Определение расчетного расхода ливневых вод

 

Расчетный расход ливневых вод рекомендуется определять по формуле:

 

, м³/с (2.2.1)

 

где – расчетная интенсивность осадков мм/мин, определяется по формуле (2.2.2);

a_p – расчетный коэффициент склонового стока, определяется по формуле (2.2.5);

F – площадь водосбора, км²;

j – коэффициент редукции стока в зависимости от пощади водосбора, определяется по формуле (2.2.8);

К_i – коэффициент, учитывающий влияние крутизны склонов на расчетный расход, определяется по формуле (2.2.9);

К_ф – коэффициент, учитывающий форму водосбора, определяется по формуле: , где L – длина водосбора

Расчетная интенсивность осадков вычисляется по формуле:

 

, мм/мин (2.2.2)

 

где – максимальная часовая интенсивность ливня, определяемая по формуле для заданной вероятности превышения ВП в процентах;

 

, мм/мин (2.2.3)

 

К_t – коэффициент редукции часовой интенсивности ливня, зависящий от площади водосбора F.

При площади водосбора F=10км² и менее принимается К_t=1,0, при площади водосбора F более 10км² коэффициент К_t определяется по формуле:

 

, (2.2.4)

 

Расчетный коэффициент склонового стока:

 

, (2.2.5)

 

где – коэффициент склонового стока при полном насыщении почв водой, определяется по формуле:

 

, (2.2.6)

 

– коэффициент, учитывающий естественную аккумуляцию стока на поверхности водосбора в зависимости от залесенности и почво-грунтов, определяемый при сплошной залесенности при однородных грунтах по всему водосбору по формуле:

 

, (2.2.7)

 

где – коэффициент, учитывающий различную проницаемость почво-грунтов на склонах водосбора (принимается равным 0,04 – 0,09 при суглинках, 0,05 – 0,09 при супесях, песках, задернованных почвах и 0,15 – 0,20 в лесу);

– коэффициент, учитывающий состояние почво-грунтов к началу формирования расчетного паводка, принимается равным 1,05 – 1,10 для суглинков и 1,10 – 1,15 для супесей и песков.

 

Коэффициент редукции максимального стока:

 

, (2.2.8)

 

Коэффициент, учитывающий крутизну склонов:

 

, (2.2.9)

 

где – общий уклон водосбора, ‰.

 

Пример 2.2

Исходные данные. Трасса дороги II технической категории пересекает малый водоток с площадью водосбора F=3,62 км² , длиной главного лога L=2,64 км. Общий уклон лога J=5,54‰. Грунты водосбора – суглинки.

Необходимо определить максимальный расход воды, притекающий к трубе в период ливня.

Решение.

Примем вероятность превышения паводка 2% для дороги II технической категории.

По формуле (2.2.1) находим:

Составляющие формулы (2.2.1) вычислены по (2.2.2) – (2.2.9)

где ,

,

,

,

,

,

,

,

,

Построение графика зависимости расхода воды от глубины

 

График зависимости расхода от глубины воды Q=f(h) необходим для определения бытовой глубины h_б во время расчетного паводка в нестесненном живом сечении водотока после пересечения его дорогой. В качестве расчетного расхода принимают сбросной расход, на который проектируется водопропускное сооружение.

Для построения графика зависимости расхода воды от глубины Q=f(h) задаются несколькими уровнями воды Н и для каждого из них вычисляют глубину потока h на вертикалях, скорости потока на вертикалях, элементарные расходы.

Скорость на вертикалях при глубине воды h_i вычисляют по формуле:

 

, (2.3.1)

 

где m – коэффициент, учитывающий шероховатость лога и склонов;

J_с – уклон лога у сооружения в долях единицы.

 

Коэффициент m назначается для ровного земляного русла – 25, извилистого или заросшего русла (ручей) – 20, сильно заросшего – 10 – 15.

Элементарный расход на вертикалях рассчитывается по формуле:

 

, (2.3.2)

 

Расход в элементе живого сечения при расстоянии между вертикалями L_i рассчитывается по формуле:

 

, (2.3.3)

 

где – элементарные расходы на соседних вертикалях.

 

По данным об элементарных расходах строят их эпюру по ширине живого сечения потока. Суммарный расход при данном уровне равен площади эпюры элементарных расходов.

Расчет производят в табличной форме (табл. 2.3.1)

Таблица 2.3.1

Заданный уровень Н	Отметка дна на вертикали, Нi	Глубина на вертикали, hi	Скорость на верти-кали, Vi	Элементарный расход на вертикали qi	Расстояние между вертикалями, Li	0,5(q1+ q2)	Qi

Пример 2.3

 

Исходные данные. Уклон водотока у сооружения 10%_o, русло сильно заросшее (m=15).

 

Поперечное сечение водотока характеризуется черными отметками, приведенными в метрах:

 

Таблица 2.3.2

Пикет, плюс	0+00	0+10	0+15	0+18	0+21	0+24	0+29	0+36
Отметки	68,00	67,50	67,00	66,00	66,00	67,00	67,50	68,00

 

Требуется построить график зависимости Q=f(h).

 

Задаем уровень воды 67,00, вычисляем глубины (рис.2.3.1а) на вертикалях, соответствующих точкам 0+18, 0+21, и вычисляем скорости движения воды по формуле (2.3.1), элементарные расходы по формуле (2.3.2). Эти данные заносим в таблицу 2.3.2 и строим эпюру элементарных расходов (рис.2.3.1а). Эта эпюра состоит из двух треугольников и прямоугольника. Вычисляем их площадь и заносим в таблицу 2.3.2 (графа 7). Суммарная площадь эпюры равна расходу при уровне 67,00.

Принимаем отметки уровня 67,50 и 68,00 и проводим аналогичные вычисления. Строим эпюры элементарных расходов (рис.2.3.1б, 2.3.1в), вычисляем их площади (табл. 2.3.2), равные расходами при уровнях 67,50 и 68,00. Уровням 67,00; 67,50 и 68,00 (рис.2.3.1) соответствуют максимальные глубины 1,0; 1,50; и 2,0 м и расходы (табл. 2.3.2) 9,0; 21,47 и 47,66 м³/с.

По полученным данным строим график зависимости расхода воды от глубины Q= f (h) (рис 2.3.1) .

 

 

Рисунок 2.3.1 Живое сечение водотока и эпюра элементарных расходов воды при уровнях: а) 67.00; б) 67.50; в) 68.00

Таблица 2.3.2

Заданный уровень Н	Отметка дна Нi	Глубина hi	Скорость Vi	Элементарный расход qi	Расстояние Li	Qi
67,00	67,00					2,25
66,00		1,50	1,50		4,50
66,00		1,50	1,50		2,25
67,00					Сумма
	9,0
67,50	67,50					1,181
67,00	0,5	0,945	0,472		5,131
66,00	1,5	1,966	2,948		5,131
66,00	1,5	1,966	2,948		8,845
67,00	0,5	0,945	0,472		1,181
67,50					Сумма
	21,47
68,00	68,00					2,362
67,50	0,5	0,945	0,472		4,931
67,00		1,5	1,5		9,393
66,00		2,381	4,762		14,287
66,00		2,381	4,762		9,393
67,00		1,5	1,5		4,931
67,50	0,5	0,945	0,472		2,362
68,00					Сумма
	47,66

Рис. 2.3.2 График зависимости Q= f (h) по данным примера