3 Гидрологический и гидравлический расчет дождевой сети

Гидрологическим расчетом определяются расчетные расходы на расчетных участках и в расчетных сечениях коллекторов дождевой сети. Каждый коллектор разбивается на расчетные участки. Каждый участок рассчитывается на пропуск расхода, формирующегося на низовом конце этого участка (рис. 2). Границы участков определяются местами присоединения боковых коллекторов и лотков или изменением уклонов. Диаметр трубы коллектора определяется по расходу в низовом сечении.

Для определения площадей стока, тяготеющих к отдельным участкам сети, бассейн водоотведения разбивают на площади. В закрытую сеть на участке 1-2 вода попадает через дождеприемники, стекая по рельефу (в точке 2 восстанавливают перпендикуляр к горизонталям). Площадь I относится к участку 1-2, II относится к участку 2-3 и т.д.

Рисунок 2 – Схема разбивки коллектора на расчетные участки

Гидравлическим расчетом определяется скорость течения воды в трубах и, в конечном итоге, устанавливаются размеры (диаметр) коллектора дождевой сети.

Расчетный расход дождевых вод, л/с, находят по формуле

q_r – расход дождевых вод, определенный по методу предельных интенсивностей;

β – коэффициент, учитывающий заполнение сети в момент возникновения напорного режима (табл. 1).

Таблица 1 – Значение коэффициента β

Показатель степени n	≤0,4	0,5	0,6	≥0,7
Значение коэффициента β	0,8	0,75	0,7	0,65

Примечания:

1.При уклонах местности 0,01-0,03 указанные значения коэффициента β следует увеличивать на 10-15% и при уклонах местности свыше 0,03 принимать равными единице.

2.Если общее число участков на дождевом коллекторе или на притоке менее 10, то значение β при всех уклонах допускается уменьшать на 15% при числе участков менее 4.

Расчетная интенсивность дождя определяется из условия, что продолжительность дождя равна времени добегания воды от наиболее удаленной точки бассейна до рассматриваемого (расчетного) сечения коллектора. При этом рассматривается дождь определенной вероятности повторения.

Продолжительность дождя, равная времени добегания воды, названа критической продолжительностью, а интенсивность такого дождя называется предельной интенсивностью.

Расход дождевых вод q_r, л/с

z_mid – среднее значение коэффициента, характеризующего поверхность бассейна стока;

t_r – расчетная продолжительность дождя, мин;

F – площадь, га;

А – расчетный параметр, являющийся функцией вероятности выпадения дождя (повторяемости), климатических характеристик местности и интенсивности дождя двадцатиминутной продолжительности (при вероятности превышения один раз в год)

q₂₀ – интенсивность дождя продолжительностью 20 мин при вероятности выпадения один раз в год (для данной местности), л/с на 1 га [1, черт. 1 или табл. 2 данного пособия];

m_r – среднегодовое количество дождей [1, табл. 4 или табл. 2 данного пособия];

Р – период однократного превышения расчетной интенсивности дождя в годах (1, табл. 5 или табл. 5 данного пособия);

n – показатель степени [1, табл. 4 или табл. 2 данного пособия];

γ – показатель степени [1, табл. 4 или табл. 2 данного пособия].

Таблица 2 – Основные расчетные параметры дождей

Город	Показатель степени n при повторяемости Р, лет				Интенсивность дождя q20, л/с га, с периодом превышения Р=1 год	mr	γ	Глубина промерзания, м
	≥ 3,5	3,5…1,4	1,4…0,7	< 0,7
1	2	3	4	5	6	7	8
Мурманск Архангельск Вологда Сыктывкар Ухта (Печеры) С Петербург Псков Новгород Смоленск Ярославль Москва Калуга Владимир Рязань Тамбов Воронеж Кострома Н Новгород Йошкар-Ола Чебоксары Киров Казань Самара Пенза Оренбург Саратов Астрахань Краснодар Ставрополь Уфа Златоуст Екатеринбург Курган Челябинск Магнитогорск Сургут Тюмень Омск Томск Новосибирск Барнаул Улан-Удэ Хабаровск Владивосток Волгоград Курск Тобольск Пермь Ульяновск	0,67 0,70 0,71 0,72 0,70 0,70 0,73 0,73 0,70 0,71 0,69 0,74 0,73 0,73 0,71 0,70 0,69 0,66 0,66 0,66 0,71 0,72 0,71 0,72 0,73 0,71 0,69 0,64 0,60 0,72 0,71 0,72 0,69 0,75 0,75 0,73 0,69 0,69 0,69 0,67 0,67 0,66 0,61 0,46 0,67 0,62 0,69 0,70 0,71	0,57 0,74 0,71 0,73 0,66 0,73 0,75 0,75 0,68 0,71 0,72 0,76 0,74 0,74 0,76 0,70 0,73 0,72 0,72 0,72 0,73 0,74 0,74 0,74 0,74 0,73 0,60 0,66 0,65 0,73 0,75 0,70 0,68 0,69 0,69 0,71 0,70 0,74 0,74 0,69 0,69 0,67 0,67 0,46 0,73 0,72 0,70 0,7 0,73	0,39 0,68 0,70 0,67 0,56 0,69 0,71 0,71 0,70 0,68 0,74 0,73 0,71 0,71 0,73 0,69 0,72 0,73 0,73 0,73 0,66 0,67 0,74 0,73 0,65 0,69 0,58 0,67 0,60 0,74 0,74 0,69 0,66 0,56 0,56 0,65 0,75 0,75 0,72 0,73 0,73 0,63 0,65 0,48 0,61 0,74 0,75 0,76 0,69	0,35 0,44 0,47 0,48 0,36 0,58 0,59 0,59 0,66 0,57 0,66 0,63 0,67 0,67 0,66 0,64 0,63 0,70 0,70 0,79 0,55 0,55 0,62 0,58 0,34 0,49 0,46 0,59 0,54 0,63 0,56 0,55 0,46 0,39 0,39 0,48 0,69 0,65 0,53 0,46 0,46 0,39 0,60 0,51 0,33 0,68 0,69 0,54 0,49	24,4 57,5 72,5 57,5 43,7 78,8 93,9 81,8 93,0 74,2 91,0 105,0 96,3 89,4 92,7 83,8 82,5 86,8 83,3 79,8 72,8 64,6 72,2 79,1 52,8 75,8 49,0 108,0 88,4 62,2 86,2 77,2 51,5 60,1 48,5 50,0 84,2 63,4 75,4 74,1 70,8 40,7 98,8 108,0 62 106 84,2 78,0 75,8	101 107 130 158 85 180 91 153 213 129 152 196 128 157 84 176 229 144 198 193 203 195 198 172 102 92 62 218 121 271 266 117 140 109 296 131 255 104 139 176 164 217 136 68 79 174 255 248 92	1,33 1,33 1,33 1,54 1,82 1,54 1,33 1,54 1,82 1,54 1,54 1,82 1,54 1,82 1,33 1,82 1,82 1,54 1,82 1,82 1,82 1,82 1,82 1,82 1,54 1,54 2,22 2,22 1,54 1,82 1,82 1,33 1,82 1,54 2,22 1,33 2,22 1,54 1,54 1,82 1,82 2,22 1,82 1,54 1,54 1,81 2 2 0,65	1,5 1,8 1,4 1,2 1,4 1,2 1.4 1.4 1,5 1,5 1,5 1.7 1,7 1,6 1,5 1,8 1,5 1 1,8 1,9 2 1,9 2,2 2,2 1,2 1,2 2,2 1,9 1,7

Продолжительность расчетного дождя t_r принимается равной продолжительности добегания воды от наиболее удаленной точки бассейна до расчетного сечения и складывается из времени добегания воды от наиболее удаленных точек квартала и микрорайона до лотка проезжей части улицы (t_con), времени протекания воды по лотку до ближайшего водоприемного колодца (t_can), времени протекания воды по трубам водосточной сети до рассматриваемого расчетного сечения (t_р). Таким образом, (рис. 3)

t_r = t_con + t_can + t_р.

А-А – расчетное сечение, В – наиболее удаленная тока квартала;

1 – дождевая уличная водоотводящая сеть, 2 – лоток,3 – дождеприемник

Рисунок 3 – Схема к определению продолжительности расчетного дождя

Время добегания воды от наиболее удаленной точки квартала или микрорайона до лотка проезжей части, называемое временем поверхностной концентрации – t_con, принимают равным 5…10 мин (без расчета). Меньшая продолжительность добегания принимается при наличии преимущественно водонепроницаемых поверхностей и явно выраженном уклоне местности. При наличии озелененной территории, грунтовых участков в естественном или спланированном состоянии время добегания принимается равным 10 мин и даже может быть увеличено до 20 мин (в зависимости от состояния поверхности стока – наличия неровностей, ям и т.п.).

Продолжительность протекания воды по лотку проезжей части улицы определяют из выражения, мин

,

l_can - длина участков лотков, м;

ν_can – расчетная скорость течения воды на участке, м/с.

Продолжительность протекания воды по трубам, мин, до расчетного сечения определяется как сумма продолжительности пробега по расчетным участкам до рассматриваемого сечения по формуле

,

l_р – длина расчетных участков коллектора, м;

ν_р – расчетная скорость течения воды на участке, м/с.

Выпадающие на территории города атмосферные осадки далеко не полностью стекают и поступают в водосточную сеть. Часть осадков впитывается в почву, часть остается в виде смачивающего слоя на водонепроницаемых поверхностях и испаряется в атмосферу. При определении расчетного расхода этот факт учитывается с помощью коэффициента стока. Коэффициент стока имеет переменную величину, которая зависит от продолжительности и интенсивности дождя, характера покрытия на поверхности территории, уклона стока (табл. 3). В случае преобладания водонепроницаемых поверхностей коэффициент стока принимают не зависящим от интенсивности и продолжительности дождя (табл.4).

Таблица 3 – Значение коэффициента стока

Поверхность	Коэффициент z
Кровля зданий и сооружений, асфальто­бетонные покрытия дорог	Принимается по табл. 4
Брусчатые мостовые и черные щебеночные покрытия дорог	0,224
Булыжные мостовые	0,145
Щебеночные покрытия, не обработанные вяжущими	0,125
Гравийные садово-парковые дорожки	0,09
Грунтовые поверхности (спланированные)	0,064
Газоны	0,038

Таблица 4 – Значение коэффициента стока для водонепроницаемых поверхностей

Параметр А	Коэффициент z для водонепроницаемых поверхностей
300	0,32
400	0,30
500	0,29
600	0,28
700	0,27
800	0,26
1000	0,25
1200	0,24
1500	0,23

Для каждого бассейна выводится средний коэффициент стока. Средний коэффициент стока определяют исходя из частных коэффициентов стока для разных поверхностей на рассматриваемой территории z_mid

,

z_i – частные коэффициенты стока для разных поверхностей;

f_i – доля площади соответствующих поверхностей.

При нормальных условиях работы коллектор дождевой сети должен полностью пропускать расчетные расходы. В зависимости от условий работы коллектора и с учетом последствий при выпадении дождей, превышающих расчетный уровень, устанавливается период однократного выпадения дождей с расчетной интенсивностью.

Период однократного выпадения (или вероятность выпадения расчетного дождя) с расчетной интенсивностью принимается в зависимости от назначения обслуживаемой водостоком территории, вертикальной планировки этой территории, площади бассейна (табл. 5).

Таблица 5 – Вероятность выпадения расчетного дождя

Условия расположения коллекторов		Период однократного превышения расчетной интенсивности дождя Р, годы, для населенных пунктов при значениях q20
местного значения	на магистральных улицах	до 60	св. 60 до 80	св. 80 до 120	св. 120
Благоприятные и средние	Благоприятные	0,33—0,5	0,33—1	0,5—1	1—2
Неблагоприятные	Средние	0,5—1	1—1,5	1—2	2—3
Особо неблагоприятные	Неблагоприятные	2—3	2—3	3—5	5—10
—	Особо неблагоприятные	3—5	3—5	5—10	10—20

Примечания:

1. Благоприятные условия расположения коллекторов:

бассейн площадью не более 150га имеет плоский рельеф при среднем уклоне поверхности 0,005 и менее;

коллектор проходит по водоразделу или в верхней части склона на расстоянии от водораздела на более 400м.

2. Средние условия расположения коллекторов:

бассейн площадью свыше 150га имеет плоский рельеф с уклоном 0,005м и менее;

коллектор проходит в нижней части склона по тальвегу с уклоном склона 0,02м и менее, при этом площадь бассейна не превышает 150га.

3. Неблагоприятные условия расположения коллекторов:

коллектор проходит в нижней части склона, площадь бассейна превышает 150га;

коллектор проходит по тальвегу с крутыми склонами при среднем уклоне склонов свыше 0,02.

4. Особо неблагоприятные условия расположения коллекторов: коллектор отводит воду из замкнутого пониженного места (котловины).