20/08/2012 Code van goede praktijk voor rioleringen
Ministerieel besluit van 20 augustus 2012 tot vaststelling van de code van goede praktijk voor het ontwerp en de aanleg van rioleringssystemen
6 Dimensionering hemelwaterriolen en gemengde riolen
6.1 Type berekeningen
6.1.1 Ontwerpberekening versus nazichtsberekening
Bij de dimensionering van hemelwaterriolen en gemengde riolen moet er een onderscheid gemaakt worden tussen de ontwerpberekening en de nazichtsberekening.
In de ontwerpberekening wordt de diameter en de helling van de leiding bepaald. De nazichtsberekening heeft als doel:
- –
- het al of niet onder druk komen op te sporen en de piëzometrische lijn te berekenen;
- –
- opstuwingseffecten te onderkennen;
- –
- op een correcte manier met de berging rekening te houden;
- –
- de robuustheid van het systeem tegen overstroming na te gaan.
Dit is een extra berekening om de veiligheid van het ontwerp te garanderen maar vervangt niet de ontwerpberekening.
Het principe van ontwerpberekening en nazichtsberekening wordt hieronder weergegeven:
6.1.2 Statische berekening versus hydrodynamische modellering
Terwijl de ontwerpberekening typisch een klassieke statische berekening is (bijv. de rationele methode), kan de nazichtsberekening zowel statisch als hydrodynamisch worden uitgevoerd. Vooral voor complexe systemen is een hydrodynamische berekening aangewezen.
6.1.3 Faseringstoestanden
Op een tijdsas kunnen verschillende faseringstoestanden worden onderscheiden:
|
|
Bestaande toestand van het rioolstelsel
|
|
|
Toestand na uitvoering van het project dat het studieobject is + alle reeds ontworpen projecten, te beschouwen als controleberekening
|
|
|
Toekomstige visie op korte termijn (5 jaar)
|
|
|
Toekomstige visie op lange termijn, aandacht voor de kwalitatieve (impact )aspecten.
|
|
|
Toekomstige visie op lange termijn, aandacht voor kwantitatieve (hydraulische) aspecten.
|
6.2 Maatgevende parameters voor de ontwerpberekening
6.2.1 Neerslag
Voor details omtrent de ontwerp neerslagreeks (IDF-relaties) wordt verwezen naar hoofdstuk 5. Bij ontwerpberekeningen op basis van de rationele methode wordt de maatgevende neerslagintensiteit i gekozen in functie van de ontwerpterugkeerperiode en van de kritieke buiduur Art, welke gelijk is aan de concentratietijd Tc in het ontwerppunt. Dit betekent dat de te gebruiken neerslagintensiteit verschilt van punt tot punt in het rioolstelsel.
6.2.2 Toevoerende oppervlakte
Het effect van bronmaatregelen op een eventuele reductie van de toevoerende oppervlakte wordt niet in rekening gebracht.
6.2.3 Neerslagafvoercoëfficiënt
De rationele methode kent geen neerslagafvoermodel in de strikte zin van het woord.
Het ontwerpdebiet Qontwerp wordt berekend als volgt:
Met: Fj = oppervlakte van deelgebied j [ha]
φj = afvoercoëfficiënt van deelgebied j
i = neerslagintensiteit [l/s/ha]
Als afvoercoëfficiënt wordt klassiek een waarde van 0,8 gehanteerd. Deze mag niet worden verward met de afvoercoëfficiënten uit meer gedetailleerde neerslagafvoermodellen (zie par. 6.3.3).
6.2.4 Hydraulische parameters van het rioolstelsel
6.2.4.1 Ruwheidsparameters van de leidingen
De dimensionering van een gemengd riool of een hemelwaterriool dient te gebeuren in de veronderstelling van een permanente eenparige stroming met vrij wateroppervlak en voor een vullingsgraad van 100 %. Dit betekent dat de capaciteit van de leiding groter moet zijn dan het ontwerpdebiet. Het debiet in een vollopende leiding Qvol kan berekend worden met de formule van Manning:
Met: n = Manning coëfficiënt [s/m1/3]
Rvol = hydraulische straal van de volle leiding = Avol/Pvol [m]
Avol = natte oppervlakte van de volle leiding [m2]
Pvol = natte omtrek van de volle leiding [m]
S0 = helling [-]
Voor de Manning coëfficiënt wordt met een standaardwaarde van 0,013 s/m1/3 gerekend, onafhankelijk van het soort leiding. Het debiet kan ook worden berekend gebruik makend van de iteratieve formule van White-Colebrook met een ruwheid ks van 1,5 mm. Deze ruwheidsparameters komen overeen met de geschatte hydraulische ruwheid van riolen in diensttoestand en houden ook rekening met bepaalde lokale ladingsverliezen. Ook voor hydrodynamische berekeningen worden deze standaardruwheden gebruikt, tenzij de modellering lokaal grotere ruwheden vereist.
6.2.4.2 Bijkomende vereisten
6.2.4.2.1 Minimale diameter
De minimale diameter voor gemengde riolen en hemelwaterriolen is 250 mm. Voor leidingen van 250 mm die bij de ontwerpterugkeerperiode een vullingsgraad van meer dan 75 % hebben, wordt een (minimale) diameter van 300 mm aangeraden. Voor riolen waar opwaarts grachten op zijn aangesloten en voor duikers wordt een minimale diameter van 400 mm gehanteerd.
Om de doorvoer tussen deelgebieden te beperken kunnen bepaalde leidingen als knijpleiding worden ontworpen: in de regel geldt voor dergelijke leidingen een ontwerpcapaciteit van 6Q14. Als alternatief voor knijpleidingen kunnen wervelventielen worden gebruikt. Deze verdienen de voorkeur boven knijpleidingen omwille van het kleiner verstoppingsgevaar, het gemakkelijker onderhoud en een meer constant doorvoerdebiet. Voor wervelventielen wordt de minimale diameter op 150 mm en voor knijpleidingen op 250 mm gesteld. Opwaarts van elke knijpleiding of wervelventiel moet een (interne of externe) overlaat aanwezig zijn. Om onderhoudsredenen wordt best een afsluitbare bypassopening voorzien.
6.2.4.2.2 Gronddekking
Voor gemengde riolen en hemelwaterriolen met een diameter kleiner dan of gelijk aan 300 mm wordt een minimale diepte van het vloeipeil gelijk aan 0,8 m aangenomen. Voor gemengde riolen en hemelwaterriolen groter dan 300 mm wordt een minimale gronddekking van 0,5 m aangenomen. Er is een minimale gronddekking nodig om de bovenbelasting voldoende uit te spreiden, zodat de buizen zelf niet te zwaar belast worden. In functie van de diameter en het materiaal van de buis zullen verschillende bovenbelastingen en/of minimale gronddekking toegelaten zijn. De specificaties van de fabrikanten dienen hiervoor te worden geconsulteerd.
Eventueel kunnen op deze minimale diepteliggingen lokale uitzonderingen worden toegelaten indien de economische meerkost te groot wordt en lokaal de nodige maatregelen worden genomen om schade te voorkomen (t.g.v vorst en/of bovenbelasting). Op plaatsen waar de gronddekking geen effect heeft op de diepteligging van de afwaartse riolen, wordt best een richtwaarde van 1 m gehanteerd voorde gronddekking.
6.2.4.2.3 Aansluitingen
Om opstuwing te voorkomen ter plaatse van een diametertoename, moeten de leidingen met gelijk kruinpeil worden aangesloten. Bij aansluiting op bodempeil is er een verhoogde kans op sedimentatie net opwaarts van de diametervergroting en bij superkritische stroming zijn dit preferentiële locaties voor een watersprong. Bij leidingen die beneden het drempelpeil van de overstort liggen, maakt het minder uit of de leidingen met gelijk kruinpeil worden aangelegd of niet. Voor deze leidingen zullen deze fenomenen zich vooral voordoen bij lage debieten, want zodra de overstort in werking treedt, zullen deze leidingen volledig onder druk stromen. Voor deze leidingen mag de voorwaarde dat de leidingen met gelijk kruinpeil worden aangesloten dan ook worden gerelaxeerd en vervangen worden door een aansluiting met gelijk bodempeil, indien dit een meer kosteneffectieve oplossing biedt.
Ook voor de koppeling van opwaartse leidingen met kleine diameter en bij lage vullingsgraad wordt toch best met continu doorlopend bodemprofiel aangesloten om een zo gelijkmatig mogelijke stroming te bekomen (dit geldt ook voor DWA-riolen).
6.2.5 Ontwerpcriteria
De terugkeerperiode voor ontwerpberekeningen (capaciteitsberekening) is 2 jaar voor zowel gemengde riolen als voor hemelwaterriolen en dit voor de uiteindelijke toestand (toestand E voor gemengde leidingen, toestand D voor hemelwaterafvoer(leidingen)). Initiële dimensionering van nieuwe leidingen gebeurt op basis van hydraulische capaciteit (eenparige beweging met vollopende leiding) voor het , op basis van de rationele methode bepaald ontwerpdebiet, in afwezigheid van debietbeperkende afwaartse randvoorwaarden.
6.3 Maatgevende parameters nazichtsberekening
In de hiernavolgende beschrijving van de nazichtsberekening wordt standaard uitgegaan van een hydrodynamische berekening. Indien men (voor eenvoudige stelsels) toch kiest voor een statische berekening, dienen de gehanteerde piekneerslagintensiteiten en totale neerslagvolumes in de mate van het mogelijke in overeenstemming te zijn met de voor de hydrodynamische berekening gehanteerde composietbuien en neerslagafvoerprocessen.
6.3.1 Neerslag
De maatgevende neerslag wordt weergegeven in hoofdstuk 5. Als neerslaginvoer bij hydrodynamische berekeningen dienen de Vlaamse composietbuien te worden gebruikt voor de betreffende terugkeerperiode met een duur van 3 keer de maximale concentratietijd in het rioolstelsel. Om te vermijden dat men voor ieder rioolstelsel de concentratietijd moet inschatten, kan men gebruik maken van voldoende lange buien. De composietbuien met een duur van 2 dagen zijn hiervoor ideaal, omdat zelden concentratietijden groter dan 16 uur voorkomen.
6.3.2 Toevoerende oppervlakte
Het effect van bronmaatregelen op een eventuele reductie van de toevoerende oppervlakte kan in rekening worden gebracht bij berekeningen met hoogfrequente buien (t.b.v. impactberekeningen van overstortemissies) (terugkeerperiode < 1 j).
6.3.3 Neerslagafvoerparameters
In de nazichtsberekening (en in het bijzonder bij hydrodynamische berekeningen) wordt in tegenstelling tot de ontwerpberekening een meer uitgebreide neerslagafvoerberekening toegepast.
Hierin kunnen globaal 3 deelprocessen worden onderscheiden: initiële verliezen, continue verliezen en oppervlakteafstroming. Onder initiële verliezen wordt de piasberging verstaan, continue verliezen doen zich voor onder de vorm van verdamping en infiltratie. Het effect van infiltratie wordt in de praktijk meestal uitgedrukt onder de vorm van een afvoercoëfficiënt.
Bij gebruik van composietbuien is het effect van verdamping eerder verwaarloosbaar gezien de beperkte duur van de neerslag in vergelijking met de verdampingssnelheid. De piasberging (2 mm) kan ingerekend worden, maar zal voor de zwaardere ontwerpbuien waarschijnlijk van ondergeschikt belang zijn.
Voor verharde oppervlakten wordt het verlies ten gevolge van de infiltratie ingerekend onder de vorm van een vaste afvoercoëfficiënt van 0,9 (voor simulatie van historische neerslag kan deze eventueel verlaagd worden tot 0,8 indien de gesimuleerde historische buien een voldoende lage intensiteit hebben).
Het oppervlakte-afstromingsmodel is vaak afhankelijk van het gebruikte hydrodynamische rekenpakket. In de meeste gevallen worden (combinaties van) lineaire of niet-lineaire reservoirs gebruikt om de gewenste afvlakking te bekomen.
Voor onverharde oppervlakten in stedelijk gebied wordt standaard geen neerslagafvoer in rekening gebracht. Indien er aanwijzingen zijn van daadwerkelijke afstroming van onverharde oppervlakten naar het rioolstelsel (vooral in meer landelijk gebied of op volledig uitgebouwde RWA-stelsels) dienen de afvoercoëfficiënten, de piasberging, de verdamping en het afvlakkingsmodel met bijhorende parameters zo goed mogelijk te worden ingeschat in functie van het landgebruik, de bodemgesteldheid, de helling van het terrein en de terugkeerperiode van de neerslag.
6.3.4 Randvoorwaarden
De manier waarop randvoorwaarden worden ingewerkt in een hydrodynamisch model, kan een grote invloed hebben op de inschatting van de extreme piëzometrische hoogten in het rioolstelsel. In principe zou hiervoor met een integraal model riolering-waterloop in combinatie met continue langetermijnsimulaties gewerkt moeten worden. De twee afwateringssystemen hebben immers een sterk verschillende respons op neerslag, waardoor de kritieke situaties van het gecombineerd systeem moeilijk zijn in te schatten wanneer ze niet samen worden beschouwd.
Voor rioleringsberekeningen met betrekking tot het ontwerp is het meestal niet nodig om een integrale modellering uit te voeren. Er kunnen immers berekeningen gemaakt worden met het rioleringsmodel alleen, waarbij de randvoorwaarden aan de veilige kant worden gekozen. De meest evidente veilige aanname is dat men de waterhoogte in de waterloop inschat bij de terugkeerperiode kleiner dan of gelijk aan de ontwerpterugkeerperiode (door de verschillende responstijden van de systemen zal een gelijke terugkeerperiode immers meestal reeds een aanzienlijk kleinere gezamenlijke kans van voorkomen hebben dan die van de individuele terugkeerperioden). Een bijkomende controleberekening kan uitsluitsel geven over meer extreme combinaties van terugkeerperioden. Indien er een uitgesproken seizoensgebonden variatie is van de waterstand in de waterloop, kan het modelleren voor aparte seizoenen een grote meerwaarde bieden. Hiertoe worden de waterhoogten in de waterloop afzonderlijk bepaald voor zomer- en wintersituatie en worden de randvoorwaarde voor de zomer voor de ontwerpterugkeerperiode gecombineerd met zomercomposietbuien met dezelfde terugkeerperiode en idem voorde wintersituatie. De waterhoogte in de waterloop zal bij een bepaalde terugkeerperiode niet onbeperkt in duur behouden blijven. Het is een combinatie van waterhoogte en de duur ervan die de terugkeerperiode van de randvoorwaarde bepalen. Indien er een tijdreeks van waterstanden beschikbaar is, dient deze te worden verwerkt tot HDF-relaties (Hoogte/Duur/Frequentie-relaties). Op basis van deze HDF-relaties kunnen dan composietlimnigrammen opgemaakt worden.
Een moeilijkheid bij de combinatie van composietlimnigrammen met de bijbehorende composietbuien met dezelfde terugkeerperiode, is de positionering van de pieken. Immers, zoals reeds werd aangehaald, zullen pieken in waterloop en riolering niet noodzakelijk samenvallen. De correcte correlatie valt moeilijk in te schatten zonder continue langetermijnsimulatie. De meest kritieke situatie (benadering aan de veilige kant) is deze waarbij men de pieken in waterhoogte laat samenvallen met de debietpieken ter hoogte van de interactiepunten.
Indien de waterhoogte in het ontvangende oppervlaktewater hoger komt dan de overstortdrempel en er dus terugstroming vanuit het oppervlaktewater in de riolering kan ontstaan, is het verplicht om terugslagkleppen te voorzien. Hierbij dient bijzondere aandacht te worden besteed aan het blokkeringsgevaar van de kleppen. Het is belangrijk voor het ontwerp om de tijd goed in te schatten gedurende welke deze terugslagkleppen dicht zijn (dit wil zeggen een voldoende lange duur voor de randvoorwaarde beschouwen). Indien het water van een extreme bui gedurende deze tijd niet in de riolering kan worden geborgen zonder gevaar op wateroverlast, dient een buffering met overstortpompen te worden voorzien.
6.3.5 Ontwerpcriteria
- –
- Bij simulatie van het volledige stelsel inclusief debietbeperkende afwaartse randvoorwaarden, moet bij de ontwerpneerslag T = 2 jaar een vrijboord van minimaal 0,5 m (drooglegging t.o.v. het maaiveld) worden gerealiseerd.
- –
- Voor de nazichtsberekening wordt het criterium toegevoegd om geen “water op straat” toe te laten bij een terugkeerperiode van 20 jaar. Dit geldt (zoals voor de ontwerpberekening) voor de uiteindelijke toestand (toestand E voor gemengde leidingen, toestand D voor regenweerafvoer(leidingen)).
- –
- Voor de tussenliggende toestanden tussen de bestaande toestand (A) en de uiteindelijke toestand (toestand E voor gemengde leidingen, toestand D voor regenweerafvoer(leidingen)) wordt een extra nazichtsberekening uitgevoerd m.b.t. “water op straat” bij een terugkeerperiode van 5 jaar. Indien blijkt dat er bij deze extra nazichtsberekening een probleem is, zal er moeten worden nagegaan welke acties noodzakelijk zijn. Hier kunnen gefaseerde ingrepen worden opgenomen die, indien noodzakelijk, omkeerbaar zijn.
- –
- Voor tunnels en laaggelegen wegvakken die lokaal niet gravitair kunnen afwateren, wordt een terugkeerperiode gehanteerd van 50 jaar met betrekking tot “water op straat”. Het is hierbij belangrijk bijzondere aandacht te hebben voor de afvoer van de piekdebieten in het afwaarts gelegen stelsel. Indien nodig moet bijkomende buffering voorzien worden.
Omwille van de belangrijke impact van de significante verhoging van de ontwerpterugkeerperiode voor beveiliging tegen water op straat (T=20 jaar i.p.v. T=5 jaar) in de vroegere richtlijnen, zal het belangrijk zijn om een overgangsperiode te voorzien voor bestaande en lopende studies. Uiterlijk in het vijfde burgerlijk jaar na het in voege treden van onderhavige Code moet het hydraulisch ontwerp van alle op dat moment voor uitvoering gepubliceerde ontwerpen aan deze bepalingen voldoen. Voor nieuwe contracten die na het van kracht worden van de Code worden afgesloten, dienen de nieuwe dimensioneringsregels onmiddellijk te worden toegepast.
Het upgraden van een rioleringsstelsel naar de nieuwe richtlijnen zal in vele gevallen een aanzienlijke investeringskost met zich meebrengen. Vanuit economisch standpunt zal het niet altijd mogelijk zijn om alle noodzakelijke investeringen toe te kennen aan de eerstvolgende te ontwerpen projecten. Daarom dient in dergelijke gevallen te worden nagegaan hoe en of investeringen kunnen worden gedefaseerd. De controleberekening voor T = 5 jaar voor een aantal tussentoestanden zal een eerste aanduiding geven van welke investeringen reeds op kortere termijn noodzakelijk zijn.
6.4 Ontwerp van pompstations en persleidingen op gemengde stelsels
6.4.1 Inleiding
In vlakke gebieden kunnen de relatief grote hellingen die nodig zijn om de minimale snelheden te realiseren leiden tot diepe riolen. Dit kan het voorzien van pompstations nodig maken (figuur 4). In bepaalde gevallen kunnen pompinstallaties een beter alternatief zijn (zowel economisch als ecologisch) voor diepe uitgravingen voor gravitaire leidingen. De exploitatiekosten stijgen, maar vaak zullen de aanlegkosten dalen. Met het oog op de beperking van de vuilemissie (spoeleffect) kan dit een (dure maar) aan te bevelen oplossing zijn. Vooral in kwetsbare gebieden kan het verlagen van het grondwaterpeil, nodig voor de aanleg van diepgelegen riolen, grote schade aanrichten aan het milieu. Daarom kan de diepte van riolen in deze gebieden best beperkt worden of gebruik worden gemaakt van aangepaste uitvoeringsmethoden (persriolen, retourbemaling, gebruik van damplanken, ...).
6.4.2 Minimum en maximum snelheden
De ondergrens voor de snelheid in de leidingen wordt bepaald door de minimaal vereiste sleepsnelheid en de bovengrens is vastgelegd op basis van economische overwegingen:
- –
- horizontale leidingen (< 30°) 0.7 m/s ≤ vhor ≤ 2 m/s
- –
- verticale of stijgleidingen: 1.8 m/s ≤ vvert ≤ 4 m/s
6.4.3 Vereisten aan het lengteprofiel
Indien op de persleiding niveaus voorkomen die hoger liggen dan de as van de uitstroom van de persleiding of het maximum waterpeil in de afwaartse collector (bij voorkeur te vermijden), moet rekening gehouden worden met volgende elementen:
- –
- de opvoerhoogte van de pomp moet voldoende groot zijn om bij opstarten de hoogtepunten in de persleiding te overwinnen;
- –
- de hydraulische verhanglijn in regimetoestand mag het lengteprofiel nergens snijden.
6.4.4 Wrijvingsverliezen
De ontwerpberekening wordt uitgevoerd met ruwheidswaarden voor leidingen in gebruik. Hierna dient een nazichtsberekening te worden uitgevoerd met de waarden voor nieuwe leidingen, om na te gaan of er tijdelijke overgangsmaatregelen nodig zijn bij de ingebruikstelling van het pompstation.
6.4.5 Bijkomende verliezen
Bijkomende wrijvingsverliezen moeten worden ingerekend voor alle appendages in het pompstation en op de persleiding: bochten, kleppen, afsluiters, T-stukken, verwijdingen, vernauwingen, uitstroomconstructie, ...
6.4.6 Controle van het werkingsgebied
De keuze en configuratie van de pompen dient zodanig te zijn dat in alle omstandigheden de goede werking van de pompen verzekerd kan worden. Het optimale rendement dient te worden gekozen bij het meest voorkomende regime (meestal droogweer). In een aantal gevallen zal dit enkel mogelijk zijn door het voorzien van toerentalregeling of de keuze van vijzelpompen in plaats van centrifugaalpompen.
6.4.7 Dimensionering van de pompenkelder
Het bergingsvolume tussen (eerste) aan- en afslagpeil wordt zodanig gedimensioneerd dat het aantal starts per pomp per uur beperkt is tot 10 (tenzij een lager maximum aantal voorgeschreven door de leverancier). Hierbij wordt geen rekening gehouden met de reservepomp.
Het aanslagpeil van de eerste bedrijfspomp dient minimum 50 mm lager te zijn dan de BOK van de toekomende leiding. De afstand tussen aan- en afslagpeil moet minstens 20 cm bedragen.
Andere aan- en afslagpeilen kunnen worden geoptimaliseerd in functie van het aangesloten rioolstelsel.
6.4.8 Beveiliging tegen waterslag
Bijkomend aan het hydraulisch ontwerp dient in de regel een waterslagberekening te worden uitgevoerd volgens een numerieke methode waarbij de volledige vergelijkingen voor niet-permanente stroming worden opgelost. Enkel voor zeer kleine pompstations kan dit achterwege gelaten worden.
De maximaal toelaatbare onderdruk (mWK) bedraagt voor de verschillende materialen:
Voorbeelden van mogelijke waterslagbeveiliging zijn: be- en ontluchters, nazuigleiding (by-pass), windketel, ...
6.4.9 Maatregelen ter voorkoming van gasbelvorming
Bij het ontwerp van de persleiding moet worden nagegaan of er gevaar is op capaciteitsverlies als gevolg van gasbelvorming. Voor praktische richtlijnen dient men zich te richten op de recente onderzoeksontwikkelingen op dit vlak.
6.4.10 Biogene zwavelzuuraantasting
Ook in gemengde rioleringen bestaat het risico van biogene zwavelzuuraantasting. Voor de aanpak wordt verwezen naar 4.4.3.1.
