Определение расчетного расхода снегового стока

Расчетный расход воды весеннего половодья при площади водосборного бассейна на европейской части страны до 20 тыс. км и азиатской части страны до 50 тыс. км по СНиП [16] рекомендуется определять по формуле:

,

где – коэффициент дружности половодья, принимаемый по по СНиП [16] равным в зоне тундры и леса 0,01, в зонах лесостепи и степи-0,02–0,03, в зоне полупустынь – 0,06;

δ ₁ – коэффициент, учитывающий снижение расхода воды в залесенных бассейнах.

,

 

где n₂, – коэффициент редукции и параметр, определяемые по прил. 1, табл. 9;

– площадь бассейна, занятая лесом, %;

δ₂ – коэффициент, учитывающий снижение расхода воды при наличии на площади бассейна заболоченных участков

 

,

 

где – коэффициент, принимаемый СНиП [16];

f _б – площадь бассейна, занятая болотами, %;

n₁, A₁ – значения показателя степени редукции и дополнительная площадь водосбора, учитывающая снижение редукции;

h_p% – расчетный слой суммарного весеннего стока, мм; определяемый по формуле

h_p% = h∙K_p,

где K_p – модульный коэффициент, определяемый по рис. 6.1 в зависимости от коэффициента вариации С_v, применяемого СНиП [16] и коэффициента асимметрии С_s, равного для рек северо-запада и северо-востока России С_s = 3C_v, для равнинных водосборов остальных регионов страны С_s = (3÷4) C_v;

h – средний многолетний слой стока.

Из двух полученных расходов от ливневого стока и стока талых вод в качестве расчетного расхода принимают большее значение.

 

Рис. 6.1. Модульные коэффициенты К_p

Выбор типа малого водопропускного сооружения. Расчет отверстия

В зависимости от величины расчетного расхода возможны три варианта малого водопропускного сооружения: круглая труба, прямоугольная труба и малый мост.

 

Гидравлический расчет труб

Трубы на автомобильных дорогах могут быть круглыми и прямоугольными и иметь согласно СНиП [17] одно, два или три очка. Минимальный диаметр круглых труб 0,75 м (на съездах – 0,5 м) при длине трубы до 15 м, 1,0 при длине труб до 20 м и 1,25 – при большей длине труб.

Водопропускные трубы следует проектировать, как правило, на безнапорный режим работы. Как исключение на автомобильных и особенно городских дорогах допускается полунапорный и напорный режимы протекания воды, позволяющие уменьшить высоту насыпи.

В результате гидравлических расчетов должны быть установлены следующие параметры, определяющие условия работы трубы:

· подпертая глубина воды перед сооружением;

· глубина воды на входе и выходе;

· наибольший продольный уклон трубы;

· глубина размыва русла за сооружением.

Пропускная способность трубы при безнапорном режиме (рис. 6.2, а) определяется по формуле:

,

 

где φ_б – коэффициент скорости, равный для всех оголовков, кроме обтекаемого, 0.85;

H – напор перед трубой, равный 2h_с.

ω_с,h_с – площадь живого сечения и глубина воды в сжатом сечении.

 

 

Рис. 6.2. Режимы работы труб: а – безнапорный; б - полунапорный; в - напорный

 

Поскольку Н = 2h_с формула принимает вид:

 

.

 

Для круглых труб площадь живого сечения ω_с, соответствующая глубине h_с = 0,5H, может быть вычислена с помощью графика рис. 6.3, на котором приведены величины .

 

Рис. 6.3. График для расчета отверстия круглой трубы

 

Для прямоугольных труб h_c = 0,5H, поэтому

,

 

что соответствует коэффициенту расхода m = 0,3.

Пропускная способность при полунапорном режиме (рис. 6.2, б) определяется по формуле

 

где = 0,6h_Т;

= 0,85;

– полная площадь сечения трубы;

ε = 0,6 – коэффициент заполнения трубы.

Окончательно пропускная способность трубы при полунапорном режиме

.

 

Трубам, работающим в безнапорном и полунапорном режимах, придается уклон не более

где K – расходная характеристика, определяемая по формуле

 

,

 

где R = /χ – гидравлический радиус, м;

χ – смоченный периметр, м;

C – коэффициент Шези, определяемый по формуле

 

,

где n – коэффициент шероховатости, принимаемый для бетонных и железобетонных труб равным 0,014;

y – показатель степени:

при 0,1< R <1 м;

при 1,0< R <3 м.

Напорный режим протекания воды в трубе (рис. 6.2, в) устанавливается при устройстве специального обтекаемого оголовка.

Пропускная способность трубы при напорном режиме

 

,

 

где = 0,95 – коэффициент скорости для обтекаемого оголовка трубы.

Напорные трубы работают полным сечением при наименьшем подпоре воды перед трубой Н, если им придают так называемый уклон трения

где – расходная характеристика полностью заполненной трубы.

Для круглых труб .

При i_тр>i_w труба не будет работать полным сечением, поскольку напорный режим переходит в безнапорный.

При i_тр<i_w для сохранения пропускной способности трубы необходимо увеличить величину подпора перед трубой на величину

∆H = L(i_w – i_тр),

где L – длина трубы, м.

Для различных режимов протекания воды в круглых и прямоугольных трубах разработаны таблицы [18] с помощью которых можно подобрать диаметр трубы и ее расчетные характеристики (Q_p%, H, l_вых).

Расчет отверстия трубы рекомендуется выполнить в следующей последовательности:

· выбирают тип трубы (круглая или прямоугольная), тип оголовков и режим работы трубы;

· по формулам или таблицам подбирают диаметр круглой трубы или размер сечения прямоугольной трубы;

· определяют глубину подпёртой воды перед трубой H и скорость на выходе из трубы

 

;

 

· вычисляют наименьшую требуемую высоту насыпи у трубы в зависимости от глубины воды перед трубой

 

1) или – для безнапорных труб,

где – толщина стенок трубы; м – толщина засыпки над трубой, но не менее толщины дорожной одежды;

2) – для полунапорных и напорных труб.

Далее производят расчёт размыва русла за сооружением, намечают размеры и тип укрепления. При растекании потока за трубой увеличивается скорость до величины .

Из экономических соображений нецелесообразно устраивать длинные плоские укрепления отводящих русел за трубами. Поэтому ограничиваются устройством коротких укреплений на длину (рис. 6.4),

где d – диаметр круглой трубы или ширина прямоугольной трубы, м.

Тип укрепления назначают в зависимости от величины скорости на выходе из трубы.

Плоское укрепление заканчивается погребённым предохранительным откосом, за которым происходит размыв русла, безопасный для искусственного сооружения, так как отнесён от него на расстояние 3 d.

Глубина заложения предохранительного откоса при угле растекания потока определяется по формуле

 

 

а)

б)

 

Рис. 6.4. Схема укрепления за трубой: а – план, б – поперечный разрез