterk hellende c.q. onregelmatig hellende rioolstelsels en ver uit elkaar gelegen bebouwde gebieden die middels riolen met elkaar zijn verbonden. Om in die gevallen te kunnen ontwerpen is gedetailleerde kennis vereist met betrekking tot de afvoer van neerslag. (Zie de handleiding bij het college CT5540, Inzameling en transport van afvalwater II).

27

riolering

worden onderworpen alvorens ze geschikt zijn om in de praktijk te kunnen worden gebruikt. Regenduurlijnen zijn het resultaat van statistische bewerkingen van neerslaggegevens. 3.2.2 Regenduurlijnen Bij het ontwerpen en analyseren van rioolstelsels, open waterlopen, retentiebekkens en bergbezinkbassins wordt veelvuldig gebruik gemaakt van regenduurlijnen. Deze lijnen geven de kans weer dat neerslag optreedt van een bepaalde hoeveelheid gedurende een bepaalde tijd. Regenduurlijnen kunnen, op basis van beschikbare neerslaggegevens, op de volgende twee manieren worden samengesteld: • partiële reeksen • extreme waarden reeksen. Bij partiële reeksen worden alle pieken uit de meetreeks meegenomen die boven een bepaalde drempelwaarde liggen. Bij extreme waarden reeksen worden alleen de in een bepaalde periode (bijvoorbeeld een jaar) optredende maxima meegenomen. Dit leidt ertoe dat hoge neerslagen die lager zijn dan het in een jaar voorkomende maximum niet in beschouwing worden genomen. Deze neerslagen kunnen echter hoger zijn dan het maximum dat is opgetreden in een van de andere beschouwde jaren. Een gevolg is dat niet alle informatie wordt verwerkt en zodoende informatie verloren gaat. Een viertal regenduurlijnen is in omloop: • de Braakse krommen, • de krommen van Schenkeveld (DHV) (1974), • de regenduurlijnen samengesteld door de Heidemij/ Landinrichtingsdienst [Bouwknegt en Gelok, 1988], • de krommen van de Grontmij. Braak heeft zijn krommen samengesteld door 37 jaar regenvalcijfers te analyseren. De lijnen van Schenkeveld zijn, evenals die van de Grontmij, gebaseerd op de analyse van slechts 12 jaar neerslagcijfers. De Heidemij/LD lijnen zijn gebaseerd op 72 jaar neerslagcijfers.

28


- ct3420

Het zal duidelijk zijn dat de verschillen in lengte van de beschouwde perioden onderling verschillende duurlijnen hebben opgeleverd. Daarnaast hebben de bewerkers van de neerslag cijfers verschillende statistische methoden gebruikt bij de analyses. Braak heeft recht toe recht aan de frequentie van overschrijden vastgesteld zonder aannames te doen over de waarschijnlijkheidsverdeling van de extreme uitschieters. Hij heeft hierbij gebruik gemaakt van de extreme waarde methode. Schenkeveld heeft een verbetering aangebracht door uit te gaan van de Gumbel-verdeling van extreme waarden, waarbij eveneens de extreme waardenmethode is toegepast. Daarnaast heeft hij door middel van regressie-analyse de krommen ‘gladgestreken’. De Grontmij heeft dat laatste achterwege gelaten. De door hen gepresenteerde lijnen hebben om die reden een onnatuurlijk hoekig verloop. De Heidemij/LD is uitgegaan van partiële duurreeksen. Bij het bepalen van de kansen is gebruik gemaakt van de Gumbel-verdeling. De betrouwbaarheid van de verschillende regenduurlijnen is afhankelijk van de in beschouwing genomen periode en de toegepaste methode. Wanneer over een lange periode (tientallen decennia) de neerslaggegevens worden verzameld dan voldoet de neerslag bij benadering aan de normale verdeling. De resultaten van analyses zullen betrouwbaarder zijn naarmate de gegevens waarop de analyses zijn gebaseerd een langere periode bestrijken. De door de Heidemij/LD toegepaste methode met partiële reeksen levert de meest betrouwbare voorspellingen op van extreme waarden, aangezien hierbij alle beschikbare informatie wordt benut. Bij de overige regenduurlijnen zijn hoge neerslagen die lager waren dan het in een jaar voorkomende maximum niet in beschouwing genomen. Deze neerslagen kunnen echter hoger zijn dan het maximum dat is opgetreden in een van de andere beschouwde jaren. Een gevolg is dat niet alle informatie is verwerkt. Om deze redenen verdienen de krommen van de Heidemij/LD de voorkeur. Figuur 3.3 is ontleend aan de gegevens uit de publicatie van de Heidemij/LD. In bijlage A zijn de


- ct3420

Figuur 3.3 - Regenduurlijnen

originele regenduurlijnen uit de publicatie van de Heidemij weergegeven. Bij elke kromme staat een bepaalde herhalingstijd vermeld. De herhalingstijd is een statistische grootheid. Een herhalingstijd van 1 maal per 2 jaar (T = 2 jaar), zoals aangegeven in figuur 3.3, wil zeggen dat er een kans is dat één maal per twee jaar een neerslaghoeveelheid (verticale as) kan voorkomen met de aangegeven duur (horizontale as). De regenduurlijnen geven geen werkelijk opgetreden buien weer! De lijnen geven uitsluitend informatie over de kans van optreden van een bepaalde hoeveelheid neerslag gedurende een zekere tijd. 3.2.3 Het gebruik van regenduurlijnen De in de regenduurlijnen opgenomen waarden hebben betrekking op een hoeveelheid neerslag die in een bepaald tijdsinterval kan vallen. Een neerslaghoeveelheid van 20 mm die in 60 min is gevallen kan op oneindig veel manieren zijn opgebouwd, bijvoorbeeld: 1. 5 mm gelijkmatig gevallen in de eerste 50 min, gevolgd door de resterende 15 mm in de volgende 10 min; 2. 15 mm gelijkmatig gevallen in de eerste 10 min en de rest gelijkmatig in de volgende 50 min; 3. een gelijkmatige neerslag over de gehele periode van 60 min. Stel dat een bergbezinkbassin moet worden gedimensioneerd op een hoeveelheid neerslag die in 60 minuten valt en eens per 3 jaar wordt overschreden. Uit figuur 3.3 is af te lezen dat de

riolering

ontwerper voor T=2 rekening moet houden met een neerslaghoogte van ca. 20 mm. De capaciteit van het gemaal dat het bassin leegpompt bedraagt 0,2 mm per minuut (12 mm/h). De benodigde inhoud van het bassin wordt bepaald door het grootste verschil tussen aan- en afvoer dat op enig moment kan optreden. In figuur 3.4 is te zien dat voor buivorm 1 en 2 de benodigde berging 13 mm moet worden, terwijl recht toe recht aan gebruik van de duurlijnen een benodigde berging van 8 mm oplevert. Dit voorbeeld maakt duidelijk dat een rioolstelsel of onderdelen ervan bij gebruik van regenduurlijnen ondergedimensioneerd kunnen worden. Het overgrote deel van de buien ‘regent’ niet lineair uit. Dit betekent dat de overstortende hoeveel heden groter en de overstortingsfrequenties hoger zullen zijn dan een berekening aan de hand van duurlijnen doet vermoeden. Van belang is het bovendien te bedenken dat de voorgaande bui eveneens van invloed kan zijn op die hoeveelheden en frequenties. Indien het bassin door het gemaal nog niet is geledigd na afloop van de vorige bui heeft dit eveneens invloed op de verwachtingswaarde van overstortende hoeveelheden en deze hoeveelheden zelf. Het voorgaande betekent dat sprake kan zijn van onderdimensionering van retentiebekkens. Andere van belang zijnde factoren kunnen daarentegen aanleiding zijn tot het overdimensioneren. De belangrijkste zijn: • het niet in rekening brengen van verliezen (verdamping, bevochtiging, berging op het oppervlak, interceptie door begroeiing etc.); • het overschatten van afvloeiingscoëfficiënten (De in de Leidraad Riolering vermelde afvloeiingscoëfficiënten zijn aan de hoge kant, waardoor de hiermee berekende belasting van het stelsel met hemelwater hoger uitvalt dan in de praktijk wordt gemeten); • het niet in rekening brengen van de berging in putten en huisaansluitingen; • het niet in rekening brengen van vertraging bij de afstroming. (Bij rioolstelsels in het algemeen van geringe invloed.)

29

riolering


- ct3420

Figuur 3.4 - Relatie neerslagverdeling – benodigde berging

Een en ander betekent dat factoren in het spel zijn welke de benodigde inhoud zowel groter als kleiner kunnen doen zijn dan wordt berekend volgens de gebruikelijke (eenvoudige) methode. Zodra het gaat om een uit een oogmerk van investeringen zowel als hydrologie/hydraulica weinig gevoelige situatie kan de gebruikelijke wijze van dimensioneren van retentietanks worden toegepast. Zodra dit echter niet het geval is dient een nauwkeuriger methode van ontwerpen te worden nagestreefd. Regenintensiteitduurlijnen Voor bepaalde berekeningen is het noodzakelijk neerslagintensiteiten te kennen welke gedurende een bepaalde regenduur en met een zekere herhalingstijd kunnen optreden. Deze intensiteiten kunnen worden afgeleid uit de regenduurlijnen. De relatie tussen beide is de volgende: i t r ,T =

R t r ,T tr

(3.3)

Hierin is: i = neerslagintensiteit, mm/h T = herhalingstijd R = neerslaghoogte, mm tr = de duur van de beschouwde neerslag periode, h In figuur 3.5 is een voorbeeld van enkele regenintensiteitsduurlijnen gegeven. In Duitsland wordt gebruik gemaakt van de door Reinhold (1940) opgestelde formule voor het bepalen van de berekeningsregenintensiteit.   ϕ = 3 8  1 - 0 .3 8 4 6   T + 9  41 T 

(3.4)

De berekeningsregenintensiteit volgt nu uit: i = ϕ ⋅ i1 5 ,1 t r ,T

(3.5)

i15,1 stelde Reinhold aanvankelijk op 60 l/(s.ha). Als gevolg van klimatologische verschillen worden in Duitsland ook andere waarden voor i15,1 aangehouden.

3.3

Figuur 3.5 - Regenintensiteitsduurlijn

30

Literatuur

Bouwknegt, J. en A.J.Gelok Regenduurlijnen voor het ontwerp en beheer van waterbeheersings- en rioleringsprojecten


- ct3420

riolering

Heidemij Adviesbureau, Landinrichtingsdienst 1988 Achttienribbe, G.E. De Nederlander en zijn waterverbruik H2O 1993, blz. 349-350

Bijlage A: Regenduurlijnen

31

riolering

4. 4.1


Hydraulische grondslagen

∂h  ∂a ∂z  gA = gA  + b  = gA ∂x  ∂x ∂x 

Basis formules

De de Saint-Venant vergelijkingen ((4.1) en 4.2)) worden gebruikt om de stroming van water door de riolering te beschrijven. De vergelijkingen bestaan uit 2 componenten: de continuïteitsvergelijking (4.2) en de bewegingsvergelijking (4.1) Bewegingsvergelijking (momentum balance): Q Q ∂Q ∂  Q2  ∂h + +cf =0 β  + gA ∂x ∂x  A  ∂ z RhA       i iii ii

(4.1)

iv

Continuïteitsvergelijking (mass balance): ∂Q ∂A (h ) ∂Q ∂h + = + B (h ) = 0 ∂x ∂t ∂x ∂t waarin: Q debiet A ‘natte’ doorsnede B breedte vrije waterspiegel g zwaartekrachtsversnelling Rh hydraulische straal cf wrijvingsconstante h water stand x locatie langs x-as t tijd β Boussinesq’s getal

(4.2)

(m3/s) (m2) (m) (˜9.813 m/s2) (m) (-) (m) (m) (s) (-)

onder aanname van: - hydrostatische druk - snelheidscomponenten in y and z richting zijn verwaarloosbaar vergeleken met de snelheidscomponent in de x richting (uy=uz<
32

   ∂a − i  b   ∂x   IIIb   IIIa 

waarin: a water diepte zb bodem niveau ib bodem helling

- ct3420

(4.3)

(m) (m) (-)

Term IIIa beschrijft de druk en IIIb de zwaartekracht. De De Saint-Venant vergelijkingen vormen een hyperbool systeem van partiële differentiaalvergelijkingen wanneer de ‘dynamic wave’ benadering wordt gebruikt. Dit houdt in dat om een probleem goed te kunnen beschrijven de initiële situatie (Q en h op t=0) en 2 randvoorwaarden gedefinieerd moeten worden. In de praktijk worden allerlei vereenvoudigingen van de volledige vergelijkingen uit 4.1 en 4.2 toegepast. De mate van vereenvoudiging die is toegestaan hangt af van de mogelijkheden om 1 of meer termen uit de bewegingsvergelijking te schrappen. Term I en II (inertia term) kunnen bijvoorbeeld worden verwaarloosd als de stroom slechts langzaam varieert in de tijd. Deze vereenvoudiging resulteert in de ‘kinematic wave’ of ‘diffusion wave’ benadering. In tabel 1 wordt een aantal mogelijke vereenvoudigingen samengevat. De vereenvoudigde vergelijkingen worden doorgaans toegepast om de numerieke simulatie te versnellen of om analytische oplossingen mogelijk te maken.

4.2

Permanente stroming

Het ontwerp van rioolstelsels wordt in eerste instantie veelal handmatig bepaald. Zodra van een nieuwbouwwijk het stratenplan bekend is wordt de ligging van de riolen ingetekend. De benodigde diameters worden vervolgens geschat. Het vergt enkele jaren ervaring om deze schatting zo dicht mogelijk in de buurt te laten zijn van de uiteindelijk benodigde. Vervolgens moet het naar de knopen


- ct3420

riolering

Indien gedeeltelijke vulling optreedt dan wordt de oplossing bemoeilijkt. De meeste in omloop zijnde permanente stromingsprogramma’s kunnen deze complicatie echter aan. Met het verschijnsel “water op straat” wordt bij permanente berekeningen geen rekening gehouden. De berekeningen worden immers uitgevoerd om vast te stellen of de waterverhanglijnen al dan niet boven straatpeil uit komen. Zodra dit het geval is moeten de afmetingen van de in aanmerking komende leidingen worden vergroot net zolang tot de verhanglijnen beneden straatpeil blijven. Ook deze aanpassingen vergen ervaring opdat geen onnodige tijd wordt besteed aan het doorrekenen van gewijzigde netwerken.

Figuur 4.1 - Definitie schets

afvoerende oppervlak worden bepaald. Daarna moet de belasting worden gekozen waaraan het stelsel wordt onderworpen. De volgende stap is het aldus ontworpen stelsel te controleren op de werking met behulp van een computerberekening. Hiervoor werden tot voor kort overwegend permanente stromingsprogramma’s gebruikt, hoewel tegenwoordig, met de toegenomen rekenkracht, ontwerpen in de praktijk ook worden getoetst m.b.v. niet-stationaire berekeningen. Permanent wil in dit geval zeggen dat de variatie met de tijd van de neerslag niet in rekening wordt gebracht. Bovendien wordt uitgegaan van geheel gevulde leidingen. Dit houdt in dat de termen in vergelijking (4.1) waarin de tijd en de variatie van de doorsnede, (Ax), met de waterdiepte voorkomen verdwijnen. In eerste instantie wordt uitgegaan van geheel gevulde leidingen. Formule (4.1) gaat dan over in: g A x x

dh g Q Q + =0 d x C 2A xR

(4.4)

Ax is nu de natte doorsnede van de geheel gevulde buis. De continuïteitsvergelijking (4.5) wordt: n

0 = ∑ Q n + Q e 1

(4.5)

Het stelsel vergelijkingen kan nu aanzienlijk eenvoudiger en sneller worden opgelost echter onder de voorwaarde dat de leidingen geheel zijn gevuld.

N.B.: Tijdens het college CT 5540 Inzameling en transport van afvalwater II wordt uitvoerig ingegaan op niet-permanente stromingsprogramma’s.

4.3

Hydraulische weerstanden in onderdelen van rioolstelsels

In deze paragraaf wordt de hydraulische weerstand van verschillende onderdelen van rioolstelsels behandeld. 4.3.1 Overstorten De hoogte van de overstortende straal wordt berekend aan de hand van formule (4.6) 3/ 2 Q o = m B h

Hierin is: h = hoogte van de overstortende straal (zie figuur 4.2) Qo = debiet over de overstort m = afvoercoëfficiënt B = lengte van de overstortrand

(4.6)

m m3/s m1/2/s m

Voor h moet formeel H, de energiehoogte, worden ingevuld. In praktische gevallen is H echter ~ h. Gebleken uit praktijkervaringen geldt dat afhankelijk van de energiehoogte bovenstrooms m ligt tussen 1,1 en 1,3 m1/2/s. In die gevallen waarbij de vorm van de overstortdrempel niet vaststaat of de kruin breed en

33

riolering

Tabel 4.1 - termen I+II+III+IV


- ct3420

Mogelijke vereenvoudigingen van de bewegingsvergelijking aanduiding

belangrijkste aannamens

dynamic wave

geen

I+II+III

gravity wave

wrijving is klein t.o.v. zwaartekracht en intertia termen

III+IV

diffusion wave

intertia termen zijn klein t.o.v. zwaartekracht en wrijving

IIIb+IV

kinematic wave

intertia termen zijn klein t.o.v zwaartekracht en wrijving en

∂a << ib ∂x onregelmatig van vorm is (metselwerk) wordt veiligheidshalve m gelijk aan 1,7 m½/s gesteld. In het algemeen zal de hoogte van de overstortrand zodanig worden gekozen dat deze is gelegen boven de waterstand van het oppervlaktewater waarop wordt geloosd. In praktische situaties kan het echter voorkomen dat een verdronken overlaat ontstaat. Bij het uitvoeren van berekeningen ter controle op de werking van bestaande stelsels moet daarmede rekening worden gehouden. Indien de waterstand, gemeten ten opzichte van de hoogte van de kruin van de overstort, aan benedenstroomse zijde niet hoger is dan ? maal de bovenstroomse waterstand (Zie figuur 4.2), kan gebruik worden gemaakt van formule (4.6). 4.3.2 Zijdelingse overstorten Het komt voor dat overstorten niet loodrecht op de stroomrichting worden geplaatst doch evenwijdig daaraan. De reden is meestal ruimtegebrek. Zijdelingse overstorten komen veelvuldig voor als onderdeel van bergbezinkbassins.

In Duitsland wordt de volgende formule gebruikt voor de berekening van het debiet over een zijdelingse overstort [ATV, 1983]: 3/ 2 Q o = 1, 92 h

(4.7)

De hoogte van de overstortende straal, h, moet worden opgevat als een gemiddelde hoogte. De formule geldt voor een situatie waarbij het benedenstroomse riool (‘knijpriool’) een kleinere diameter heeft dan het bovenstroomse riool, zie figuur 4.3. De bedoeling van dit zogenaamde knijpriool is het water bovenstrooms op te stuwen zodat bij belasting door regen de bovenstroomse inhoud van het stelsel beter wordt benut met het oog op het verminderen van het overstortende volume benedenstrooms in het stelsel. Een inrichting van deze vorm wordt een stuwconstructie genoemd. In Nederland worden stuwconstructies veelal aangebracht in bestaande stelsels. Een vormgeving volgens figuur 4.3. is dan dikwijls niet mogelijk. In Duitsland worden eisen gesteld aan de grootte van het overstortende debiet in relatie tot de

Figuur 4.2 - Stroming over een overstort

34


- ct3420

riolering

Hb = bodemverval (= Ib*L, = bodemverhang*lengte knijpriool) m ξι = intreeverlies coëfficiënt v = stroomsnelheid m/s Hdyn = dynamisch weerstandsverlies over knijpriool m In de VS wordt de hierna weergegeven formule gehanteerd [ASCE, 1969]: 0,83 1, 67 Q o = 1, 83 B h

Figuur 4.3. Zijdelingse overstort

afvoer van het ontvangende water. Afhankelijk van de grootte van het ontvangende water dient tijdens neerslag minimaal een bepaald debiet, Qkrit, door het benedenstroomse riool naar de zuivering te worden gevoerd. Dit debiet Qkrit moet kunnen worden verwerkt zonder dat de overstort aanspringt. Uit dit gegeven volgt, bij een gegeven breedte van de overstort B, de minimale hoogte Ho van de overstortrand ten opzichte van de binnenbovenkant van de uitgaande leiding, zie figuur 4.4. De minimale hoogte van de overstort Ho volgt dan uit vergelijking (4.8). v2 v2 H + H = ξ ∗ + H + o b i d yn 2g 2g Hierin zijn: Ho = hoogte overstortrand tov binnen onderkant buis

(4.8)

m

(4.9)

De formule mag worden toegepast indien de inkomende en uitgaande leiding dezelfde diameter hebben. Indien een geleidelijke vernauwing van de leiding naast de overstort plaats vindt wordt in de VS de volgende formule toegepast: Q = 1, 83 B 0,9h 1, 6 o

(4.10)

4.3.3 Openingen Ten behoeve van de dimensionering van openingen in stuwconstructies moet in voorkomende gevallen gebruik worden gemaakt van de volgende formule: 2

1  Q2 H v =  − 1 2  µ  2g A s Hierin zijn (zie figuur 4.5): As = oppervlak van de opening

(4.11)

m2

Figuur 4.4 - Zijdelingse overstort met knijpriool

35

riolering

µ Q g Hv

= afvoercoëfficiënt = debiet = versnelling van de zwaartekracht = verlies energiehoogte


m/s2 m

Volgens de theorie stelt µ de contractiecoëfficiënt voor. Deze moet nog worden vermenigvuldigd met, Ö, de weerstandscoëfficiënt om het debiet door de opening te kunnen berekenen. De waarde van Ö wijkt echter zeer weinig af van de eenheid. µ wordt daarmede de afvoercoëfficiënt. De waarde van µ is afhankelijk van de vorm van de opening. In figuur 4.4 worden enkele vormen van openingen afgebeeld. De bijbehorende waarden van µ zijn de volgende;

- ct3420

weerstandsverlies over een leiding kan worden berekend. (Hier wordt eigenlijk de omgekeerde weg bewandeld. Bij het opstellen van vergelijking (4.2) is de onderstaande betrekking, die bekend staat onder de vergelijking van Darcy-Weisbach, reeds verwerkt.) 2

1  Q2 H v =  − 1 2  µ  2g A s

(4.12)

Hdyn = weerstandsverlies L = leidinglengte A = natte doorsnede van de leiding Q = debiet R = hydraulische straal C = weerstandscoëfficient

m m m2 m3/s m m1/2/s

Opening in de wand: µ = 0,61 Naar binnen uitstekende buis, ‘Buis van Borda’: µ = 0,5 Naar buiten uitstekende buis: k = 0,83 Opening geheel boven het niveau van het benedenwater: µ = 0,61

In het geval van ronde geheel gevulde leidingen is R, de hydraulische straal, gelijk aan D/4 en A gelijk aan πD2/4. D is de inwendige diameter van de lei ding. Formule (4.12) gaat daarmede over in:

In het laatste geval is h de hoogte ten opzichte van het midden van de opening. Zodra de opening gedeeltelijk boven het benedenwater is gelegen kan de afvoer worden berekend door het gedeelte van de straal dat boven het benedenwater is gelegen te behandelen als een opening geheel boven water gelegen en het deel daar beneden als onder water gelegen opening.

De weerstandscoëfficiënt, C, kan worden berekend met behulp van de volgende formule:

4.3.4 Weerstand in geheel gevulde leidingen Door integratie van vergelijking (4.1) wordt de vergelijking gevonden waarmede het dynamische

Figuur 4.5 - Openingen in een stuwconstructie

36

H d yn =

4L Q 2 D C2 A 2

 12R  10 C = 18 x lo g  k   

(4.13)

(4.14)

De waarde van k, de wandruwheid, van de leiding kan voor enkele in de rioleringstechniek gebruikelijke buismaterialen worden ontleend aan tabel 4.2. Hier zij opgemerkt dat na het in gebruik nemen van de riolering een slijmhuid op de buiswand ontstaat


Tabel 4.2 -

- ct3420

riolering

k-waarde buismaterialen

materiaal

k-waarde in mm

metselwerk beton

1-5

6 6 0, 25 x 10 ≤ R e ≤10

0,5 - 2

kunststof

0,2 - 0,5

die tot gevolg heeft dat de k-waarde van betonnen zowel als kunststofleidingen nagenoeg gelijk is. Bedacht moet worden dat de k-waarde bij rioolstelsels een soort gemiddelde k-waarde is. De weerstand die het stromende water in putten, door de aanwezigheid van voegen en van afzettingen ondervindt, zit verdisconteerd in de bovenvermelde k-waarden. Bij persleidingen wordt uitsluitend de k-waarde van het gebruikte materiaal in rekening gebracht. Weerstandsverliezen die optreden in bochten, door de aanwezigheid van kleppen, uittreeverliezen e.d. worden bij persleidingen afzonderlijk in rekening gebracht. Voor de berekening van het weerstandsverlies wordt in Nederland, naast formule (4.13) veelvuldig de volgende formule gebruikt: H d yn =

4λL Q 2 λL Q 2 = 2 R 2g A D 2g A 2

(4.15)

Vergelijking van formule (4.13) met formule (4.15) laat zien dat: λ =

8g C2

(4.16)

De waarde van λ kan worden berekend met behulp van de formule van Colebrook-White:

 2, 51 k  = −2 x 10 lo g  =  λ  R e λ 3, 71D 

1

ting van rioolstelsel veelvuldig voorkomt, en 0,25 m < D < 1 m volgt:

(4.17)

(4.19)

Bij deze waarde van Re en de in de pratijk voorkomende waarden van D/k is: 2, 51 Re λ

=

k 3, 71D

(4.20)

De waarde van λ kan op grond hiervan worden berekend met behulp van:

D  = 2 x 10 lo g  3, 71 x  k λ 

1

(4.21)

Uit de vergelijkingen (4.14) en (4.16) volgt echter: 1 18 10  3D λ = 8g x lo g  k 

  3D  10  = 2, 032 x lo g  k  (4.22)   

Voor de gebruikelijke waarden van D/k geven de formules (4.21) en (4.22) nagenoeg dezelfde antwoorden. Beide formules kunnen worden gebruikt voor de berekening van de leidingweerstand. In het geval van lage temperaturen en gladde leidingen met grote diameter (grote waarden van D/k), verdient het aanbeveling gebruik te maken van formule (4.17). 4.3.5 Weerstand in gedeeltelijk gevulde leidingen Gedeeltelijk gevulde leidingen komen veelvuldig voor. Voor een ronde buis geldt (Zie figuur 4.6.): Ag = natte oppervlak bij gedeeltelijke vulling m2 Ω = natte omtrek bij gedeeltelijke vulling m

Re is het getal van Reynolds. vD R e = v

(4.18)

v = snelheid in de leiding m/s ν = kinematische viscositeit van afvalwater m2/s De waarde van ν is afhankelijk van de temperatuur en de soort te transporteren afvalwater. Voor afvalwater van ca 180 C is í ongeveer 10-6 m2/s. Bij een stroomsnelheid van 1 m/s, die bij de ontwerpbelas

De grootte van de hydraulische straal, R, in de formules (4.12) en (4.15) is nu gelijk aan Ag/ Ω. In tabellen wordt dikwijls de snelheid in de leiding vermeld als functie van de vulhoogte. De vulhoogte wordt meestal uitgedrukt in een percentage ten opzichte van gehele vulling als volgt: v u lh o o g te =

1 − co s α x 100% 2

(4.23)

37

riolering


- ct3420

In figuur 4.8 is het verloop van het debiet en de stroomsnelheid als functie van de vulhoogte weergegeven voor een ronde leiding. Hierin zijn:

Figuur 4.6 - Gedeeltelijk gevulde leiding

Formule (4.12) kan als volgt worden geschreven: Q = A g C R

H d yn L

= A gv

v = snelheid in de leiding

(4.24) m/s

Uitgaande van permanente stroming is Hdyn/L = Ib. Ib is het bodemverhang van de buis. Dit houdt in dat bij het ontwerpen van het stelsel er van wordt uitgegaan dat de buis zodanig wordt gelegd dat de bodemhelling evenwijdig is met de verhanglijn die behoort bij het ontwerp debiet, zie figuur 4.7. De maximale snelheid in de leiding treedt op als R maximaal is: dR = 0 o f tg( 2α ) = 2α dα

(4.25)

Uit formule (4.14) volgt dat C een maximum vertoont voor R = R max. Hieruit volgt dat het maximale debiet voorkomt zodra een vulling optreedt waarbij tg(2α) = 2α. Het betreft een theoretisch maximum. Uit proeven [Camp, 1946] is gebleken dat het maximum minder duidelijk optreedt dan uit het bovenstaande blijkt. Dit is te wijten aan een toename van de stromingsweerstand zodra de buis bijna is gevuld en doordat de wrijving tussen water en lucht naar verhouding toeneemt.

Figuur 4.7 - Permanente stroming in een gedeeltelijk gevulde leiding

38

H = waterdiepte m D = buisdiameter m v = stroomsnelheid in gedeeltelijk gevulde buis m/s Q = debiet in gedeeltelijk gevulde buis m3/s vvol = stroomsnelheid in volledig gevulde buis m/s Qvol = debiet in volledig gevulde buis m3/s Voor berekeningen die geen grote nauwkeurigheid verlangen kan worden uitgegaan van het volgende verband tussen vulhoogte en diameter enerzijds en de verhouding tussen snelheid en de snelheid bij volle vulling: vg 4 h h v = 3 D v o o r D ≤ 0, 75 v en :

vg vv

= 1 v o o r 0, 75 <

(4.26)

h ≤1 D

Hierin is: vv = snelheid bij gehele vulling vg = snelheid bij gedeeltelijke vulling h = waterstand in de leiding ten opzichte van de bodem D = (inwendige) diameter van de leiding

m/s m/s m m

Van bovenstaande formule mag slechts gebruik worden gemaakt als, ondanks alle betrachtte

Figuur 4.8 - Snelheid en debiet in gedeeltelijk ge vulde buis


- ct3420

riolering

zorgvuldigheid, de belasting van de leiding niet nauwkeurig vast staat en/of de ruwheid van de leiding slechts bij benadering kan worden geschat. Dit laatste is dikwijls het geval bij oude reeds gelegde riolen. 4.3.6 Uitstroomverliezen Bij uitmonding van een riool onder water treedt het volgende weerstandsverlies op: Q H u = ξu 2g A 2 2

ξu = verliescoëfficiënt

(4.27) -

De waarde van ξu bedraagt maximaal 1. In rioleringsberekeningen wordt meestal de maximale waarde gekozen. 4.3.7 Weerstand in putten Het weerstandsverlies in putten is onder meer afhankelijk van de hoogte van de waterstand in de put. In figuur 4.9 is het verloop van de weerstandscoëfficiënt, kp, gegeven als functie van de verhouding tussen vulhoogte en de diameter van het riool [Pedersen en Mark, 1990]. Uit de figuur valt op te maken dat de weerstandscoëfficiënt bovendien sterk afhankelijk is van de vorm van de bodem van de put.

Voorbeeld 1: Stel dat de lengte en diameter van alle leidingen gelijk is en bovendien het debiet geen veranderingen ondergaat. In dit geval is het verval over de leiding gelijk aan: L  Q2  H v = n  k p + λ D  2g A 2  

(4.30)

Stel nu D = 0,3 m, L = 50 m, λ = 0,0344 en kp = 0,9 dan volgt: L   k p + λ D  = (0, 9 + 0, 0344 x 50 + 0, 3) = (4.31)   (0, 9 + 5, 73) = 6, 63 De waarde van λ komt overeen met een wandruwheid van de buis van 2 mm. De equiva lente waarde van de weerstandscoëfficiënt, λ´, is: λ ' =  D k + λ  L p   

(4.32)

In dit geval wordt λ´ gelijk aan 0,0398. Dit komt overeen met een equivalente wandruwheid van ongeveer 3 mm. Uit voorgaande valt af te leiden dat naarmate de diameter groter is de invloed van de putweerstand in relatieve zin toeneemt. Hiermede wordt in de praktijk geen rekening gehouden. Ten behoeve van het ontwerp wordt slechts een gemiddelde voor het gehele stelsel geldende k-waarde aangehouden.

In Nederland is het gebruikelijk het ronde profiel tot aan halve hoogte in de put door te zetten. Uit metingen is gebleken dat bij volle belasting van de leiding (vulhoogte is groter dan 1 à 2 maal de diameter van de leiding) de waarde van kp tussen 0,7 en 0,9 is gelegen. Indien de bodem van de put wordt aangelegd met een verhoogde berm (zie figuur 4.9) daalt de kp-waarde tot ca 0,2. Het drukhoogte verlies over de put kan worden berekend met behulp van de volgende formule: H p = k p

Q2 2g A 2

(4.28)

Figuur 4.9 - Weerstandscoëfficient kp in putten

39

riolering

Voorbeeld 2: Stel dat het aantal leidingen (strengen) 5 bedraagt. Het debiet, Q, is 70,7 l/s. De snelheid is dan 1 m/s. Hv = 5*6,63*12/(2g) = 1,69 m. (Zie (4.30) en (4.31)) Hierbij moet nog worden opgeteld het uitstroomverlies. Dit is gelijk aan 12/(2g) = 0,05 m. Het totale verlies wordt nu: 1,69 + 0,05 = 1,74 m. Stel nu dat de leiding niet onder water uitmondt doch via een overstort het water op het oppervlaktewater loost. De lengte van de overstortrand is 1 m. Met behulp van formule (4.6) kan worden berekend dat de hoogte van de overstortende straal 0,12 m bedraagt. Het verlies over de gehele leiding wordt nu 1,69 + 0,12 = 1,82 m.

De voorgaande formule geldt strikt genomen slechts voor inspectieputten. Daar waar meer leidingen samenkomen gelden andere k-waarden. Zie [Hare en O’Loughlin, 1991]. De berekening is tijdrovend en levert in het algemeen een schijnnauwkeurigheid op. In de praktijk wordt, voor een put waar meer dan twee leidingen samenkomen, het weerstandsverlies berekend ten opzichte van het uitgaande debiet c.q. de uitgaande debieten. De maximale waarde van kp volgt uit de samentelling van in- en uitstroomverliezen. Dit betekent dat kp,max = 0,5 + 1,0 = 1,5. Uit het voorgaande kan worden op-gemaakt dat door de bodem van de put een in hydraulisch opzicht gunstige vorm te geven, de weerstandscoëfficiënt kan worden verlaagd tot 0,9 à 1,2. Het is veilig, vooral in die


- ct3420

gevallen (herberekeningen) waarbij de putvorm niet vaststaat, uit te gaan van kp = 0,9.

4.4

Berekening van de totale verliezen

Indien een leiding bestaat uit n+1 putten en daarmede n leidingen is het verval over de gehele leiding gelijk aan: n  Q2 Q n2  ∑ H v = k p ∑  1 2 +  + + 2g A n2  1  2g A 1 n  L Q2 L Q2  ∑1 λ1 D1 2g A1 2 +  + λ1 D1 2g An 2  1 1  1 n 

(4.29)

De eerste en de laatste put vormen bij benadering samen in hydraulisch opzicht slechts 1 put.

4.5

Literatuur

ATV Richtlinien für die Bemessung und Gestaltung von Regenentlastungen in Mischwasser kanälen, Arbeitsblad A 128, St. Augustin, Duitsland, 1983 American Society of Civil Engineers (ASCE) Design and construction of sanitary and storm sewers, ASCE-Manuals and Reports on Engineering Practice, nr 35, New York, 1969 Camp, T.R. Design of sewers to facilate flow, Sewage Works Journal, 18, 1, 3, January 1946 Pedersen, F.B. and O. Mark Head losses in storm sewer manholes, Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 116, No. 11, November 1990 Hare, C.M. and G.G. O’Loughlin An algorithm for pressure head change coefficients at stormwater manholes, In: New Technologies in Urban Drainage, Elsevier Science Publishers Ltd. 1991

Figuur 4.10 - Putprofielen

40


5.

- ct3420

Dimensionering rioolstelsels

De dimensionering van rioolstelsels geschiedt op basis van hydraulische berekeningen van het rioleringsnetwerk. In paragraaf 5.2 worden enkele gangbare methodes voor deze hydraulische berekeningen behandeld. De dimensionering van de afzonderlijke rioolbuizen geschiedt eveneens op basis van deze hydraulische berekeningen, aangevuld met de in paragraaf 5.1 behandelde randvoorwaarden. In paragraaf 5.3 wordt een voorbeeld gegeven van de dimensionering van een rioolstelsel.

5.1

Leidingdimensionering

Bij de leidingdimensionering spelen de volgende parameters een rol: - minimale diameter - minimale dekking - ontwerp vullingsgraad - minimale schuifspanning - maximale snelheid Minimale diameter Een minimale diameter voor riolen is noodzakelijk om de volgende redenen: - het gevaar op verstoppingen - het mogelijk maken van aansluitingen - reinigingsmogelijkheden Als minimale diameter wordt voor regenwaterriolen en gemengde riolen veelal 300 mm en voor vuilwaterriolen doorgaans 250 mm aangehouden. Minimale dekking Riolen moeten op een zodanige diepte worden gelegd dat de kans op bevriezing van het rioolwater of beschadiging door verkeersbelasting zo klein mogelijk is. In Nederland geldt een minimale dekking van 0,8 m, zie figuur 5.1. Ontwerp vullingsgraad De vullingsgraad wordt gedefinieerd als h/D, waarin h de waterstand in het riool is en D de diameter (Zie figuur 5.4). Bij het eerste ontwerp van gemengde en regenwaterriolen wordt uitgegaan

riolering

maaiveld dekking > 0,8m

Figuur 5.1 - Dekking op riolen

van een volledige vulling bij de ontwerpbelasting van 60 I/(s.ha). Bij het ontwerp van het vuilwater stelsel bij gescheiden riolering bedraagt de vullingsgraad 30 tot 50%. De werkelijke capaciteit van de riolen is bij volle vulling, uitgaande van een vullingsgraad van 50%, het dubbele van de ontwerpcapaciteit. Deze ruime marge wordt aangehouden om eventualiteiten het hoofd te kunnen bieden. Daarbij moet worden gedacht aan een aanvankelijk niet voorziene uitbreiding van de wijk die naar het stelsel afwatert en in het bijzonder het opvangen van regenwater dat als gevolg van een foute aansluiting op het vuilwater stelsel wordt geloosd. De aansluiting van verhard oppervlak op het vuilwater stelsel kan aanzienlijke problemen opleveren. De dwa komt namelijk overeen met ongeveer 0,2 mm/h. Een aantal keren per jaar komen regenintensiteiten voor van 20 mm/h. Hieruit volgt dat indien 0,2/20 is 1/100ste deel van het verharde oppervlak naar het vuilwater stelsel afwatert de volle capaciteit van het stelsel reeds is bereikt. Bij een groter deel dat naar de vuilwater riolering afwatert bestaat zelfs de kans dat het afvalwater via schrobputjes de woningen binnenstroomt of via de putdeksel op straat komt te staan. Een andere zeer belangrijke reden de vullingsgraad tussen 30 en 50% te kiezen, heeft te maken met het gegeven dat, onder condities waarbij het afvalwater zuurstofloos is geworden (anaërobie), de mogelijkheid ontstaat dat cementgebonden leiding materialen worden aangetast. De kans op aantasting neemt toe met de toename van de vullingsgraad. (Zie de handleiding bij het college CT5540 Inzameling en transport van afvalwater II).

41

riolering


Minimale schuifspanning De afvoer van neerslag is zowel voor een gemengd stelsel als voor het regenwater stelsel van een gescheiden stelsel maatgevend voor de afmetingen van de riolen en overige onderdelen van de stelsels. Het gemengde stelsel voert echter tevens het huishoudelijk en industrieel afvalwater af. De vulling van de riolen tijdens dwa zal aanzienlijk geringer zijn dan tijdens neerslag van enige omvang. De dimensioneringsgrondslag met het oog op het verwerken van neerslag bedraagt 60 I/(s.ha) of 21,6 mm/h. De dwa bedraagt echter slechts 0,2 a 0,3 mm/h. De snelheid in het riool moet bij dwa zodanig groot zijn dat vaste deeltjes die in het afvalwater worden aangetroffen met de stroom worden meegevoerd. In de Engelstalige literatuur wordt in dat geval gesproken van de ‘self cleaning velocity’, de zelfreinigende snelheid. Indien de snelheid in het riool 0,60 m/s bedraagt wordt in de Angelsaksische landen aangenomen dat bezinking niet optreedt. Uit het volgende zal blijken dat beter kan worden uitgegaan van de kritische wandschuifspanning. De wandschuifspanning is gelijk aan: τ = p g R / b Hierin zijn: τ = wandschuifspanning ρ = dichtheid van water g = versnelling van de zwaartekracht R = hydraulische straal Ib = bodemverhang

(5.1)

N/m2 kg/m3 m/s2 m -

v = C R Ib (5.2) waarin: v = gemiddelde snelheid m/s C = weerstandscoëfficiënt van Chézy m½/s wordt (5.1): τ = p g

v2 C2

(5.3)

Door Meyer-Peter en Müller is een formule ontwikkeld met behulp waarvan het transport van korrelig

42

materiaal in open waterlopen kan worden berekend. Uit recent onderzoek is bekend dat voor cirkelvormige riolen de formule aanpassing behoeft. Hier wordt volstaan met de oorspronkelijke formule van Meyer-Peter en Müller weer te geven. Dk

s 3 2

3

 µR Ib 2 = 13, 3  − 0, 047   ∆D k  g∆

Hierin is: s = zandtransport Dk = gemiddelde korrelgrootte ∆ = (ρk-ρw)/ρw ρk = soortelijke dichtheid korrel ρw = soortelijke dichtheid water µ = efficiencyfactor (ribbelfactor)

(5.4)

m3/(s.m) m kg/m3 kg/m3 -

De formule laat zien dat, afgezien van een constante factor het zandtransport afhankelijk is van RIb = wand-schuifspanning en niet van √lb :: v (zie (5.2)), de gemiddelde snelheid. Indien de ribbelfactor gelijk aan 0,5 wordt gesteld treedt transport van zand op zodra: R Ib =

0, 047 (∆D k ) 0, 5

(5.5)

Met ∆ = 1,65 en Dk = 0,5 mm volgt:

−3 R Ib >  0, 075 x 10

(5.6)

Bij geheel gevulde leidingen is R = D/4 zodat (5.6) overgaat in: −3 D Ib >  0, 3 x 10

Met:

- ct3420

(5.7)

Het is min of meer gebruikelijk in Nederland de riolen van het gemengde stelsel en het regenwaterstelsel van het gescheiden stelsel te leggen met een bodemverhang gelijk aan 1/(D*1000), D in m. Dit houdt in dat Dlb = 10-3 hetgeen inhoudt dat Dlb > 0,3 x 10-3. Hieruit kan worden geconcludeerd dat zand inclusief de daaraan hangende verontreinigingen, zodra het stelsel vol is belast, via het stelsel naar het gemaal zal worden afgevoerd. Anders is de situatie tijdens de dwa. Het debiet is dan ca


- ct3420

1/100ste van de maximale afvoer. De hydraulische straal is dan aanzienlijke kleiner. Berekeningen tonen aan dat tijdens dwa de situatie kritisch is. Het transport van zand, zeker waf de grovere deeltjes betreft, stagneert dan. Dit betekent dat afzettingen optreden. Een gevolg is dat de riolen op gezette tijden moeten worden gereinigd. Uit formule (5.4) kan worden afgeleid dat indien RIb constant wordt gehouden het zandtransport, ongeacht de diameter van de riolen, over het gehele netwerk min of meer constant is. Dit heeft tot gevolg dat de eventuele afzetting van vaste stoffen gelijkmatig over het stelsel plaats vindt. Dit is van voordeel met betrekking tot het reinigen van de stelsels en het verminderen van de vuiluitworp. Maximale snelheid De maximaal toegestane stroomsnelheid in riolen is afhankelijk van: - erosiegevoeligheid van het leidingmateriaal. Een grès-buis is nauwelijks gevoelig voor erosie, terwijl een betonnen buis niet erodeert zolang de stroomsnelheid lager ligt dan 12 m/s voor zuiver water of 3 m/s voor water dat zand of vaste deeltjes bevat. - duur van de belasting. Een vuilwaterriool wordt vrijwel continu belast, waardoor de toegestane stroomsnelheid wordt beperkt tot 4 m/s. Een regenwaterriool heeft te maken met kortdurende piekbelastingen, waarbij tijdelijk hoge stroomsnelheden toegestaan kunnen worden. - rekencapaciteit. Voor de intrede van geavanceerde computerprogramma’s konden sommige processen, zoals het afwisselend sub- en superkritisch worden van de stroming in de buizen, moeilijk in rekening worden gebracht. Door de aanleg van valputten werd deze moeilijkheid veelal omzeild.

5.2

riolering

structuur hebben, zoals is weergegeven in figuur 5.2. Natuurlijke waterlopen maken, vrijwel zonder uitzondering, deel uit van een vertakt netwerk: kleine beken voegen zich samen tot een grotere beek die vervolgens uitmondt in een rivier. Deze rivier vloeit vervolgens samen met andere tot uiteindelijk een machtige stroom ontstaat die zijn weg vervolgt om uiteindelijk zijn water toe te voegen aan de oceanen. De stromingsrichting binnen een vertakt netwerk ligt bij voorbaat vast, hetgeen de hydraulische berekening aanzienlijk vergemakkelijkt. In paragraaf 5.2.2 wordt de berekening van vertakte netwerken behandeld. Bij een vermaasd netwerk is het op voorhand niet mogelijk vast te stellen, zodra het netwerk wordt belast, welke richting de stroom zal kiezen binnen een maas. Met behulp van de in paragraaf 4.1 vermelde continuïteits- en bewegingsvergelijkingen (4.1) en (4.2) is het mogelijk de stromingsrichting en de debieten eenduidig vast te stellen. Het aantal op te lassen vergelijkingen is echter zeer groot en de benodigde rekentijd (tot op heden) onoverkomelijk groot. De rioolstelsels in het vlakke Nederland zijn overwegend van het vermaasde type. Met betrekking tot het berekenen van rioolstelsels is het daarom niet verwonderlijk dat in ons land een geheel eigen methode is ontwikkeld. In paragraaf 5.2.3 wordt de Nederlandse methode toegelicht.

Dimensionering van netwerken

5.2.1 Types netwerken Voor de hydraulische berekening van rioolstelsels is de structuur van het netwerk van groot belang. Het netwerk kan een vertakte of een vermaasde

Figuur 5.2 - Vertakte en vermaasde structuur

43

riolering

5.2.2 Dimensionering van vertakte netwerken Bij vertakte netwerken staat de stromingsrichting vast. De algemene berekeningswijze verloopt als volgt: - bepaal de plaats waar het stelsel op het oppervlaktewater loost, zie figuur 5.3; - bepaal het naar de riolering afwaterende verharde oppervlak door dit van tekeningen af te leiden of op te meten; - bepaal de maatgevende (neerslag)belasting. Bij de hierna te bespreken Rationele Methode geschiedt dit aan de hand van regenduurintensiteit lijnen. (Zie paragraaf 4.2.3) In ons land wordt meestal uitgegaan van een constante neerslagintensiteit van 60 I/(s.ha) of, in hellende gebieden, van 90 I/(s.ha); - bepaal de afvoer naar de strengen. Het debiet dat door de meest benedenstroomse leiding stroomt is gelijk aan de som van alle debieten in de strengen; - schat de diameters van de leidingen. Hierbij wordt uitgegaan van een stroomsnelheid van 1 m/s in alle leidingen, een k-waarde van 1 mm en het geheel gevuld zijn van de leidingen; - bepaal het verval, hetgeen in dit geval gelijk is aan het weerstandsverlies over de leiding. Het verval kan worden berekend met behulp van formule (4.13) of (4.15). Uitgaande van een bepaalde drukhoogte in punt A kan met het berekende verval over leiding 1 de drukhoogte in punt B worden bepaald (figuur 5.3). Het verval over de leiding 2 zowel als 3 kan vervolgens worden berekend door uit te gaan


- ct3420

van de som van de debieten die naar streng 2 respectievelijk 3 afwateren. Vervolgens worden deze vervallen opgeteld bij het verval over leiding 1. De procedure kan worden vervolgd totdat is vastgesteld welke drukhoogten optreden in alle knopen van het net; - toets of de drukhoogtes voldoen aan de eisen. Indien de waterstand binnen de leiding is gelegen of wanneer deze boven straat is gelegen dienen de diameters van de leidingen te worden aangepast en de berekening te worden herhaald. In ons land wordt aangenomen dat het stelsel voldoet indien nergens de drukhoogten boven maaiveld c.q. straatpeil uitstijgen, zie figuur 5.1. In de meeste ons omringende landen worden de binnenonderkanten van de leidingen evenwijdig aan het hydraulisch verhang gelegd. De verhanglijn ligt daarbij juist boven de bovenkant van de leiding. In feite betekent dit de introductie van een bepaalde veiligheid tegen water op straat die volgens de Nederlandse aanpak niet aanwezig is. Het verschil in veiligheid is echter niet groot. 5.2.3 Dimensionering van vermaasde netwerken 5.2.3.1 Algemeen Zoals in paragraaf 5.2.2 is uiteengezet kunnen bij vertakte netten de benodigde diameters worden geschat met behulp van de rationele methode of uitgaande van een continue belasting van het stelsel met 60 I/(s.ha). Bij vermaasde netten is het schatten van de benodigde diameters lastiger. Een tweetal gevallen zijn te onderscheiden:

Figuur 5.3 - Netwerk

44

Geval 1: Zwak vermaasd netwerk Indien het vermaasde netwerk slechts enkele mazen kent kan het probleem worden omzeild door -in gedachten- de mazen door te knippen zodat een vertakt netwerk ontstaat. De debieten worden vervolgens geschat, in de Nederlandse praktijk meestal 60 I/s/ha. Vervolgens worden de diameters bepaald, waarbij rekening gehouden wordt met de beschikbare vervallen. Bij het doorrekenen


- ct3420

van het stelsel zal nu blijken dat op de plaatsen waar de mazen zijn doorgeknipt de drukhoogten ter weerszijden van de snede niet gelijk zijn. Door i op geschikte wijze diameters te wijzigen kan er voor worden gezorgd dat de drukhoogten ter weerszijden van elke snede nagenoeg gelijk aan elkaar worden. Er zijn computerprogramma’s in omloop die behulpzaam kunnen zijn bij het vereffenen van de drukhoogten. Geval 2: Sterk vermaasd netwerk Is sprake van een sterk vermaasd netwerk dan kan de hierboven geschetste procedure niet worden gevolgd. De rationele methode laat het geheel afweten doordat de relatie tussen in rekening te brengen regenintensiteit en plaats in het netwerk niet meer eenduidig vaststaat. Vanzelfsprekend is het mogelijk de optredende debieten en drukhoogten op willekeurige plaatsen in het net te berekenen uitgaande van de vergelijkingen van de Barre de Saint-Venant. De kosten van een dergelijke aanpak zijn echter hoog. Nog afgezien daarvan bestaat nog steeds het probleem van de schatting van de diameters. Dit is voorbehouden aan ontwerpers, die in staat zijn op basis van jarenlange ervaring een goede schatting te maken van de benodigde diameters. Bij sterk vermaasde netwerken kan ook de methode Cross gebruikt worden. Cross heeft een methode ontwikkeld waarmee de verdeling van de debieten over de mazen van een rioolstelsel kan worden berekend. De methode maakt gebruik van een iteratieve berekening om maas voor maas de debietsverdeling te bepalen. Uitgangspunt bij de berekening is een permanente belasting van het rioolstelsel. In paragraaf 5.2.3.2 zal deze methode worden toegelicht. De Nederlandse ontwerpers hebben een geheel eigen weg gevolgd. Zij kwamen tot het inzicht dat indien een vertakt of zwak vermaasd stelsel werd ontwerpen uitgaande van de rationele methode en regenintensiteiten met een herhalingstijd van 2 jaar (T =2 jaar), de afmetingen van de riolen in het algemeen weinig verschilden van die, die werden gevonden indien het net ontworpen werd uitgaande van een continue belasting van 60 I/(s.

riolering

ha). Dit inzicht leidde er toe dat methodes werden ontwikkeld waarmede ook zeer sterk vermaasde netwerken gedetailleerd op hun hydraulisch gedrag konden worden geanalyseerd. Dit geldt voor zowel ontworpen als bestaande stelsels. Een probleem bij elke methode is de validatie. M.a.w. of kan worden vastgesteld in hoeverre de uitkomsten van de berekeningen een beeld geven van de werkelijke capaciteit van de stelsels. Een stelsel ontwerpen uitgaande van een continue belasting van 60 I/s/ha betekent een grove vereenvoudiging van de werkelijkheid. Een vergelijking tussen berekeningen en werkelijkheid kan uitgevoerd worden m.b.v. permanente stromingsprogramma’s. Indien controleberekeningen aangegeven dat een stelsel op bepaalde punten de watertoevoer niet kan verwerken blijken dit in overwegende mate ook de punten te zijn waarop in de werkelijkheid problemen ontstaan. Deze (gedeeltelijke) overeenstemming tussen berekening en werkelijkheid maken de stromingsprogramma’s tot uitstekende hulpmiddelen bij de beoordeling van de hydraulische werking van rioolstelsels. 5.2.3.2 Methode Cross Door Cross is een methode ontwikkeld waarmee de verdeling van de debieten over de mazen van een rioolstelsel kan worden berekend. Uitgangspunt hierbij is een permanent belast stelsel. Cross heeft zijn methode indertijd ontwikkeld voor de berekening van gesloten netten waardoor water stroomde. Later werd door Hardy ontdekt dat de methode ook kan worden toegepast bij raamwerk constructies (Staal- en betonskeletten). De methode Cross is een vereffeningsmethode, d.w.z. de verdeling van de debieten over de verschillende mazen wordt op iteratieve wijze maas voor maas bepaald. Daarbij kunnen twee procedures worden gevolgd: - vereffening over de strengen; - vereffening over de knopen. De eerste methode heeft zowel voor- als nadelen vergeleken met de tweede methode:

45

riolering

- een voordeel van vereffening over de knopen is het overzichtelijke rekenschema dat bij deze vereffeningsmethode wordt gebruikt. - een ander voordeel dat de iteraties sneller tot het gewenste resultaat leiden. - een nadeel van vereffening over de knopen is dat het minder eenvoudig is hydraulische discontinuïteiten (gemalen, valputten, overstorten) in de rekenprocedure te verwerken. Vereffening over strengen De methode van ‘vereffening over de strengen’ verloopt via de volgende stappen: 1. De belasting op de knopen wordt gevonden door het verharde oppervlak dat naar elke streng afwatert te vermenigvuldigen met de berekeningsregenintensiteit (bijv. 60 I/(s.ha)). 2. Vervolgens worden de debieten gelijkelijk verdeeld over de knopen tussen de strengen. Bij de eerste iteratiestap wordt daarna de verdeling van de debieten over de strengen aangenomen. Hoe de verdeling wordt aangenomen doet er niet toe. 3. Het is raadzaam een, op het oog, logische verdeling aan te nemen. 4. De diameters van de riolen moeten vervolgens worden geschat. Zowel de verdeling van de debieten over de strengen als de aanname van de diameter van de riolen vergt enige ervaring ten einde het rekenwerk te beperken. 5. Een voorwaarde is dat, rondgaande over de maas, de som van de vervallen over de strengen nul moet zijn. Daarbij geldt de afspraak dat indien het verhang bij het doorlopen van de maas stijgend is het verval positief is doch zodra het verhang dalend is, het verval negatief is. In formule vorm: n H d yn, j = 0 ∑ (5.8) j =1 n = aantal beschouwde strengen Voor de berekening kan vergelijking (4.13) als volgt worden geschreven:     (5.9) 4L j 2   H d yn, j = a j x Q j a j = 2  π    D j C 2j  D 2j   4   

46


- ct3420

Uitgaande van de aangenomen verdeling van de debieten over de strengen wordt dan gevonden:

∑H

n

j =1

d yn, j

=

(5.10)

a 1 Q 1 Q 1 + a 2 Q 2 Q 2 + a n Q n Q n 6. Als de som van de stijghoogtes (vervallen) rand een maas ongelijk aan 0 blijkt te zijn, n ∑ H d yn, j ≠ 0 (5.11) j =1

moeten de debieten gecorrigeerd worden met ∆Q. Bovenstaande formule wordt daarmee:

a 1 Q 1 + ∆Q (Q 1 + ∆Q ) +  +a n Q n + ∆Q (Q n + ∆Q ) = 0

Een eerste orde benadering van ∆Q is:

(5.12)

n

aj Qj Qj ∑ j =1 ∆Q = − n 2∑ a j Q j

(5.13)

j =1

Tekenafspraak: de debieten zijn positief indien de stroming rechtsom, negatief indien deze linksom is. 7. De laatste twee stappen worden herhaald, totdat de som van de stijghoogtes rondom de maas klein genoeg (bijna nul) zijn. Voorbeeld In figuur 5.4(A) is een gedeelte van een rioolstelsel weergegeven. De getekende maas bestaat uit 4 strengen. In tabel 5.1 zijn de ontwerpgegevens opgenomen die nodig zijn voor de berekening van de debieten in de strengen m.b.v. de vereffeningsprocedure over de strengen. De verschillende stappen van deze procedure staan in de volgorde waarin ze worden uitgevoerd in figuur 5.4 (A t/m F). De belasting op de knopen is gelijk aan het verharde oppervlak dat naar elke streng afwatert maal de berekeningsregenintensiteit, 60 I/(s.ha). Uit de belasting op de knopen kan een eerste schatting worden gemaakt van de debieten in de strengen (figuur 5.4 (C)). Vervolgens wordt per streng de


- ct3420

benodigde diameter bepaald (figuur 5.4 (D)). Om de diameter direct juist te schatten, is enige ontwerpervaring nodig.

riolering

Nu zijn alle gegevens beschikbaar die noodzakelijk zijn voor een iteratieve berekening van de debieten per streng. In onderstaande tabellen is de

Figuur 5.4 - Voorbeeld methode Cross

47

riolering

Tabel 5.1 - Streng


Ontwerpgegevens

Tabel 5.2 -

L (m)

Iontwerp (l/s/ha)

K (mm)

Fv (ha)

1

400

60

2

0,85

Iteratie

2

500

60

2

0,67

Streng

3 4

400 500

60 60

2 2

1

2

1,17

1

27,501

-2,452

1,00

2

72,50

3

127,501

Ondanks het feit dat de aanvankelijke verdeling van de debieten over de strengen “ongelukkig” is gekozen is de ΣHdyn na 3 iteraties reeds van +5,561 m tot -0,002 m gereduceerd. Stel de drukhoogte in knooppunt A (zie figuur 5.4 (F)) op 0 m, dan volgt uit kolom 4 van de tweede bovenstaande tabel dat de drukhoogtes in de knooppunten B, C en D +0,68 m, + 1,09 m en +0,68 m zijn. Stel dat de buitenwaterstand op dezelfde hoogte is gelegen als de binnenbovenkant van de riolen die in knooppunt A samenkomen. Het waterpeil is NAP 0,00 m. Dit betekent dat het maaiveld ter plaatse van knooppunt C hoger moet zijn gelegen dan NAP + 1,09m, zo niet dan kan water op straat optreden. In dat geval moeten de diameters van een of meerdere riolen vergroot worden en moet de berekening herhaald worden. Het behandelde voorbeeld betreft slechts de vereffening van de debieten over een maas. Een rioleringsnetwerk bestaat echter meestal uit vele mazen. In dergelijke situaties wordt de vereffening gestart met die mazen welke het geringste aantal strengen met naastliggende mazen gemeenschappelijk hebben. Bij de vereffening over de naastliggende mazen wordt rekening gehouden met de uitkomsten van de reeds vereffende mazen. Het aantal benodigde iteraties neemt toe met het aantal mazen dat moet worden doorgerekend. Echter, zelfs bij zeer grote aantallen mazen, blijft het noodzakelijke aantal iteraties binnen de perken. Met behulp van de methode Cross kan op efficiënte wijze de debietsverdeling over mazen worden berekend. Door de tabellarische wijze

48

Verdeling van debieten over strengen (iteraties) 0

berekening weergegeven van de vereffening van de debieten over de strengen uitgaande van de in figuur 5.4 en tabel 5.1 vermelde gegevens.

1 2

- ct3420

3

4

-20,17

-18,31

-18,29

42,55

24,63

26,69

26,71

97,55

79,83

81,69

81,71

4

-27,50

1

-57,45

-75,17

-73,31

-73,29

∆Q (l/s)

-29,25

-17,72

1,86

0,02

0

Q (l/s 1

aangenomen debieten over de strengen -2,45 = 27,50 + ∆Q = 27,5 + (-29,95), etc

van werken leent de methode zich uitstekend voor computertoepassingen. Vereffening over de knopen Naast vereffening over de streng en bestaat de mogelijkheid om de verdeling van de debieten te berekenen door te vereffenen over de knopen. In dit geval worden de waterstanden (drukhoogten) in de knopen aangenomen. Deze aanpak had (aanvankelijk) voorstanders vanwege het gegeven dat bij rioleringsontwerpen maaiveldhoogten zijn gegeven. 1. De waterstanden in de knopen worden zodanig gekozen dat deze ca 0,30 m beneden maaiveld zijn gelegen. 2. Nu moet aan de volgende voorwaarde worden voldaan: m ∑ Q j = 0 (5.14) j =1

of,

Hierin is:

±

H1 H2 Hm ± +± + Qi ≠ 0 a1 a2 am

Tabel 5.3 - Iteratie

(5.15)

Stijghoogteverschil per stren (iteraties) 0

1

Streng

2

3

4

∆Q = a|Q| (mm)

1

936

-7

-503

-415

-414

2

3075

1059

361

417

418

3

1646

964

646

676

676

4

-96

-418

-715

-680

-680

5561

1598

-211

-2

0

Som


Tabel 5.4 - Iteratie

- ct3420

riolering

Tussenwaarde a|Q| in vereffeningsprocedure 0

1

Streng

2

3

4

a|Q| (s/m ) 2

1

34,03

3,04

24,96

22,65

22,63

2

42,41

24,89

14,52

15,61

15,63

3

12,91

9,88

8,09

8,27

8,28

4

3,48

7,27

9,52

9,28

9,27

Som

92,83

45,08

57,09

55,72

55,81

H = in eerste instantie aangenomen verval over aangesloten leidingen m Qi = externe (in- of uitstromende) debiet m3/s de i = i knoop ( 2 < i < n) n = totale aantal knopen m = aantal op de knoop aangesloten strengen (m = 2). -

tieknoop blijkt daar de waterstand boven of beneden het referentieniveau te zijn beland. De nieuwe drukhoogten in de maas worden vervolgens berekend door het gevonden verschil naar rata van de afstand tot de referentieknoop aan de oorspronkelijke drukhoogten toe te voegen. 5. De berekening wordt zo lang herhaald tot het verschil in de referentieknoop beneden een bepaalde waarde is gedaald. Een en ander houdt in dat vergeleken met de vereffening over strengen, per vereffeningsgang, een tabel extra moet worden aangemaakt. De vereffening over de knopen heeft de reeds eerder genoemde voordelen, maar is dus bewerkelijker dan de vereffening over strengen.

Tekenafspraak: Naar de knoop toestromende debieten zijn positief, uitstromende debieten negatief. Hiermee moet rekening worden gehouden bij het opstellen van de bovenstaande en de volgende vergelijking. In alle gevallen heeft Hdyn,j een positieve waarde. De wortelvorm is positief zodra, vanuit de knoop bezien, de druklijn stijgend is en negatief zodra deze dalend is. 3. De drukhoogte in de knoop, bij handhaving van de drukhoogten in de naast gelegen knopen, wordt zodanig aangepast dat aan de voorwaarde ΣQ = 0 wordt voldaan. Stel de correctie van de drukhoogten gelijk aan H. Voor elke knoop moet de waarde van ∆H worden berekend. H + ∆H H m + ∆H +± + Qi ≠ 0 ± 1 (5.16) a1 am

5.3

Eerste orde benadering van ∆H is: m  Hj ± + Q  ∑ a i  j =1  j ∆H i = −2 m 1 ± ∑ a j =1 jH j

- het afvoerende verharde oppervlak naar de knopen (ha) - het afvoerende verharde oppervlak naar de strengen (m2/m) - de hoogteligging van het terrein (t.o.v. NAP) - de lengtes van de strengen (zie tabel 5.5) (m) - peil ontvangend oppervlaktewater (t.o.v. NAP)

(5.17)

4. Vervolgens wordt een van de knopen als referentie gekozen, meestal de knoop met de laagste drukhoogte. De drukhoogten in de knopen worden daarna, de maas volgend, met ∆H gecorrigeerd. Aangekomen bij de referen-

Voorbeeld dimensionering riolering

In deze paragraaf wordt een voorbeeld gegeven van de dimensionering van een relatief eenvoudig rioolstelsel. Het betreft een gemengd en tevens vermaasd stelsel in een hellend gebied. Het resultaat van de dimensionering is afhankelijk van de uitgangspunten, zoals de in rekening te brengen regenintensiteit, de ligging van de druklijn en de k-waarde. Naast een dimensionering op basis van veel voorkomende uitgangspunten zal in deze paragraaf de invloed van de keuze van de verschillende parameters worden beschreven. 5.3.1. Basisgegevens In figuur 5.5 is de layout van het te dimensioneren rioolstelsel weergegeven. Daarnaast zijn bekend:

49

riolering


- ct3420

de lengtes van de strengen. Per streng wordt de helft van het afvoerende oppervlak naar het bovenstroomse knooppunt en de helft naar het benedenstroomse knooppunt toegerekend. Deze waarde wordt opgeteld bij het (gegeven) afvoerende verharde oppervlak per knooppunt. Het totale verhard oppervlak per knooppunt is weergegeven in tabel 5.5.

Figuur 5.5 - Layout stelsel

5.3.2 Basisontwerp Aan de hand van bovenstaande gegevens is het mogelijk om het verhard oppervlak per knoop te bepalen. Na vermenigvuldiging met de ontwerpregenintensiteit volgen de debieten door de leidingen. Op basis van deze debieten zijn de afmetingen van de leidingen geschat. Bepaling verhard oppervlak per knoop Het verhard oppervlak per knoop kan bepaald worden door het afvoerende verharde oppervlak per strenglengte (m2/m) te vermenigvuldigen met Tabel 5.5 - knoop

Schatting debieten Aangezien het rioolstelsel bestaat uit een vermaasd netwerk kunnen de debieten niet rechtstreeks worden afgeleid uit het verhard oppervlak per knoop en de neerslagintensiteit, Om de debieten per streng te kunnen bepalen is een aanname van de stroomrichting over de maas noodzakelijk. In eerste instantie is de stroomrichting aangenomen zoals in figuur 5.6 is weergegeven. In tabel 5.6 en in figuur 5.7 zijn de geschatte debieten weergegeven. Schatting van diameters De diameters van de leidingen kunnen worden bepaald door uit te gaan van: - een stroomsnelheid in de leidingen van 1 m/s - het in tabel 5.6 weergegeven debiet per streng

Verhard oppervlak per knoop streng

lengte (m)

afwaterend oppervlak (m2/m1)

O

verhard oppervlak (ha) 2,5

A

2,5 0,35

AB

100

70

0,7

B

0,35

F

0,26 NF

130

40

0,52

N

2

2,26

M

1

1,2

MG

80

50

0,4

G

0,2

J

1 JC

120

50

0,75 KC

150

60

K L LH H

1,3

0,6

C

50

totaal verhard oppervlak (ha)

110

50

0,9 4

4,45

3

3,275

0,56 0,275


- ct3420

riolering

Figuur 5.7 - Geschematiseerd netwerk

geschematiseerd als een afvoer op het benedenstroomse knooppunt van de betreffende streng. De benodigde gegevens voor de Cross-berekening zijn weergegeven in tabel 5.7.

Figuur 5.6 - Geschatte debieten

- volledig gevulde leidingen. Met behulp van formule (5.18) zijn vervolgens de in tabel 5.6 weergegeven diameters bepaald. Q v = (5.18) 1 2 πD 4 Het totale afwaterend oppervlakte naar de strengen en de knopen bedraagt 17,17 ha en het totaal af te voeren debiet 1.030,2 l/s.

De hydraulische weerstandscoëfficiënt C is bepaald met de aanname dat voor de wandruwheid geldt dat k = 1 mm. In tabel 5.8 is de Cross-berekening weergegeven. Bepaling definitieve diameters Om de definitieve diameters te kunnen bepalen wordt de volgende vuistregel gehanteerd: de druklijn mag nergens het maaiveld raken

Van geschatte naar berekende debieten De exacte verdeling van de debieten over de strengen kan bepaald worden met behulp van een Cross-berekening. Om de Cross-berekening mogelijk te maken wordt het netwerk geschematiseerd zodat een maas overblijft, zie figuur 5.8. De strengen FN, GM, HL, CK, CJ en OA worden Tabel 5.6 - streng

Het verval per streng kan worden bepaal met behulp van formule (5.19): H d yn =

4L Q 2 D C 2A 2

(5.19)

Geschatte diameters totaal afwaterend oppervlak (ha)

geschat debiet (m3/s)

oppervlakte (m2)

benodigde diameter (m)

geschatte diameter (m)

OA

2,5

0,15

0,15

0,44

0,5

BA

14,32

0,86

0,86

1,05

1,1

FB

5,245

0,34

0,34

0,66

0,7

NF

2,26

0,14

0,14

0,42

0,5

GF

3,175

0,19

0,19

0,49

0,5

HG

1,775

0,11

0,11

0,37

0,4

MG

1,2

0,07

0,07

0,30

0,3

CB

8,275

0,50

0,50

0,80

0,8

JC

1,3

0,08

0,08

0,32

0,4

KC

4,45

0,27

0,27

0,58

0,6

HC

1,775

0,11

0,11

0,37

0,4

LH

3,275

0,20

0,20

0,50

0,5

totaal

17,17

1,03

51

riolering

Tabel 5.7 -


- ct3420

Benodigde gegevens Crossberekening Streng

geschatte diameter (m)

FB

GF

HG

CB

HC

0,7

0,5

0,4

0,8

0,4

lengte (m)

253

163

110

100

43

doorsnede (m2)

0,38

0,20

0,13

0,50

0,13

R

0,175

0,125

0,1

0,2

0,1

Q (m3/s)

0,34

0,19

0,11

-0,50

-0,11

C

59,80

57,17

55,43

60,84

55,43

∑Hdyn

∆Q

Tabel 5.8 -

Cross-berekening geschematiseerde maas

Streng

FB

GF

HG

CB

HC

2,73

10,35

22,68

0,53

8,86

Q (m3/s)

0,34

0,19

0,11

-0,50

-0,11

Hdyn

0,32

0,38

0,26

-0,13

-0,10

|a*Q|

0,93

1,97

2,41

0,27

0,94

Q (m3/s)

0,28

0,14

0,05

-0,55

-0,16

Hdyn

0,22

0,19

0,06

-0,16

-0,23

|a*Q|

0,78

1,40

1,17

0,29

1,43

Q (m /s)

0,28

0,13

0,04

-0,56

-0,17

Hdyn

0,21

0,17

0,04

-0,17

-0,25

|a*Q|

0,76

1,32

0,99

0,30

1,50

a

3

Bij de bepaling van de verhanglijn geldt het oppervlaktewaterpeil als beginpunt. Het stelsel loost bij A op het oppervlaktewater via een onder de weg gelegen duiker ∅ 0,9 m met een lengte van 40 m. Het totale verval over de duiker volgt uit het dynamisch verval Hdyn (zie formule (5.19)) en het uittreeverlies Hu (zie formule (5.15)). Het totale verval bedraagt bij het ontwerpdebiet van 1.030,2 l/s 0,26 m (met k = 1 mm en ξu = 1).

Figuur 5.8 - Drukhoogte t.o.v. NAP bij geschatte diameters

52

0,73 -0,0551 0,08 -0,0079 0 -0,0002

In figuur 5.8 zijn de drukhoogtes t.o.v. NAP weergegeven voor de geschatte diameters uit tabeI 5.5. In figuur 5.9 is de druklijn weergegeven over de strengen AB-BC-CH en HL. In de figuur is te zien dat de druklijn nergens het maaiveld raakt en zelfs ver onder het maaiveld blijft. Dit betekent dat de geschatte diameters verkleind kunnen worden (kleinere diameter betekent een groter weerstandsverlies). In tabel 5.9 zijn de resultaten weergegeven van de berekening waarbij alle diameters met 1 handelsmaat zijn verkleind. Uit een vergelijking van de optredende drukhoogtes met de maaiveldhoogtes volgt dat op een aantal plaatsen water op straat optreedt en dus

Figuur 5.9 - Druklijn


Tabel 5.9 - streng

- ct3420

riolering

Druklijn bij verkleinde diameters debiet (m3/s)

diameter m

weerstandverlies m

punt

druklijk t.o.v. NAP

maaiveld t.o.v. NAP

OA

0,15

0,4

BA

0,86

1,0

0,83

A

-0,44

0,1

0,12

B

-0,32

FB

0,29

0,5

0,6

0,50

C

0,01

0,7

NF GF

0,14

0,4

0,46

F

0,18

0,7

0,14

0,4

0,62

G

0,80

1

HG MG

0,05

0,3

0,27

H

1,07

1

0,07

0,25

1,03

J

0,70

0,67

CB

0,55

0,7

0,33

K

0,69

1,5

JC

0,08

0,3

0,69

L

1,94

1,5

KC

0,27

0,5

0,68

M

1,83

1,5

HC

0,16

0,3

1,06

N

0,67

1,5

LH

0,20

0,4

0,87

O

0,39

0,1

een aantal strengen een te kleine diameter heeft gekregen. Om het verloop van de druklijn te veranderen wordt de diameter van de leiding met het grootste wrijvingsverlies vergroot. Vergroting van deze diameter heeft namelijk het meeste effect op het verloop van de druklijn. De streng tussen de knooppunten H en C geeft een relatief groot weerstandsverlies. Streng HC heeft in tabel 5.9 een afmeting van 0,3 meter. Vergroten naar 0,35 meter zou eventueel een oplossing zijn, maar aangezien deze afmeting niet bestaat als handelsdiameter, betekent dit dat de diameter van streng HC 0,4 meter wordt. Daarnaast blijkt het noodzakelijk om de diameters van de stengen OA en JC met 1 handelsmaat te verhogen. Met deze nieuwe diameters is de verdeling van de debieten is opnieuw berekend (Cross- berekening). De resultaten van deze berekening zijn weergegeven in tabel 5.10. In figuur 5.10 is de druklijn getekend voor de nieuwe situatie over de strengen AB-BC-CH en HL. Uit tabel 5.10 volgt dat op geen van de punten de druklijn meer boven het maaiveld uitkomt. De druklijn blijft echter ook na aanpassing van de diameters ver onder het maaiveld, zie figuur 5.10. Bij het aanleggen van een rioolstelsel worden de kosten in zekere mate bepaald door de afmetingen van de riolen. Aangezien het verloop van de druklijn de definitieve afmetingen van de leidingen bepaalt, bepaalt het verloop van de druklijn dus indirect de kosten van aanleg van en rioolstelsel. Men zal

bij het ontwerpen naar een zo gunstige mogelijke ligging van de druklijn streven, met zo klein mogelijke diameters. Een andere wijze van ontwerpen (waaruit een andere ligging van de druklijn volgt) kan een goedkoper ontwerp geven. 5.3.3 Invloed uitgangspunten op afmetingen riolen In deze paragraaf wordt de invloed van een aantal uitgangspunten op de afmetingen van de riolen besproken. De beschouwde uitgangspunten zijn: - invloed van de k-waarde - invloed van de keuze van de ligging van de druklijn t.o.v. het maaiveld - invloed van de ontwerpintensiteit Invloed van de k-waarde In de eerste berekening is voor de k-waarde uitgegaan van een waarde van 1 mm. In veel gevallen blijkt de wandruwheid na verloop van tijd toe te nemen. In dit voorbeeld wordt het effect van een wandruwheid van 5 mm op de benodigde buisdiameter bepaald. Hierbij wordt uitgegaan van de aangepaste diameters uit tabeI 5.10. In tabel

Figuur 5.10 - Druklijn bij aangepaste diameters

53

riolering


- ct3420

Tabel 5.10 - Druklijn bij aangepaste diameters streng

debiet (m3/s)

diameter m

weerstandverlies m

punt

druklijk t.o.v. NAP

maaiveld t.o.v. NAP

OA

0,15

0,5

BA

0,86

1,0

0,26

A

-0,44

0,1

0,12

B

-0,32

FB

0,25

0,5

0,6

0,38

C

0,05

0,7

NF GF

0,14

0,4

0,49

F

0,06

0,7

0,10

0,4

0,32

G

0,38

1

HG MG

0,01

0,3

0,02

H

0,40

1

0,07

0,25

1,03

J

0,20

0,67

CB

0,59

0,7

0,37

K

0,73

1,5

JC

0,08

0,4

0,15

L

1,27

1,5

KC

0,27

0,5

0,68

M

1,41

1,5

HC

0,20

0,4

0,35

N

0,55

1,5

LH

0,20

0,4

0,87

O

-0,19

0,1

5.11 is het resultaat weergegeven van de berekening van de drukhoogtes met de aangepaste wandruwheid.

verloop van de stijghoogte met aangepaste diameters weergegeven. Invloed van de keuze van de ligging van de druklijn t.o.v. het maaiveld In de eerste berekening is als uitgangspunt genomen dat de druklijn nergens het maaiveld snijdt. Een andere wijze van ontwerpen is om bij het ontwerpen van een netwerk de ligging van de druklijn als uitgangspunt te nemen. Hierbij wordt uitgegaan van het volgende:

Uit tabel 5.11 volgt dat bij de berekening met een k-waarde van 5 mm de verdeling van de debieten over de strengen niet verandert. Wel blijkt het verval over de strengen toe te nemen, met als gevolg dat zowel bij L als bij M de druklijn boven het maaiveld ligt en aanpassing van een aantal leidingdiameters noodzakelijk blijkt. In figuur 5.11 zijn de resultaten weergegeven van de Cross-berekening met aangepaste diameters. Uit de figuur volgt dat de stroomrichting bij streng HG blijkt te zijn omgekeerd! In tabel 5.12 is vervolgens het

de druklijn loopt evenredig aan het verloop van het maaiveld

Tabel 5.11 - Druklijn bij k-waarde van 5 mm streng

debiet (m3/s)

diameter m

weerstandverlies m

punt

druklijk t.o.v. NAP

maaiveld t.o.v. NAP

OA

0,15

0,5

BA

0,86

1,0

0,42

A

-0,44

0,1

0,19

B

-0,32

0,5

FB

0,25

NF

0,14

0,6

0,62

C

0,35

0,7

0,4

0,82

F

0,37

GF

0,10

0,7

0,4

0,54

G

0,91

1

HG MG

0,01

0,3

0,03

H

0,94

1

0,07

0,25

1,79

J

0,60

0,67

CB

0,59

0,7

0,60

K

1,46

1,5

JC

0,08

0,4

0,25

L

2,40

1,5

KC

0,27

0,5

1,12

M

2,70

1,5

HC

0,20

0,4

0,59

N

1,19

1,5

LH

0,20

0,4

1,47

O

-0,02

0,1

54


- ct3420

riolering

Tabel 5.12 - Druklijn bij een k-waarde van 5 mm en aangepaste diameters streng

debiet (m3/s)

diameter m

weerstandverlies m

punt

druklijk t.o.v. NAP

maaiveld t.o.v. NAP

OA

0,15

0,5

BA

0,86

1,0

0,42

A

-0,44

0,1

0,19

B

-0,32

FB

0,28

0,5

0,6

0,52

C

0,39

0,7

NF GF

0,14

0,4

0,82

F

0,27

0,7

0,10

0,4

0,34

G

0,61

1

HG

0,01

0,3

0,01

H

0,62

1

MG

0,07

0,3

0,67

J

0,46

0,67

CB

0,61

0,7

0,64

K

0,81

1,5

JC

0,08

0,5

0,08

L

1,06

1,5

KC

0,27

0,6

0,42

M

1,28

1,5

HC

0,22

0,5

0,22

N

1,09

1,5

LH

0,20

0,5

0,44

O

-0,02

0,1

Dit houdt in dat het in de leiding optredende wrijvingsverhang gelijk moet zijn aan de helling van het terrein. Dit leidt voor een aantal strengen tot problemen, aangezien voor bijvoorbeeld streng HG de terreinhelling 0 is en voor bijvoorbeeld streng JC zelfs negatief, zie figuur 5.5. In die gevallen wordt uitgegaan van de diameters zoals deze zijn vermeld in tabel 5.10. Voor de strengen waarbij wel een terreinhelling aanwezig is, is de diameter bepaald met behulp van de volgende formule: H d yn =

4L Q 2 4 * 16L Q 2 ⇒ D5 = 2 2 DC A H d yn C 2 π2

(5.20)

De weerstandscoëfficiënt C volgt uit:  12R  C = 18 ⋅ lo g  k   

(5.21)

juiste diameter en daarmee de juiste R te bepalen. Als voorbeeld wordt hier streng AB gegeven: - debiet bedraagt 0,86 m3/s - beschikbaar verval 0,4 m - lengte 100 m - k = 1mm Stel: R = 0,25*0 = 0,25*0,6 = 0,15 m. Invullen in formule (5.33) levert D = 0,81. Nu kan de berekening herhaald worden met een aangepaste weerstandscoëfficiënt C. De benodigde diameter blijkt 0,8 m te bedragen. In tabel 5.13 zijn de aldus berekende diameters en de optredende drukhoogtes weergegeven en in figuur 5.12 het verloop van de druklijn over de strengen AB-BC-CH en HL.

Voor de wandruwheid k wordt een waarde van 1 mm aangenomen. De hydraulische straal R wordt gevonden door in eerste instantie per streng de diameter te schatten en vervolgens via iteratie de

Invloed van de ontwerpintensiteit in eerste instantie is het rioleringsnetwerk ontworpen op een constante afvoer van 60 I/s.ha. In Nederland wordt in veel gevallen voor hellende gebieden gedimensioneerd op een ontwerpneerslagintensiteit van 90 I/s.ha. In tabel 5.14 is het

Figuur 5.11 - Resultaten Cross-berekening bij k-waarde = 5 mm

Figuur 5.12 - Druklijn bij ontwerpintensiteit van 90 l/s.ha en aangepaste diameters

55

riolering


- ct3420

Tabel 5.13 - Diameters en stijghoogtes bij druklijn evenwijdig aan het maaiveld streng

debiet (m3/s)

diameter m

weerstandverlies m

punt

druklijk t.o.v. NAP

maaiveld t.o.v. NAP

OA

0,15

0,5

BA

0,86

0,8

0,25

A

-0,44

0,1

0,39

B

-0,05

FB

0,25

0,5

0,8

0,10

C

0,12

0,7

NF GF

0,14

0,4

0,49

F

0,05

0,7

0,12

0,5

0,16

G

0,21

1

HG

0,04

0,3

0,17

H

0,38

1

MG

0,07

0,3

0,39

J

0,27

0,67

CB

0,56

0,8

0,17

K

0,80

1,5

JC

0,08

0,4

0,15

L

0,65

1,5

KC

0,27

0,5

0,68

M

0,60

1,5

HC

0,17

0,4

0,26

N

0,54

1,5

LH

0,20

0,5

0,27

O

-0,19

0,1

effect op de optredende drukhoogtes weergegeven indien het stelsel uit tabel 5.10 wordt belast met 90 I/s.ha. Uit tabel 5.14 volgt dat op vrijwel alle plaatsen in het stelsel water op straat ontstaat en het zodoende noodzakelijk blijkt een groot aantal diameters aan te passen. In tabel 5.15 zijn de drukhoogtes weergegeven, zoals die volgen met de aangepaste diameters. In figuur 5.12*3 is de druklijn weergegeven over de strengen AB-BC-CH-HL.

verschillende parameters geldt dat aanpassing van een aantal diameters noodzakelijk is. De grootste aanpassingen zijn nodig indien wordt gerekend met een ontwerpintensiteit van 90 I/s.ha. Hieruit volgt dat de gekozen ontwerpintensiteit een grote invloed heeft op de benodigde afmetingen van riolen. 5.3.4 Invloed aanleg AWZl In dit voorbeeld werd tot nu toe het afvalwater rechtstreeks op het oppervlaktewater geloosd. Om de verontreiniging van het oppervlaktewater te beperken dient het afvalwater naar een AWZl gevoerd te worden. In punt P wordt daartoe een gemaal aangebracht, met een capaciteit van 4 DWA, van waaruit het afvalwater naar de AWZl

Overzicht invloed uitgangspunten op diameter riolering In tabel 5.16 is een overzicht gegeven van de benodigde diameters bij de verschillende uitgangspunten. Uit het overzicht blijkt dat voor elk van de Tabel 5.14 - Drukhoogte bij belasting van 90 l/s.ha streng

debiet (m3/s)

diameter m

weerstandverlies m

punt

druklijk t.o.v. NAP

maaiveld t.o.v. NAP

OA

0,23

0,5

BA

1,29

1,0

0,58

A

-0,12

0,1

0,27

B

-0,15

0,5

FB

0,37

NF

0,20

0,6

0,86

C

0,99

0,7

0,4

1,11

F

1,01

GF

0,15

0,7

0,4

0,73

G

1,74

1

HG MG

0,02

0,3

0,05

H

1,79

1

0,11

0,25

2,31

J

1,33

0,67

CB

0,88

0,7

0,84

K

2,52

1,5

JC

0,12

0,4

0,34

L

3,76

1,5

KC

0,40

0,5

1,53

M

4,05

1,5

HC

0,30

0,4

0,79

N

2,12

1,5

LH

0,29

0,4

1,97

O

0,45

0,1

56


- ct3420

riolering

Tabel 5.15 - Drukhoogtes bij belasting van 90 l/s.ha en aangepaste diameters streng

debiet (m3/s)

diameter m

weerstandverlies m

punt

druklijk t.o.v. NAP

maaiveld t.o.v. NAP

OA

0,23

0,6

BA

1,29

1,2

0,22

A

-0,12

0,1

0,11

B

-0,02

FB

0,44

0,8

0,5

0,27

C

0,17

0,7

NF

0,20

0,4

GF

0,22

0,6

1,11

F

0,25

0,7

0,19

G

0,44

1

HG

0,09

0,4

MG

0,11

0,3

0,19

H

0,63

1

0,88

J

0,51

0,67

CB

0,81

JC

0,12

0,9

0,19

K

0,76

1,5

0,4

0,34

L

1,24

1,5

KC HC

0,40

0,6

0,58

M

1,32

1,5

0,23

0,4

0,46

N

1,36

1,5

LH

0,29

0,5

0,61

O

0,10

0,1

Tabel 5.16 - Diameters (in m) bij verschillende uitgangspunten streng

oorspronkelijk

k-waarde = 0,005 m

druklijn evenwijdig aan oppervlak

ontwerpintentsiteit 90 l/s.ha

OA

0,5

0,5

0,5

0,6

BA

1,0

1,0

0,8

1,2

FB

0,6

0,6

0,8

0,8

NF

0,4

0,4

0,4

0,4

GF

0,4

0,4

0,5

0,6

HG

0,3

0,3

0,3

0,4

MG

0,25

0,3

0,3

0,3

CB

0,7

0,7

0,8

0,9

JC

0,4

0,5

0,4

0,4

KC

0,5

0,6

0,5

0,6

HC

0,4

0,5

0,4

0,4

LH

0,4

0,5

0,5

0,5

zal worden gepompt. Het transport van A naar P vindt plaats via een vrijverval transportleiding, zie figuur 5.13. In knooppunt A wordt de bestaande duiker vervangen door een overstort met een breedte B.

Bepaling diameter leiding AP Leiding AP wordt gedimensioneerd op een debiet van 4 DWA. Voor de bepaling van de droogweerafvoer kunnen verschillende vuistregels worden gebruikt. Hier wordt gebruik gemaakt van de volgende vuistregel: - afvoerend verhard oppervlak bedraagt 60 m2 per inwoner - Qdwa bedraagt 12 I/h per inwoner Het stelsel voert het water van 17,17 ha verhard oppervlak af. De droogweerafvoer wordt: 17,17 ⋅ 104 m 2 ⋅ 12 ⋅ 10−3 m 3 / h = 60m 2 34, 3m 3 / l

Q d w a =

Figuur 5.13 - Stelsel met overstort

(5.22)

Het ontwerpdebiet van leiding AP bedraagt 4 DWA = 4*34,3 m3/h /3600 = 0,039 m3/s. De benodigde

57

riolering


diameter van leiding AP is afhankelijk van het beschikbare verval. De stijghoogte bij P is gelijk aan het inslagpeil van de pomp en bedraagt NAP - 0,70 m. De stijghoogte bij A volgt uit de dimensionering van de overstort bij A. Dimensionering overstort De ontwerpbelasting van de overstort volgt uit: Q o v e rsto rt = Q to ta a l + Q p o c

(5.23)

Qtotaal bedraagt 1,03 m3/s*3.600 s/h = 3.709 m3/h Qpoc volgt uit: Q = Q pom p - Q dw a = poc 1 4 0 m 3 /l - 3 5 m 3 /h = 1 0 5 m 3 /h

(5.24)

Qoverstort bedraagt zodoende 3.709 - 105 = 3.604 m3/h ˜ 1 m3/s. Stel dat de breedte van de overstort 4 meter bedraagt, dan volgt de hoogte van de straal boven de overstort (H) uit: 2

2

3 3 H =  Q o v e rsto rt  =  1  = 0, 26m  mB  1, 83 * 4     

(5.25)

Als de breedte van de overstort verkleind wordt (bijvoorbeeld door ruimtegebrek) tot 0,25*8 (B=1 m), dan wordt H 0,67 m. In dit voorbeeld wordt een waarde van 0,26 m aangehouden. De overstortdrempel dient op 25 cm boven het oppervlaktewaterpeil te liggen om een vrije uitstroming te waarborgen. In dit geval komt de hoogte van de overstortdrempel zodoende te liggen op NAP -0,45 m. De stijghoogte boven de overstort in punt A komt hiermee op NAP -0,19 m te liggen, zie figuur 5.14. druklijn -0,19m H=0,26m

-0,45m

-0,70m oppervlaktewater

Figuur 5.14 - Stijghoogte punt A

58

- ct3420

Het beschikbare verval over leiding AP bedraagt 0,51 m (NAP -0,19m - NAP -0,70m). Indien wordt uitgegaan van een volledig gevulde buis, dan kan de diameter worden gevonden met behulp van formule (5.33). De benodigde diameter blijkt 0,30 m te bedragen. (Hdyn bedraagt in dat geval 0,34 m, bij een diameter van 0,25 m volgt een benodigd verval van 0,89 m.) Door de aanleg van de overstort bij A veranderen de drukhoogtes in het stelsel. Het wordt aan de lezer overgelaten om na te gaan of de drukhoogtes nergens boven het maaiveld uitkomen. (Dit blijkt zowel bij streng HL en streng MG op te treden. Het met 1 handelsmaat vergroten van de diameters bij deze strengen blijkt deze problemen op te lossen). 5.3.5 Ligging riolen De riolen dienen zodanig gelegd te worden dat in het riool de schuifspanning voldoende hoog is om de deeltjes uit het afvalwater mee te voeren. Om vast te kunnen stellen of dit gebeurt, wordt uitgegaan van de kritische wandschuifspanning. Deze kan worden berekend met behulp van de volgende formule: τ = p g R Ib met

(5.26)

v = C R Ib

(5.27)

wordt de kritische wandschuifspanning τ = p g

v2 C2

(5.28)

Als voorbeeld wordt de streng BF genomen. De diameter van deze leiding is 0,6 m. In Nederland is het minimale verval waaronder de leidingen worden gelegd: Imin = 1/D*1000 (met D in meters). Dit betekent dat het minimale bodemverhang Ib voor streng BF 1,667*10-3 bedraagt. Bij de ontwerpneerslag wordt 0,27 m3/s door de streng afgevoerd (zie tabel 5.11). Omgerekend betekent dit dat (bij i = 60 I/s.ha) ongeveer 4,5 ha naar de streng afwatert.


- ct3420

riolering

In droge periodes wordt alleen de dwa door de streng afgevoerd. De dwa bedraagt 0,2 mm/h (= 0,55 I/s.ha), hetgeen voor streng BF neerkomt op een dwa van 2,3 l/s. Om de kritische wandschuifspanning te kunnen berekenen dient eerst de hydraulische straal R te worden berekend. De diameter van streng BF bedraagt 0,6 m. De hydraulische straal bij dwa volgt uit: Q = v ⋅ A = C R Ib ⋅ A

(5.29)

De hydraulische straal is niet rechtstreeks uit deze formule te berekenen. Het bepalen van de grootte van de hydraulische straal komt naar op het iteratief berekenen van α uit figuur 5.15. In formule (5.29) zijn: D2 A = (α − sin α co s α ). g 4 12R A C = 18 lo g ' R = k αD

(5.30)

Het debiet Q en de diameter D zijn bekend. Door itereren dient nu de juiste waarde van α gevonden te worden. Na enig proberen volgt voor α = 29,7°. Hieruit volgt voor R = 0,025 m en voor de waterdiepte h = 0,039 m. De vullingsgraad van de buis bedraagt h/D*10-0% = 0,039/0,6*100% = 6,5%

De optredende kritische schuifspanning bij DWA wordt: τ = p ⋅ g ⋅ R ⋅ lb = 1000 ⋅ 9, 81`⋅0, 025 ⋅ 1, 67 ⋅ 10−3 = 0, 41N / m 2

(5.31)

Bij een geheel gevulde leiding is de kritische schuifspanning (met R = D/4 = 0,15 en I = Hdyn/L = 0,38/253): τ = p ⋅ g ⋅R ⋅l = 1000 ⋅ 9, 81 ⋅ 0,15 ⋅ 0, 0015 = 2, 21N / m 2

(5.32)

Bij deze waarde worden de zanddeeltjes in voldoende mate meegespoeld door het water. De kritische schuifspanning bij dwa is duidelijk te laag en doorspoeling van de riolen zal nodig zijn. Werkelijke ligging van de riolen In Nederland wordt voor de minimale dekking boven de riolen ongeveer 0,8 meter aangehouden. Bij deze diepte is voldoende dekking aanwezig om bevriezing van rioolwater te voorkomen en om de belasting door voertuigen voldoende te spreiden. De werkelijke ligging van de riolen is bepaald door bij knooppunt A te beginnen met een diepteligging van 0,9 m en vervolgens stroomopwaarts de riolen in eerste instantie evenwijdig aan het maaiveld te leggen. In figuur 5.16 is dit weergegeven voor de strengen AB, BC, CH en HL. Berekening overstortingsfrequentie Voor het bepalen van de overstortingsfrequentie is het noodzakelijk om de onderdrempelberging en de pompovercapaciteit te kennen. Onderdrempelberging Alleen dat deel van het riool dat gelegen is onder de overstortdrempel (NAP -0,45 m) draagt bij

Figuur 5.15 - Hydraulische straal R

Figuur 5.16 - Werkelijke ligging riolen

59

riolering


- ct3420

deze tank weer leeg in het rioolstelsel en wordt het water naar het gemaal afgevoerd. Voor een overstortingsfrequentie van 10 keer gemiddeld per jaar is (bij een afvoerend verhard oppervlakte van 17,17 ha) een onderdrempelberging van 7,8 mm nodig, hetgeen overeenkomt met een extra berging van 6,3 mm. Dit betekent een extra volume van:

Figuur 5.17 - Onderdrempelberging

aan de onderdrempelberging, d.w.z. slechts een deel van de totale inhoud van 363 m3 draagt bij aan de onderdrempelberging. Per streng dient zodoende te worden bepaald welk deel onder de overstortdrempel ligt. In figuur 5.17 is de onderdrempelberging ingetekend voor de strengen AB, BC, HC en HL. De totale onderdrempelberging van het stelsel bedraagt 251,7 m3.

V B= → 6, 3 = 10 ⋅ Fv

(5.35)

V → V = 1082 m 3 10 ⋅ 17,17 Het vergroten van de diameter van streng AB tot bijvoorbeeld 2 m levert een extra berging op van 314,2-78,5 = 235,7 m3 op. Dit geeft te weinig extra berging, het andere alternatief (een bak met bijv. afmetingen van 27*16*2,5 = 1080 m3) geeft een betere oplossing.

De onderdrempelberging in mm volgt uit: B =

V 251, 7 = = 1, 47 m m 10 ⋅ Fv 10 ⋅ 17,17

(5.33)

Pompovercapaciteit De pompovercapaciteit volgt uit: q p o c =

Q p − Q dw a 10Fv

=

105 = 0, 6 m m / h 10 ⋅ 17,17

(5.34)

overstortingsfrequentie Uit de Veldkampgrafiek volgt met een berging van 1,47 mm en een pompovercapaciteit van 0,6 mm/h een overstortingsfrequentie van ongeveer 80 keer per jaar. Deze frequentie is hoog. Een acceptabele overstortingsfrequentie is 5 à 10 keer gemiddeld per jaar. Om de frequentie te verkleinen zijn verschillende oplossingen mogelijk: - vergroten van de onderdrempelberging door vergroten van de diameter van een aantal leidingen - vergroten van de onderdrempelberging door het aanleggen van een bergtank. Deze tank vangt een deel van het water op dat anders zal overstorten. Na afloop van de bui stroomt

60

5.4

Dimensionering riolering van tunnels en onderdoorgangen

Tunnels en onderdoorgangen vormen een onderdeel binnen de riolering, dat bijzondere aandacht verdient. Waar bij andere onderdelen van het rioolstelsel wateroverlast in de vorm van ‘water op straat’ met een zekere kans van voorkomen wordt geaccepteerd, geldt bij tunnels en onderdoorgangen de eis dat het stelsel elke denkbare neerslag moet kunnen verwerken. Tunnels en onderdoorgangen dienen zodoende te worden voorzien van een ‘absolute riolering’. Dit kan over het algemeen worden bereikt door het stelsel te laten afwateren op een gemaal met een capaciteit van tenminste 240 I/(s.ha) (ofweI 86,4 mm/h) en voor het dimensioneren van de berging een herhalingstijd van 50 jaar aan te houden. Een zeer belangrijk aandachtspunt binnen het ontwerp is het zorgdragen voor een goede waterscheiding tussen de tunnel of onderdoorgang en de rest van het gebied. De oorzaak voor het onderlopen van tunnels ligt in de meeste gevallen in het (tijdelijk) ontbreken van een volledige waterscheiding. Het belang van een volledige waterscheiding wordt onderstreept in het onderstaande voorbeeld.


- ct3420

riolering

Figuur 5.18 - Voorbeeld tunnel

5.4.1 Voorbeeld In figuur 5.18 is schematisch een tunnel inclusief toe- en afritten weergegeven. Het totale in rekening te brengen verhard oppervlak beslaat in dit geval slechts de toe- en afritten, aangezien de bovenliggende spoorbaan een eigen afvoerstelsel heeft. De breedte van de tunnel bedraagt 15 m, zodat het in rekening te brengen verhard oppervlak 15 *160 = 2400 m2 = 0,24 ha bedraagt. Uit de regenduurlijn ( T = 50 jaar) van figuur 5.26 volgt dat de benodigde berging bij een gemaalcapaciteit van 240 I/(s.ha) 7 mm bedraagt, hetgeen overeenkomt met 16,8 m3.

plaatsen van de waterscheiding, zodanig dat het aangesloten verharde oppervlak toeneemt, heeft grote invloed op de toe name van het verschijnsel van w.o.s. Bij een halve ring van de gemaalcapaciteit tot 60 I/s.ha treedt het verschijnsel 9 maal in 25 jaar op. In tabel 5.18 is tevens weergegeven wat de frequentie van w.o.s. is bij een gemaalcapaciteit van 0,7 mm/h (de standaard poc bij een gemengd stelsel). Deze blijkt te liggen op gemiddeld 16 keer per jaar! Belangrijke parameters voor de daadwerkelijke wateroverlast zijn de duur van w.o.s. en de ontstane waterdiepte. Voor de tunnel uit figuur 5.25 zijn deze parameters weergegeven in tabel 5.18.

De invloed van de gemaalcapaciteit op het onderlopen van de tunnel kan worden afgeleid uit tabel 5.17. De waarden zijn berekend voor een berging van 7 mm op basis van een regen reeks van 25 jaar. Het is discutabel om op basis van deze tabel ontwerpgrondslagen te berekenen met een herhalingstijd van 50 jaar, zodat het onjuist is te stellen dat een gemaalcapaciteit van 150 I/(s. ha) voldoende is.

Uit de tabel volgt dat bij een gemaalcapaciteit van 90 I/(s.ha) nog een aanzienlijke wateroverlast kan optreden, die gedurende ruim een uur de verkeersveiligheid sterk beïnvloedt. Dit voorbeeld illustreert de noodzaak om de riolering en het tunnelgemaal te dimensioneren op een capaciteit van 240 I/s.ha. (Indien alle tunnels die bij de wateroverlast van september 1998 zijn ondergelopen waren voorzien van een dergelijk stelsel met een afdoende waterscheiding zou nergens een tunnel zijn ondergelopen. De capaciteit van ieder tunnelgemaal behoort immers aanzienlijk meer te bedragen dan de 120 mm/d die bij de bewuste gebeurtenis is gemeten).

Uit tabel 5.17 kan worden afgeleid dat bij een gemaalcapaciteit van 120 I/s.ha (een capaciteit die 2 maal zo groot is als de normale afvoercapaciteit van een rioolstelsel) gedurende een periode van 25 jaar 2 maal water op straat optreedt. Het verTabel 5.17

Invloed gemaalcapaciteit op het verschijnsel water op straat

pompcapaciteit

(mm/h) (l/s.ha)

0,7

1

10,8 30

21,6 60

32,4 90

43,2 120

54 150

aantal keer w.o.s. (-)

394

261

20

9

3

2

0

aantal keer w.o.s. (/y)

16

10

0,8

0,4

0,1

0,1

0

61

riolering


- ct3420

Tabel 5.18 - Invloed gemaalcapaciteit op waterdiepte en duur water op straat pompcapaciteit

(mm/h) (l/s.ha)

0,7

1

10,8 30

21,6 60

32,4 90

43,2 120

54 150

mMaximale volume w.o.s. (m3)

258

199

137

98

59

20

0

Maximale hoogte w.o.s. (m)

0,55

0,46

0,34

0,28

0,17

0,06

0

maximale duur w.o.s. (min

7.320

5.040

240

105

75

30

0

In Nederland is de stroomvoorziening zeer betrouwbaar. Het is echter niet denkbeeldig dat als gevolg van een blikseminslag de elektriciteitsvoorziening tijdelijk onklaar raakt juist op het moment dat het stelsel de maximale neerslagintensiteit te verwerken krijgt. Stel dat de elektriciteitsvoorziening gedurende 15 minuten uitvalt. Gedurende deze periode kan met een herhalingstijd van 50 jaar een neerslaghoeveelheid van 23,3 mm verwacht worden. Met een berging van 7 mm levert dit een hoeveelheid van 16,3 mm die dient te worden geborgen op straat, hetgeen in dit voorbeeld overeenkomt met 39 m3, een hoeveelheid die na het herstellen van de stroomvoorziening binnen 11 minuten kan worden weggepompt. De maximale waterhoogte in de tunnel met 7 mm berging bedraagt zelfs bij een dergelijke calamiteit slechts 12 cm.

5.5

Literatuur

Kleijwegt, R.A. On sediment transport in circular sewers with non-cohesive deposits. Proefschrift, TUDelft, 1992 Doc. CEN/TC 165/WG 22

Figuur 5.19 - Benodigde berging volgens regen duurlijn

62

Drain and sewer systems outside buildings, Part 2, User requirements, Draft May 1994.

6.

Aanleg

Aan de fysieke aanleg van de riolering gaat een heel proces van planning en ontwerp vooraf. In dit hoofdstuk wordt een indruk gegeven van de verschillende fases die doorlopen worden bij de aanleg van de riolering. In dit proces zijn de opeenvolgende fases steeds een stuk concreter en gedetailleerder. De aanleg begint met een fase van planning, door middel van het structuurplan (6.1), het schetsontwerp ont- en afwatering (6.2) en het definitief rioleringsplan (6.3). Hierna vinden het schrijven van het bestek (6.4) en de aanbesteding (6.5) plaats en vervolgens wordt het rioleringswerk uitgevoerd (6.6).

6.1

Structuurplan

In het structuurplan of vlekkenplan wordt een eerste invulling gegeven van het te rioleren gebied. Hierbij dient uiteraard rekening gehouden te worden met de toegestane bestemmingen uit het bestemmingsplan. Het structuurplan is bij uitstek de fase waarin de layout van het gebied wordt bepaald. Het is dan ook van groot belang om al in deze fase te participeren in het overleg met de overige actoren, zoals planologen, architecten, ecologen en verkeerskundigen. De inhoud, omvang en gedetailleerdheid van een structuurplan kunnen sterk wisselen, maar over het algemeen vormt in ieder geval de hoofdwegenstructuur onderdeel van het plan. Hieruit volgt direct het belang voor de rioleur om al in deze fase bij het project betrokken te zijn, aangezien de ligging van de riolen sterk verbonden is met de hoofdwegenstructuur.


- ct3420

Naast de hoofdwegenstructuur komen de volgende, voor de riolering relevante, onderdelen in een structuurplan voor: - de stelselkeuze. Hierbij is onder meer de omvang van het te rioleren gebied van belang. Volgens de Leidraad riolering geldt als richtlijn: - wijk < 2 ha. bruto oppervlak: stelseltype overeen-komstig directe omgeving - 2 ha. < wijk < 5 ha.: overleg met waterbeheerder - wijk > 5 ha. bruto oppervlak: voorkeur verbeterd gescheiden stelsel Overigens dient in alle gevallen overleg te worden gevoerd met de waterkwaliteitsbeheerder over de stelselkeuze. - het percentage verhard oppervlak. De grootte van het verhard oppervlak heeft een grote invloed op de toekomstige waterhuishouding. - de toekomstige waterhuishouding. Hierbij wordt gedacht in termen als: afkoppelen, geen inlaat gebiedsvreemd water, lokale waterbalans niet verstoren, tegengaan verdroging, bronaanpak en gescheiden waterstromen.

6.2

Schetsontwerp ont- en afwatering

In de fase van het schetsontwerp vindt de exploita-tieopzet plaats, waarbij de verschillende onderdelen van de waterhuishouding aan de orde komen, zoals drainage, open water en riolering. Binnen de exploitatieopzet wordt getracht de totale kosten van de verschillende onderdelen van de waterhuishouding te dekken met de opbrengsten van de uitgifte van de grond. De kosten van de aanleg van drainage, open water en riolering zijn onderling nauw verbonden. Een toename van de hoeveelheid open water kan leiden tot grote kostenbesparingen voor een drainagesysteem en een gescheiden riolering. Tevens kan de combinatie van een drainagesysteem met een regenwaterriolering leiden tot kostenbesparingen. De opbrengsten van de uitgifte van grond worden beïnvloed door het percentage open water. Een

riolering

toene-mend percentage open water kan leiden tot een gerin-gere hoeveelheid uitgeefbaar oppervlak. Hierbij moet worden aangetekend dat volgens een VROM-richtlijn minimaal 11% van het oppervlak dient te bestaan uit openbaar groen. Aangezien het oppervlaktewater hiervan deel uitmaakt hoeft een vergroting van het percentage oppervlaktewater niet noodzakelijk te leiden tot een reductie van het uitgeefbaar oppervlak Hieruit volgt dat indien de hoeveelheid open water stijgt de totale kosten wellicht dalen, maar de opbrengsten kunnen afnemen en omgekeerd bij een toenemende hoeveelheid open water. Aangezien hierbij veel combinaties mogelijk zijn wordt gezocht naar die oplossing waarbij het best wordt voldaan aan de doelstellingen ten aanzien van de waterhuishouding uit het structuurplan. 6.2.1 Drainage De aanleg van drainage is niet in alle situaties noodzakelijk, zoals bijvoorbeeld in gevallen waarin de grondwaterstand van nature voldoende laag is. Daarnaast kan onderscheid gemaakt worden in drainage die benodigd is om een terrein bouwrijp te maken en drainage benodigd voor het woonrijp maken en houden. In voorkomende gevallen kan het noodzakelijk zijn om voor het bouwrijp maken van het terrein drainage toe te passen, terwijl voor het woonrijp maken drainage overbodig is door een geringere benodigde ontwateringsdiepte. De kosten van de drainage zijn nauw gerelateerd aan de hoeveelheid en situering van het open water. Bij een afnemende singelafstand dalen de kosten van drainage en omgekeerd. (zie hierboven). Het ontwerp en de aanleg van drainage worden behandeld binnen het vak Iw5510 Waterbeheer in de stad. 6.2.2 Open water De invloed van het open water op de kosten van drainage en riolering is hierboven reeds besproken. Evenals drainage wordt ook open water in het Iw5510 Waterbeheer in de stad besproken. Bij de aanleg van open water dient veel zorg te worden gedragen voor een juiste uitvoering, zodat stagnant water wordt voorkomen. Vanwege de hoge kosten voor onderhoud van het oppervlaktewater

63

riolering

dient de hoeveelheid oppervlaktewater zoveel mogelijk beperkt te blijven. 6.2.3 Structuur rioleringsplan Binnen het structuur rioleringplan wordt een schetsontwerp gemaakt van de riolering, waarbij de riolering wordt ingetekend op de kaart. Daarnaast worden de globale afmetingen en diepteligging van de riolering geschat om een globale kostenberekening ten behoeve van de exploitatieopzet mogelijk te maken.

6.3

Definitief rioleringsplan

In het definitief rioleringsplan vindt zowel het definitief ontwerp als de dimensionering van de riolering plaats. In deze fase wordt het riool hydraulisch gedimensioneerd, waaruit parameters als buisafmetingen, benodigd verhang en hoogteligging van de riolering volgen. Voor de dimensionering van de riolering wordt verwezen naar hoofdstuk 7.

6.4

Bestek

Het bestek vormt de overgang tussen de voorbereidingsfase en de uitvoeringsfase van een werk. De opdrachtgever draagt zorg voor de voorbereidingsfase, terwijl in de uitvoeringsfase zowel de opdrachtgever als de aannemer participeren. De rol van het bestek bij deze overgang is die van informatiedrager. Tijdens het schrijven van het bestek wordt tevens aandacht gegeven aan de materiaalkeuze en de constructieve aspecten. 6.4.1 Functies van het bestek Aan het bestek kan een drietal belangrijke functies worden toegekend: - juridische functie Het bestek regelt de verhouding tussen opdrachtgever en aannemer. Het bestek informeert over de rechten, plichten en risico’s van beiden. - technische functie Het bestek informeert de aannemer over het verlangde resultaat. Daarnaast is in het bestek informatie opgenomen die van belang is voor de uitvoering van het werk. - economische functie

64


- ct3420

De aannemer baseert zijn kostencalculatie op de besteksinformatie. Daarnaast regelt het bestek de betalingen door de opdrachtgever aan de aannemer.

6.4.2 RAW-systematiek Gezien de belangrijke functies van het bestek in het bouwproces is in de loop van de tijd de behoefte ontstaan aan meer uniformiteit in zowel vorm als tekst. In de Stichting Rationalisatie en Automatisering Grond-, Water- en Wegenbouw (Stichting RAW) zijn de opdrachtgevers en de aannemers gezamenlijk tot een standaard besteksindeling gekomen: het RAW-bestek. De standaard besteksindeling van een RAW-bestek is als volgt: - deel 1 ‘Algemeen’ - deel 2 ‘Beschrijving’ - deel 3 ‘Standaardbepalingen’ Deel 1 ‘Algemeen’ Deel 1 bevat gegevens die van belang zijn in de periode die direct vooraf gaat aan het verlenen van de opdracht. Hieronder vallen bijvoorbeeld gegevens over de opdrachtgever en de wijze van aanbesteding (zie par 6.5). Daarnaast bevat deel1 gegevens over de locatie van het werk, een algemene beschrijving van het werk en de termijn waarbinnen het werk moet worden opgeleverd. Deel 2 ‘Beschrijving’ Deel 2 bestaat uit de volgende twee delen: - Algemene gegevens - Nadere beschrijving Het deel ‘Algemene gegevens’ bevat informatie die met name voor de technische uitvoering van belang is. Dit onderdeel kent de volgende twee vaste paragrafen: - Tekeningen, hieronder worden het aantal en de nummers van de tekeningen vermeld die tot het bestek behoren. - Peilen en hoofdafmetingen, hierbij valt te denken aan bijvoorbeeld grondwaterstanden en grondmechanische gegevens.


- ct3420

Het deel ‘Nadere omschrijving’ bevat een volledige beschrijving van het uit te voeren werk. Dit onderdeel heeft een standaard indeling en systematiek, terwijl teksten uit dit onderdeel afkomstig zijn uit de ‘RAW-catalogus met resultaatsbeschrijvingen’, Deze uitgebreide RAW-catalogus bevat standaard besteksteksten voor zeer uiteenlopende werkzaamheden en vormt als zodanig een belangrijk hulpmiddel bij het schrijven van een bestek. Deel 3 ‘Standaardbepalingen’ Deel 3 van het bestek bevat de besteksbepalingen. Deze vormen het juridisch kader van het bestek. Een groot deel van deze bepalingen is opgenomen in de ‘Standaard RAW Bepalingen’, In de eerst opgenomen besteksbepaling van deel 3 wordt deze Standaard van toepassing verklaard op de uit te voeren werken. Vervolgens worden projectgebonden bepalingen opgenomen die een aanvulling of afwijking op de Standaard vormen. 6.4.3 Materiaalkeuze en constructieve aspecten Nadat in het definitief rioleringsplan het riool hydraulisch is gedimensioneerd, vindt binnen het bestek de materiaalkeuze plaats en wordt aandacht geschonken aan constructieve aspecten. 6.4.3.1 Materiaalkeuze Voor de riolering is een breed scala aan materialen beschikbaar. De materiaalkeuze is onder meer afhankelijk van: - vereiste diameter - diepteligging - grondsoort - samenstelling afvalwater - samenstelling grondwater - praktische uitvoerbaarheid Niet alle buismaterialen zijn leverbaar in alle gewenste diameters. (Gewapend) betonnen buizen zijn verkrijgbaar in vrijwel elke gewenste afmeting, terwijl pvc en gres beperkt zijn tot diameters van resp. 500 en 1.000 mm. De invloed van de diepteligging en grondsoort op de materiaalkeuze worden nader besproken in paragraaf 12.2. Bij de meeste leveranciers is informatie beschikbaar over de toelaatbare belasting op de buizen, waaruit de

riolering

geschiktheid van de buis in een specifieke situatie kan worden bepaald. In een aantal gevallen is een nadere analyse nodig van de krachtwerking op (en in) de buis. Onder normale omstandigheden zijn alle buismaterialen bestand tegen de in het afvalwater en grondwater voorkomende stoffen. In speciale gevallen, bij zeer agressief afvalwater of grondwater, worden hoge eisen gesteld aan de resistentie van het buismateriaal. De voorkeur gaat dan uit naar meer resistente materialen, zoals gres of pvc. Voor grote diameters kan het noodzakelijk zijn om gewapend betonnen buizen met een resistente bekleding toe te passen. De praktische uitvoerbaarheid kan in een aantal gevallen bepalend zijn voor de materiaalkeuze. Bij rioolvernieuwing op een door een groot aantal kabels en leidingen moeilijk bereikbare plaats ligt het gebruik van pvc-buizen voor de hand, aangezien deze buizen door hun lage gewicht eenvoudig manoeuvreerbaar zijn. Daarnaast zijn pvc-buizen in grote lengtes leverbaar, hetgeen voordelen kan hebben bij het plaatsen van de leidingen op moeilijk bereikbare plaatsen. 6.4.3.2 Constructieve aspecten In de fase van het schrijven van het bestek wordt aandacht besteed aan constructieve aspecten. Zo wordt de krachtwerking op de buis bepaald en worden de putten en eventuele gemalen gedimensioneerd en constructief uitgewerkt. Bij het bepalen van de krachtwerking op de buis wordt rekening gehouden met de volgende belastingen: - grondbelasting - bovenbelasting op maaiveld - verkeersbelasting - eigen gewicht buis - inwendige of uitwendige druk - temperatuurbelasting

6.5

Aanbesteding

De aanbesteding vormt de overgang van de voorbereiding naar de uitvoering. Het doel van de aanbesteding is dan ook het vinden van de meest

65

riolering

geschikte aannemer. Hiertoe zijn de volgende methoden beschikbaar: - openbare aanbesteding - aanbesteding met voorafgaande selectie - onderhandse aanbesteding - onderhandse aanbesteding na selectie - enkelvoudige uitnodiging Bij een openbare aanbesteding wordt de aanbesteding algemeen bekend gemaakt en kan een ieder inschrijven. Een voordeel voor de opdrachtgever is dat deze methode dankzij de maximale mededinging kan leiden tot een zo laag mogelijke prijs. Voor de inschrijvers heeft deze methode als voordeel dat iedereen kan inschrijven en gelijke kansen heeft. Als nadelen voor de inschrijvers gelden dat de grotere concurrentie kan leiden tot een te lage prijs en dat elke inschrijver veel rekenwerk moet verrichten, terwijl de kans op het verkrijgen van het werk gering is. De aanbesteding met voorafgaande selectie kan de genoemde nadelen voor een deel ondervangen. Bij deze methode wordt de aanbesteding eveneens algemeen bekend gemaakt, waarop een ieder zich als gegadigde kan melden. Vervolgens nodigt de opdrachtgever op basis van van tevoren kenbaar gemaakte geschiktheidseisen een of meer van de gegadigden uit om in te schrijven. Indien de opdrachtgever bijvoorbeeld de kwaliteit van het werk de hoogste prioriteit wenst te geven kan hij besluiten om over te gaan tot een onderhandse aanbesteding. Hierbij wordt een beperkt aantal gegadigden (minimaal twee) uitgenodigd om zich in te schrijven. Bij een onderhandse aanbesteding na selectie wordt een beperkt aantal gegadigden (minimaal twee) uitgenodigd om zich aan te meld en voor de selectie. Vervolgens kunnen een of meer gegadigden tot inschrijving worden uitgenodigd. Indien slechts een gegadigde wordt uitgenodigd is sprake van een enkelvoudige uitnodiging. De bovengenoemde vormen van aanbesteding (behalve de enkelvoudige uitnodiging) zijn vastgelegd in het Uniform Aanbestedingsreglement 1986 (U.A.R. 1986).

66


6.6

- ct3420

Uitvoering en toezicht

Indien na de aanbesteding het werk is gegund aan een aannemer kan de aanleg van de riolering beginnen. Tijdens de aanleg wordt door de opdrachtgever toezicht gehouden op een juiste uitvoering. Wanneer de werkzaamheden zijn afgerond vindt, na controle, de oplevering van het werk plaats, hetgeen in veel gevallen een feestelijke gebeurtenis is. De wijze van aanleg is afhankelijk van een groot aantal locatiegebonden variabelen, zoals grondsoort, grondwaterstand en de aanwezigheid van kabels en leidingen. In het algemeen kan de totale aanleg gesplitst worden in de volgende fasen: - voorbereiden - ontgraven - funderen - leggen van de buis - aanvullen en verdichten In bijzondere gevallen kan het noodzakelijk zijn over te stappen op sleufloze technieken, zoals doorpersen of boren. 6.6.1 Voorbereiden In de voorbereidingsfase wordt het werk zo ver mogelijk voorbereid, zodat de uitvoeringsfase zo kort mogelijk is en minimale overlast voor omwonenden optreedt. Hierbij dient onder meer gelet te worden op: - bestellen materiaal - bemaling - ligging kabels en leidingen - informeren winkeliers en omwonenden Buizen en putten dienen ruim op tijd besteld te worden gezien de soms lange levertijd. Bij een hoge grondwaterstand is een (bron-)bemaling noodzakelijk. Hierbij geldt een minimale drooglegging onder de sleuf van 0,5 m. Belangrijk aandachtspunt bij de bemaling is het mogelijke optreden van verdroging of verzakkingen. In verdrogingsgevoelige gebieden kan het nodig zijn retourbemaling toe te passen. Daarnaast kan het raadzaam zijn om voor aanvang van de bemaling foto’s van de aangrenzende panden te maken om onterechte schadeclaims te voorkomen.


- ct3420

riolering

Figuur 6.1 - Wirwar van leidingen

In de ondergrond is plaatselijk sprake van een zeer druk ondergronds verkeer, zie figuur 6.1. De ligging van kabels en leidingen kan worden opgevraagd bij het Kabel- en Leidingen Informatie Centrum (KLIC). Daarnaast kan in voorkomende gevallen een spitprofiel (of proefsleuf) gemaakt worden om de exacte ligging van kabels en leidingen te bepalen. Desondanks levert het niet voldoende in acht nemen van de aanwezige kabels en leidingen jaarlijks een aanzienlijke schadepost van circa 50 miljoen gulden op. Het juist en tijdig informeren van omwonenden en winkeliers kan veel onnodige overlast en ergernis voorkomen. 6.6.2 Ontgraven De wijze van ontgraven wordt bepaald door de aard van de grondslag, de benodigde diepte en breedte van de sleuf, de taludhelling, de beschikbare werkruimte en de kans op beschadiging van nabij gelegen boven- en ondergrondse constructies. Tot een diepte van 1,75 m is in het algemeen de stabiliteit van de sleufwand voldoende om zonder verdere maatregelen te kunnen ontgraven, zie figuur 6.2.

Bij grotere dieptes of bij een te geringe draagkracht van de bodem kan het noodzakelijk zijn om de sleufwanden te ondersteunen. Hiervoor staan onder meer de volgende technieken ter beschikking: - afstempelen of afkisten - aanbrengen damwanden - injecteren met chemische middelen - bevriezen van de grond in de taludhelling Het afstempelen of afkisten is een relatief eenvoudige methode om de stabiliteit van de sleufwand te verhogen. Hierbij kan gekozen worden uit horizontale of verticale planken, zie figuur 6.3. Indien een vrij talud of afstempelen niet mogelijk is dient te worden overgestapt op geheide of getrilde damwanden. Het verwijderen van de damwand

Figuur 6.2 - Sleuf

67

riolering


- ct3420

Figuur 6.3 - Horizontale en verticale planken

en weer aanvullen dient met de nodige zorg te gebeuren. In bijzondere gevallen kunnen daarnaast injecteren van chemische middelen of bevriezen van de grond in de taludhelling bijdragen aan de stabiliteit van de sleufwand. Het ontgraven dient nauwkeurig met de vereiste bodemhelling en diepte te worden uitgevoerd. Hierbij kan gebruik gemaakt worden van bijvoorbeeld zichtplanken of laserstralen. De ontgraven grond moet, indien deze niet wordt afgevoerd, worden opgeslagen op een voldoende afstand van de rand van de sleuf. Verschillende soorten grond dienen hierbij van elkaar gescheiden te blijven, zodat bij het weer aanvullen van de sleuf zo min mogelijk vermenging van de verschillende lagen optreedt. Om te zorgen dat sleuven niet langer open liggen dan strikt noodzakelijk is, dient het graaftempo te worden afgestemd op het legtempo. Een probleem dat tegenwoordig veelvuldig, met name bij vervanging van riolen, optreedt is verontreiniging van de bodem. Na het ontgraven dient de vrijgekomen grond te worden verwerkt, hetgeen afhankelijk van de aard van de verontreiniging en saneringsmethode, kan leiden tot zeer hoge kosten. 6.6.3 Funderen De wijze van funderen is sterk afhankelijk van de bodemgesteldheid en de keuze van de buizen en verbindingen. In principe zijn de volgende drie funderingstypen mogelijk:

68

- oplegging op staal - oplegging op sloven of roosters - fundering op palen 6.6.3.1 Oplegging op staal De leidingen moeten zodanig worden gefundeerd dat over de hele langsrichting een gelijkmatige oplegspanning optreedt. Hiermee worden ongewenste momenten en dwarskrachten in langsrichting voorkomen. Daarnaast is de opleghoek van groot belang. De opleghoek dient groot genoeg te zijn voor een gunstige lastafdracht van de buis naar de bodem. In figuur 6.4 is links een optimale opleghoek weergegeven en rechts een te kleine opleghoek, die leidt tot een ongunstige lijnbelasting. Deze te kleine opleghoek kan het gevolg zijn van een te harde ondergrond. In voorkomende gevallen kan het daarom nodig zijn de sleufbodem te bewerken. Ter plaatse van de verbindingen dient de sleufbodem te worden verdiept om een goede verbinding te kunnen maken en deze te kunnen controleren, zie figuur 6.5. Oude funderingen dienen tot een diepte van tenminste 0,5 m onder de sleufbodem te worden verwijderd.

Figuur 6.4 - Opleghoek


- ct3420

riolering

Figuur 6.6 - Legrichting

alleen in hout uitgevoerd. De sloven en roosters dienen met dezelfde helling te worden gelegd als voor de leidingen is voorgeschreven.

Figuur 6.5 - Ingraven verbindingen

Bij een oplegging op staal zijn de volgende drie situaties te onderkennen: - oplegging op onbewerkte sleufbodem - oplegging op bewerkte sleufbodem - oplegging bij grondverbetering De oplegging op onbewerkte sleufbodem is mogelijk in die gevallen waarbij de buizen onder invloed van hun eigen gewicht en belasting zodanig inbedden dat een voldoende grote opleghoek ontstaat, of wanneer de buizen de hogere belasting die optreedt bij een lijnoplegging (opleghoek α = 0°) kunnen weerstaan. Bij de oplegging op bewerkte sleufbodem wordt de bodem bewerkt zodat de juiste opleghoek bereikt kan worden. Hiertoe wordt of op de sleufbodem een laag zand gestort van een voldoende dikte, of de grond van de sleufbodem losgewerkt over een voldoende breedte en diepte. De benodigde diepte is hierbij afhankelijk van de buisdiameter. Bij de oplegging bij grondverbetering wordt over de volle breedte van de sleufbodem de aanwezige ongeschikte grond, zoals bijvoorbeeld veen of grond met puin, vervangen door een geschikter materiaal, zoals zand. 6.6.3.2 Oplegging op sloven of roosters Sloven of roosters kunnen worden toegepast voor het stellen van buizen met een vlakke voet en voor het spreiden van de oplegdruk op de bodem bij ronde buizen. Sloven worden uitgevoerd in hout of (gewapend) beton. Roosterconstructies worden

6.6.3.3 Fundering op palen In die gevallen waarin een oplegging op staal of met behulp van sloven of roosters niet mogelijk is kan de riolering worden gefundeerd op (betonnen of houten) palen. Hierbij zijn twee gangbare systemen te onderscheiden: - buizen rustend op een (gewapend betonnen) sloof die rust op de palen - buizen direct gefundeerd op een of meerdere paaljukken In het eerste geval wordt de buis in langsrichting niet belast, in het tweede geval moet de buis de optredende momenten in langsrichting en dwarskrachten opnemen. Vooral bij het gebruik van een paaljuk per buis moet grote zorg worden besteed aan de uitvoering, aangezien de buis op een paaljuk en via de verbinding op de aansluitende buis rust. De sterkte van de buis en vooral van de mof moet hierop afgestemd zijn. Op basis van de in de buis optredende krachten verdient de eerste methode de voorkeur, een fundering op jukken is echter goedkoper. 6.6.4 Leggen van de buis Nadat de sleuf is uitgegraven en de fundering gereed is kan met het leggen van de buizen worden begonnen. Hierbij wordt bij voorkeur tegen de stroomrichting in gewerkt (zie figuur 6.6), om wateroverlast tijdens de werkzaamheden te voorkomen. Bij het leggen van de buizen en het maken van de verbindingen moet ervoor gezorgd worden dat de bedding intact blijft. Daarnaast moet de te leggen buis centrisch in de reeds geplaatste buis worden geschoven, zodat bij het inbrengen van de buis de verbinding niet overmatig wordt belast, zie figuur

69

riolering


- ct3420

Figuur 6.7 - Onjuist inbrengen spie in mof

Figuur 6.8 - materiaal sleufaanvulling

6.7. Over het algemeen wordt hierbij de spie in de mof geschoven.

grond of met aanvulgrond. Hierbij dient het materiaal voor de sleufaanvulling in alle gevallen vrij te zijn van harde voorwerpen, zoals stenen, puin, stukken hout of bevroren grond, zie figuur 6.8.

Telkens nadat een gedeelte van de rioolleiding tussen twee of meer putten is gereedgekomen dient geïnspecteerd te worden of de gelegde rioolleiding waterdicht en vrij van gebreken is. Bij voorkeur geschiedt dit met behulp van inwendige waterdruk vóórdat de sleuf is aangevuld, zodat eventuele gebreken snel en eenvoudig kunnen worden opgespoord en verholpen. In bijzondere gevallen, zoals bij het “over de kop werken”, wordt de sleuf nadat de leiding is gelegd vrijwel direct aangevuld. Het “over de kop werken”, het realiseren van een rioolleiding op basis van een uitvoeringslengte van slechts enkele buizen, wordt vooral toegepast in die situaties waarbij de overlast ten gevolge van het open-liggen van een sleuf groot is, zoals bij winkelstraten. Bij het over de kop werken dient extra zorg te worden ge-dragen voor de verbindingen aangezien deze achteraf moeilijk kunnen worden gecontroleerd. Voor de inspectie op waterdichtheid en overige gebreken kan gebruik worden gemaakt van inspectietechnieken zoals spiegelen of gebruik van televisiecamera’s. Daarnaast heeft het over de kop werken als nadeel dat het talud van de aanvulgrond de neiging heeft om reeds gelegde buizen uit elkaar te drukken. 6.6.5 Aanvullen en verdichten Met het aanvullen van de sleuf kan worden begonnen zodra de beton- en metselwerken voldoende zijn verhard, de leiding is gecontroleerd en de gegevens ten behoeve van revisie zijn opgetekend. De sleuf kan worden aangevuld met uitgegraven

70

Indien de sleuf wordt aangevuld met uitgegraven grond, dan dient deze in omgekeerde volgorde te worden teruggebracht, zodat vermenging van grondsoorten wordt vermeden. Het aanvullen en verdichten van de aanvulgrond dient zorgvuldig plaats te vinden, waarbij de verdichting van de leiding zodanig moet worden uitgevoerd dat de leiding zo gunstig mogelijk wordt belast. Hiertoe moet de grond in de sleuf in lagen worden aangebracht en dient elke laag te worden uitgevlakt en mechanisch te worden verdicht. De controle op de kwaliteit van de verdichting vindt plaats op basis van de voorgeschreven verdichtingsgraad uit figuur 6.9. 6.6.6 Sleufloze technieken Indien een rioolleiding moet worden aangelegd onder bijvoorbeeld (spoor)wegen of watergangen is de open sleuf methode niet mogelijk. In deze gevallen worden technieken als doorpersen of boren toegepast. Voor een nadere beschrijving van deze technieken wordt verwezen naar CT5540 Transport en inzameling van afvalwater II. 6.6.7 Toezicht Tijdens de aanleg wordt door of namens de opdrachtgever toezicht gehouden op een juiste uitvoering. Het toezicht houden kan onder andere worden uitbesteed aan een ingenieursbureau. Bij grotere projecten is dagelijks toezicht vereist, terwijl bij kleinere projecten in de praktijk wordt volstaan met wekelijks toezicht. Door dit toezicht niet


- ct3420

riolering

Figuur 6.9 - Voorgeschreven proctordichtheid

steeds op dezelfde dag te laten plaatsvinden kan de effectiviteit van het toezicht sterk verbeteren. Over het algemeen kan daarnaast gesteld worden dat een besparing op de kosten voor inspectie over het algemeen niet leidt tot een besparing op de totale kosten, doordat een verminderde inspectie snel kan leiden tot een verlies aan kwaliteit.

6.7

Literatuur

Uniform Aanbestedingsreglement 1986 Min. VROM, Min. VenW, Min. Defensie 1986

71

riolering

72


- ct3420

CIVIELE GEZONDHEIDSTECHNIEK - CT3420. Riolering. druklijn. -0,19m. H=0,26m. -0,45m. -0,70m. oppervlaktewater. maaiveld

Recommend Documents