Проектирование и расчет водопропускных труб
направлением трассы, принимаемой за базис, и визирными лучами на веху. На
каждую веху должны быть сделаны взгляды не менее чем с двух точек трассы.
На плане, ориентируясь на направление трассы, проводят визирные линии.
Если из-за рельефа и растительности на поверхности бассейна нельзя
выполнить съемку указанным методом, применяют обход по водоразделам. При
этом расстояние между вехами определяют лентой или шагомером, а углы
поворота по румбам или азимутам, измеренными буссолью или гониометром.
Если водораздел плоский и неясно выражен на поверхности, бассейн
снимают ходами по тальвегам до водораздела. Измерив длины ходов и
определив их направления, составляют план бассейнов.
Площадь бассейна, очерченного по карте, определяется планиметром,
палеткой или разбивкой бассейна на простейшие геометрические фигуры.
В данном курсовом проекте площадь водосбора определялась по выданной
топографической карте (см. приложение) методом разбивки очерченного на
ней бассейна на квадраты со сторонами 100 м с последующим их
суммированием. Площадь водосборного бассейна, F = 1,64 км2.
Расчет максимальных расходов ведется по ливневому стоку и стоку талых
вод. За расчетный принимается больший из них.
2 Определение максимального расхода от ливневого стока.
Для определения максимального расхода ливневого стока (Qл) необходимы
следующие данные:
1. Ливневой район для заданной области, который определяется по рис. XV.2
[1]. Воронежской области соответствует 6 ливневый район;
2. Площадь водосборного бассейна, принимается по карте, F, км2, F = 1,64
км2;
3. Длина главного лога, определяется по карте, L, м, L = 1820 м;
4. Средний уклон лога, i, ‰, i = (57,92-51,16)/1820 = 4 ‰;
5. Уклон лога у сооружения, iсоор, ‰, iсоор = (52,10-51,16)/320 = 3 ‰;
6. Вероятность превышения паводка для трубы на дороге III категории — 2 %.
Расход ливневого стока, Qл, м3/с, определяется по следующей формуле:
где ачас — интенсивность ливня часовой продолжительности в
зависимости от ливневого района и вероятности превышения
максимальных расходов расчетных паводков, мм/мин. По табл. XV.2
[1] ачас = 0,89;
kt — коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой
продолжительности к интенсивности ливня расчетной
продолжительности, зависящий от длины водосбора L и среднего
уклона лога i, %. По табл. XV.3 [1] kt = 1,39;
F — площадь водосбора, км2, F = 1,64 км2;
? — коэффициент потерь стока, зависящий от вида и характера
поверхности бассейна. По табл. I [2] стр. 23 ? = 0,25;
? — коэффициент редукции (уменьшения), учитывающий неполноту стока,
тем большую, чем больше водосбор. Коэффициент редукции ? зависит
от площади бассейна и вычисляется по формуле:
Тогда расход ливневого стока по формуле (1) равен:
3 Определение максимального расхода от снегового стока.
Максимальный расход талых вод для любых бассейнов (Qт), м3/с,
определяется по формуле:
где k0 — коэффициент дружности половодья;
n — показатель степени зависящий, который как и k0 зависит от рельефа
и климатических условий и определяются по табл. II [2] стр. 23.
По указанной таблице k0 = 0,02, а n = 0,25;
F — площадь водосбора, км2;
?1 — коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов в
заболоченной местности. В данном случае бассейн не заболочен,
поэтому ?1 принимаем равным 1;
?2 — коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов в
залесенных бассейнах. Определяется ?2 по формуле:
где Ал — залесенность водосбора, Ал =0,5, тогда по формуле (4)
?2 =0,7;
hр — расчетный слой суммарного стока той же вероятности превышения,
что и искомый максимальный расход, мм. Определяется по формуле:
где h0 — средний многолетний слой стока, мм, определяемый
по рис. XV.3 [1]. Для Воронежской области h0 = 40 мм;
kр — модульный коэффициент для расчетного расхода.
Величина коэффициента kр зависит от величины коэффициента асимметрии
Cs, который в свою очередь зависит от коэффициента вариации Cv. Величина
коэффициента Cv определяется по карте коэффициентов вариации слоя стока
половодий. По рис. XV.4 [1] Cv = 0,5. Данную величину для бассейнов
площадью менее 200 км2 умножают на коэффициент определяемый по табл. I
[2] на стр. 7 и равный 1,25. Тогда Cv = 0,63.
Коэффициент асимметрии Cs для равнинных водосборов принимается равным:
Величина коэффициента kр определяется по кривым модульных коэффициентов
слоев стока для соответствующей вероятности превышения по рис. XV.5 [1].
kр =2,6.
Тогда по формуле (5) hр = 104 мм, а по формуле (3):
4 Определение пропускной способности трубы при безнапорном режиме.
Безнапорный режим характеризуется незатопленным входным отверстием и
работой трубы неполным сечением, что отвечает условию:
где H — подпор перед трубой, м;
hтр — высота трубы в свету, м.
Принимаем наиболее максимальный расход для определения диаметра трубы,
т. е. ливневый расход равный 4,24 м3/с. Принимаем по выбранному расходу
диаметр трубы (1,5 м) и скорость воды на выходе (3,9 м/с) по табл. IV [2]
стр. 26.
Критическая скорость Vкр, м/с, определяется по формуле:
где Vс — скорость в сжатом сечении, м/с.
Критическая глубина hкр, м, определяется по формуле:
где g — ускорение свободного падения, м/с2.
Глубина воды в сжатом сечении hс, м:
Подпор воды перед трубой определяется по формуле, H, м:
где ? — коэффициент скорости, принимаемый для конического звена
0,97.
Произведем проверку выбранной трубы на высоту подпора трубы по формуле
(7):
Произведем проверку пропускной способности выбранной трубы. Пропускная
способность трубы Qc, м/с3, при безнапорном режиме определяется по
формуле:
где ?с — площадь сжатого сечения в трубе, м2, который определяется
из рис. I [2] стр. 13 из соотношения hc/d = 0,38. По этому графику видно,
что ?/d2 = 0,29. Следовательно, ?с = 0,65 и по формуле (12):
Выбираем одноочковую трубу диаметром 1,5 м.
5 Расчет отверстий труб с учетом аккумуляции воды у сооружения.
Аккумуляция учитывается во всех случаях расчета по преобладающему
ливневому стоку. В результате аккумуляции воды перед трубой образуется
пруд. Время прохождения воды через трубу увеличивается по сравнению с
продолжительностью паводка, вследствие чего происходит снижение
расчетного сбросного расхода в сооружении Qс по сравнению с максимальным
паводочным расходом Qр, что приводит к значительному уменьшению отверстия
трубы. Расчет производится по ливневому стоку с соблюдением условия Qc ?
Qт, где Qт по формуле (3) равно 1,9 м3/с, а Qc по формуле (1) равно 4,24
м3/с. Условие выполняется.
Порядок определения расчетного сбросного расхода в сооружении с учетом
аккумуляции следующий:
1. Вычисляется объем стока W, м3, по формуле:
где ачас — интенсивность ливня часовой продолжительности в
зависимости от ливневого района и вероятности превышения
максимальных расходов расчетных паводков, мм/мин. По табл. XV.2
[1] ачас = 0,89;
? — коэффициент редукции, определяемый по формуле (2). ? = 0,5;
kt — коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой
продолжительности к интенсивности ливня расчетной
продолжительности. По табл. XV.3 [1] kt = 1,39.
2. Определяется крутизна склонов m1 и m2.
3. Для ряда значений H (с интервалом 0,5 м) в форме таблицы вычисляются
объемы пруда аккумуляции Wпр, м3, по формуле:
где H — максимальная глубина в пониженной точке живого сечения при
расчетном уровне подпертых вод, м;
m1, m2, iл — крутизна склонов лога и его уклон.
А также расчетный расход Qс по формуле:
где Qл — максимальный расход дождевых вод, м3/с, определяемый по
формуле (1);
Wпр — объем пруда аккумуляции перед сооружением, м3, вычисляется по
формуле (14);
W — объем ливневого стока, м3, вычисленный по формуле (13);
Kr — коэффициент, учитывающий форму расчетного гидрографа паводка.
Для немуссонных районов равен 0,7.
Точка 1.
Точка 2.
Точка 3.
Таблица 2.1. Определение расчетных сбросных расходов при
различных величинах H.
|Номер |H, м |H3, м3 |Wпр, м3 |Wпр/Kr?W |Qс, м3/с |
|точки | | | | | |
|1 |0 |0 |0 |0 |4,24 |
|2 |0,5 |0,125 |1224 |0,05 |4,03 |
|3 |1 |1 |9792 |0,38 |2,6 |
4. По данным гидравлических характеристик типовых труб (табл. IV [2] стр.
