Определение расчетного расхода воды дождевых паводков и от талых вод

Исходные данные

' Величина расхода ливневых вод зависит от следующих основных факторов: количества осадков и продолжительности ливня, площади водосбора, длины главного лога, уклонов склонов водосбора, типа растительности, наличия озер, болот в бассейне и типа почв по впитыванию.

Площадь водосборного бассейна определяют по карте масштаба 1:25000 или 1:10000. Длину главного лога Lопределяют от точки пересечения дороги с водотоком до вершины водораздела.

Уклон русла (лога) определяется по формуле

где H₁- отметка водораздельной точки в вершине главного лога, м;

H₂ - отметка диалога в месте пересечения его трассой автомобильной дороги, м;

L- длина главного лога. км.

Средний уклон водосбора рассчитывается по формуле

где ∆ - цена деления между смежными горизонталями, м; ∑S - сумма длин всех горизонталей в пределах площади водосборного бассейна, км; F- площадь водосборного бассейна, определяемая по карте, км².

Определение расчетного расхода по СНиП 2.01.14-83

Максимальный расход воды от дождевых паводков Qр% с вероятностью превышения Р_%для водосборов площадью менее 50 км ² для тундровой и ле­сотундровой зон и менее 100 км² для остальных природных зон определяют по формуле предельной интенсивности стока

где - максимальный модуль стока при вероятности превышения Р=1 %. выраженный в долях от произведения (qН_1%) при =1;( - сбор­ный коэффициент стока; Н_1% - суточный слой осадков вероятностью превышения P=1 %. мм:. - переходный коэффициент от максимальных расходов воды с вероятностью превышения Р =1 % к максимальным расходам воды другой вероятности превышения , -коэффициент, учитывающий снижение максимального стока рек, зарегулированных проточными озерами; при отсутствии озер принимают = 1

Сборныйкоэффициент стока определяют по формуле φ_о - сборный коэффициент стока для водосборов площадью 10 км , средним уклоном водосбора i_B = 50 %_о; с₂ - эмпирический коэффициент, принимаемый для лесной и тундровой зон равным 1,2; для остальных природных зон - 1,3; n₆- параметр, который принимается для лесотундры и лесной зоны равным 0,07, для остальных природных зон - 0,11; п₅- параметр, который принимается по табл; i_B -средний уклон водосбора, % '

Значение φ для горных рек принимают по табл П.2.7.

При среднем значении уклона водосборов i_B> 150 %„ значение сборного коэффициента стока φ определяется как для i_B=150 %„ и принимается постов янным, независимо от величины i_B.

Максимальный модуль стока q_’1% определяют по табл. в зависимости от гидроморфометрической характеристики русла водотока (Ф_Р) и продолжительности склонового добегания t_CK.

Гидроморфометрическую характеристику водотока определяют по формуле

где - т_р - гидравлический параметр русла, значения которого принимаются по табл; т - параметр, определяемый по табл.

Продолжительность склонового добегания t_CKпринимают в первом приближении для водотоков, расположенных в лесной и тундровой зонах;

Определение расчетного расхода по способу МАДИи института Союздорпроект

Так как расчет ливневого стока по методике СНиП 2 01 14-83 неполон (не учитывает аккумуляцию части объема стока перед сооружением), расчет может быть реализован по формулам, более подходящим для проектированиятранспортных сооружений. Одним аз таких способов является расчет, разработанный МАДИ и институтом Союздорпроект.

Расчетный расход воды от ливневого стока определяется по формуле

где -расчетная интенсивности ливня мм/мин; α- коэффициент потерь стока, зависящий от вида поверхности бассейна и его площади; φ_р - коэффициент редукции.

Расчетная интенсивность ливня зависит от расчетной вероятности превышения, продолжительности ливня и района строительства дороги (ливневого района). Ливневый район определяют по карте. Расчетная интенсивность ливня определяют по формуле

где а_час - интенсивность ливня часовой продолжительности, мм/мин, К_t- коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчетной продолжительности t, который зависит от длины лога, его уклона и

Коэффициент редукции вычисляется по формуле

Объем ливневого стока

Расчет отверстия водопропускных труб с учетом аккумуляции воды перед сооружением

При развалистых или слабо выраженных логах с малыми уклонами образование подпора перед сооружением сопряжено с подтоплением значительных по площади участков и накоплением перед земляным полотном дороги больших объемов ливневых вод. Расход воды в отверстии сооружения оказывается часто во много раз меньшим расчетного расхода бассейна. В этом случае определение отверстия сооружения для пропуска ливневого стока должно производиться с учетом аккумуляции воды перед сооружением. Аккумуляцию не учитывают при расчетах отверстий искусственных сооружений в следующих случаях:

• на водотоках с большими уклонами главного русла;

• при небольших расчетных расходах воды;

• в том случае, когда искусственно создаваемый водоем затапливает обширные площади плодородных почв с ценными культурами.

• при наличии в период паводка корчехода и большого объема взвешенных частиц.

• на водотоках с наледями,

• при скорости потока в естественном состоянии, близкой к скорости воды в сооружении

• при расчете на пропуск паводков от талых вод

Объем накопившейся воды W_npпри общем объеме стока Wзависит от рельефа участка местности, в пределах которого образуется временный водоем.

При расчетах принимают, что склоны бассейна имеют однообразные уклоны 1:m₁ и 1 :m₂и пруд имеет форму треугольной призмы (рис.2.1) Тогда объем пруда перед сооружением равен

где m_1ит₂- коэффициенты заложения склонов лога; H - предельный подпор перед сооружением; i_л- уклон лога у сооружения (для участка длиной 300 м выше

где Н₃₀₀- отметка точки лога, расположенной выше на 300 м от сооружения.

При расчете отверстий труб с учетом аккумуляции принимают объем, пруда равным полному объему стока W_np= Wи находят максимально возможный подпор перед сооружением по формуле

Расчет отверстий водопропускных труб

Выбор типа и отверстия водопропускных труб зависит от расхода воды, режима их работы, высоты насыпи.

После определения расходов различного происхождения определяют расчетный расход, на пропуск которого рассчитывается отверстие сооружения _Qрасч. Если максимальный расход от талых вод больше максимального расхода от ливневых вод Q,_т>Q_л. то за расчетный принимают расход от талых вод Qрасч=Q_т

Если максимальный расход от ливневых вод больше расхода от талых вод Qт >Q_т и образование пруда перед сооружением невозможно, то за расчетный принимают расход от ливневых вод Qрасч=Q_л Если перед сооружением возможно образование пруда, то расчет ведут с учетом аккумуляции воды перед сооружением.

Различают следующие режимы работы труб:

• безнапорный режим - входное отверстие не затоплено и на всем протяжении трубы поток имеет свободную поверхность; подпор Н на входе в трубу меньше высоты трубы или превышает ее не более чем на 20 %

• полунапорный режим - на входе труба работает полным сечением; входное отверстие затоплено, а на всем остальном протяжении поток в труб имеет свободную поверхность. Этот режим возникает при оголовках обычных типов, когда подпор превышает высоту трубы на входе более чем на 20 %

напорный режим- входное отверстие затоплено и на большей части длины труба работает полным сечением.

При пропуске расчетных паводков трубы должны работать в безнапорном режиме. Устройство водопропускных труб на автомобильных дорогах, рабо­тающих в полунапорном или

напорном режиме, допускается как исключение и при условии принятия конструктивных мер. обеспечивающих устойчивость труб и земляного полотна против фильтрации воды.

С хемы расчета минимальной отметки бровки земляного полотна над трубой при безнапорном режиме. Расчет производится по формуле

где Н₂- отметка дна лога; d_mp- диаметр трубы; - толщина звена для круглых труб или плиты перекрытия для прямоугольных труб; - толщи­на засыпки над трубой ( =0,5 м).

При полунапорном и напорном режимах работы расчет минимальной отметки бровки земляного полотна производится по формуле

где Н_n- подпор воды перед трубой

Расчет отверстия малого моста

Гидравлический расчет малого моста сводится к определению его отвер­стия, соответствующего расчетному расходу, который должен пропустить мост, и условиям протекания воды под мостом.

При расчете сооружений на малых водотоках необходимо знать глубину и скорость течения воды в естественном русле произвольной формы при Q_pacч , т.е. в бытовых условиях до строительства сооружения, которые называют бытовой глубиной h_би бытовой скоростью V_б

Бытовую глубину определяют методом подбора. Принимают русло водотока в поперечном сечении имеющее очертание треугольника (рис. 2.4).

Уклоны склонов (i) и коэффициенты заложения склонов лога (т) рассчитываются по формулам

З адаются бытовой глубиной h_б, . Площадь живого сечения при заданной бытовой глубине определяется по формуле

Гидровлический радиус(R) и бытовая скорость определяется по формуле

где С - коэффициент Шези, определяется в зависимости от характеристики русла п , /., i_л- уклон лога у сооружения

Расход воды для принятой бытовой глубины h_бопределяют по формуле

Полученный расход сравнивают с расчетным расходом Q_расч Расхожде­ние должно быть не более 5 %, если оно больше, то задаются новым значением h_би повторяют расчет.

Подходы к мостам обычно стесняют живое сечение потока, вследствие чего перед сооружением образуется подпор, а в самом сооружении возникают скорости, превышающие бытовые.

При нормальных условиях эксплуатации моста могут быть два режима протекания потока под мостом ( рис. 2.5 ):

• 

  свободное истечение потока (незатопленный водослив), когда уровень воды за мостом не влияет на условия протекания воды под мостом;

несвободное истечение (затопленный водослив), при котором уровень во ды за мостом влияет на условия протекания

Расчет отверстия моста по схеме незатопленного водослива производится следующей последовательности

1. Назначают тип укрепления под мостом и устанавливают допустимую скорость потока V_д .

2. Определяют наибольшую скорость под мостом в сжатом сечении

3. Вычисляют глубину подпертой воды перед мостом по формуле

4 Определяют объем пруда перед мостом по формуле

(2.10).

5. Находят отношение W_np/Wи по табл. определяют коэффициент аккумуляции воды

6 Вычисляют расход воды в сооружении с учетом аккумуляции

7. Определяют отверстие моста по формуле

8. Величина отверстия моста округляется до значения ближайшего типо­вого пролета b_m и определяется глубина подпертой воды Н_m, и cкорость V_mдля типового пролета по формулам

По найденной скорости определяют критическую глубину h_Kjt. которая

установится под мостом

(2.29)

10 Если h_b< 1,3 h_Kp - то водослив не затоплен и произведенный расчет справедлив для данного сооружения, если h_b^> 1,3 h_Kp, необходимо выбрать другой тип укрепления и повторить расчет.

Минимальная отметка настила моста определяется в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2 6. Расчет ведется по формуле

где 0,88 - коэффициент, учитывающий понижение уровня воды при входе пото­ка под мост, - возвышение низа пролетного строения над уровнем воды ( -0,5 м, а при наличии корчехода -1,0 м); h_кон-строительная высота пролет­ного строения

Бровка насыпи у моста должна быть поднята над подпертым уровнем во­да не менее чем на толщину дорожной одежды.