Практическая работа № 3

Тема: Гидравлический расчет лотка проезжей части.

Цель: Произвести расчет параметров потока в лотке

Порядок выполнения работы:

1. Получить у преподавателя исходные данные для расчета гидравлического лотка проезжей части.

2. Произвести расчеты согласно выданному варианту.

3. Оформить и защитить отчет у преподавателя.

Теоретический материал.

В различных случаях важно знать или наполнение сооружения поверхностного водоотвода, или скорость протекания воды в нем. В городских условиях для сооружений закрытой системы водоотвода наиболее важно знать их наполнение. Глубины и скорости определяются, как правило, только для конечных точек расчетных участков (между дождеприемными колодцами - для лотка проезжей части).

Для определения скорости течения воды по лотку используем формулу Шези:

(3.1)

где С - коэффициент, который по формуле Маннинга, равен

(3.2)

R - гидравлический радиус потока,

n - коэффициент гидравлической шероховатости (для лотков на улицах города коэффициент гидравлической шероховатости может быть принят равным 0,02),

J - уклон потока (продольный уклон улицы по лотку проезжей части).

Уклоны измеряются в тысячных долях (например J=0,500=22,5º=1:2)

Перепишем формулу Шези с учетом формулы Маннинга и величины коэффициента гидравлической шероховатости:

V = 50 ∙ R^2/3 ∙ J^1/2 (3.3)

Расход воды

Q = ω ∙V или Q = 50 ∙ R^2/3 ∙ J^1/2 (3.4)

В выражениях для скорости и расхода потока множители перед уклоном принято объединять, обозначать единым показателем и называть:

для скорости W = 50 ∙ R^2/3 ‑ скоростная характеристика расчетного сечения потока;

для расхода K = ω ∙50 ∙ R^2/3 ‑ расходная характеристика расчетного сечения потока.

W и K зависят от геометрического очертания и размеров поперечного сечения потока и определяются по формуле:

(3.5)

Имеются стандартные поперечные сечения водоотводных сооружений. Для лотка проезжей части поперечное сечение имеет вид, показанный на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 ‑ Схема к расчету лотка проезжей части

Допустим, задана форма потока, протекающего по стандартному поперечному сечению. Для разных глубин можно вычислить характеристики потока W и K, построить график их зависимости от глубины (3.3).

Порядок расчета лотка (и любого другого водоотводного сооружения).

1. Подсчитывается фактический расход потока по формуле

Q_Ф = q ∙ F ∙ ψ ∙ η , л/с (3.6)

где q=q₂₀ - интенсивность расчетного дождя, л/с на 1 га территории;

F - площадь бассейна, га;

ψ - коэффициент стока;

η - коэффициент, учитывающий неравномерность выпадения дождя.

Учитывается неравномерность выпадения дождя по площади и принимается по таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Неравномерность выпадения дождя по площади

Площадь бассейна, га	800	1000	2000	4000	6000	8000	10 000
Значение коэффициента η	0,95	0,90	0,85	0,8	0,7	0,6	0,55

Среднее значение коэффициента стока ψ принимаем по таблицам 3.2, 3.3 (расчет вести для асфальтобетонных покрытий).

Таблица 3.2 - Среднее значение коэффициента стока

Поверхность	Коэффициент ψ
Кровля зданий и сооружений, асфальтобетонные покрытия дорог	Принимается по таблице 3
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 3.3 - Коэффициент ψ для водонепроницаемых поверхностей

Параметр А	Коэффициент ψ 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

Параметр А определяется по результатам обработки многолетних записей самопишущих дождемеров, зарегистрированных в данном конкретном пункте. При отсутствии обработанных данных допускается параметр А определять по формуле:

(3.4)

где q₂₀ - интенсивность дождя, л/с на 1 га, для данной местности продолжительностью 20 минут при Р = 1 год, определяемая по рисунку 3.2;

п - показатель степени, определяемый по таблице 3.4;

т_r - средние количество дождей за год, принимаемое по таблице 4;

Р - период однократного превышения расчетной интенсивности дождя, принимаемый по таблице 3.6;

γ - показатель степени, принимаемый по таблице 3.4.

Рисунок 3.2 – Интенсивность дождя в зависимости от территории

Таблица 3.4 – Показатели при расчете коэффициента стока

Район	Значение n при		mr	
	Р  1	Р  1
Побережья Белого и Баренцева морей	0,4	0,35	130	1,33
Север европейской части СССР и Западной Сибири	0,62	0,48	120	1,33
Равнинные области запада и центра европейской части СССР	0,71	0,59	150	1,54
Равнинные области Украины	0,71	0,64	110	1,54
Возвышенности европейской части СССР. западный склон Урала	0,71	0,59	150	1,54
Восток Украины, низовье Волги и Дона, Южный Крым	0,67	0,57	60	1,82
Нижнее Поволжье	0,66	0,66	50	2
Наветренные склоны возвышенностей европейской части России и Северное Предкавказье	0,7	0,66	70	1,54
Ставропольская возвышенность, северные предгорья Большого Кавказа, северный склон Большого Кавказа	0,63	0,56	100	1,82
Южная часть Западной Сибири, среднее течение р. Или, район оз. Але-Куль	0,72	0,58	80	1,54
Предгорья Алтая	0,74	0,66	80	1,82
Джунгарский Алатау, Кузнецкий Алатау, Алтай	0,61	0,48	140	1,33
Северный склон Западных Саян	0,49	0,33	100	1,54
Средняя Сибирь	0,69	0,47	130	1,54
Восточная Сибирь	0,6	0,52	90	1,54
Бассейны Шилки и Аргуни, долина Среднего Амура	0,65	0,54	100	1,54
Бассейны Колымы и рек Охотского моря, северная часть Нижнеамурской низменности	0,36	0,48	100	1,54
Побережье Охотского моря, бассейны рек Берингова моря, центр и запад Камчатки	0,35	0,31	80	1,54
Восточное побережье Камчатки южнее 56 с. ш.	0,28	0,26	110	1,54
Побережье Татарского пролива	0,35	0,28	110	1,54
Район оз. Ханка	0,65	0,57	90	1,54
Бассейны рек Японского моря, о. Сахалин, Курильские о-ва	0,45	0,44	110	1,54

Таблица 3.5 – Значение предельного периода превышения интенсивности дождя (для таблицы 3.4)

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 150 га имеет плоский рельеф при среднем уклоне поверхности 0,005 и менее;

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

2. Средние условия расположения коллекторов:

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

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

3. Неблагоприятные условия расположения коллекторов:

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

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).

Для расчета брать благоприятные условия на магистральных улицах.

Таблица 3.6 – Значение предельного периода превышения интенсивности дождя

Характер бассейна, обслуживаемого коллектором	Значение предельного периода превышения интенсивности дождя Р, годы, в зависимости от условий расположения коллектора
	благоприятных	средних	неблагоприятных	особо неблагоприятных
Территории кварталов и проезды местного значения	10	10	25	50
Магистральные улицы	10	25	50	100

2. Построить графики расходной и скоростной характеристики потока, подставляя различные значения (около 3, 4-х) высоты потока h (м). Брать 0,05; 0,1; 0,15; 0,2 м.

Рисунок 3.3 ‑ Расходная и скоростная характеристики потока (Q_ф в м³/с)

Расходная К и скоростная W характеристика потока рассчитываются по формулам:

W = 50 ∙ R^2/3  K = ω ∙50 ∙ R^2/3

Для построения кривых расходной и скоростной характеристик используются следующие зависимости (рисунок 3.4):

Рисунок 3.4 ‑ Схема к расчету гидравлического радиуса потока

площадь поперечного сечения потока:

смоченный периметр:

гидравлический радиус:

2. По величине расхода и уклона лотка проезжей части подсчитывают расходную характеристику расчетного сечения потока К.

3. Значение расходной характеристики K_ф откладывают на оси абсцисс графика рисунка и графически находят фактическую глубину потока h_ф, соответствующую расходу Q_ф , м³/ч.

4. Из точки пересечения горизонтальной линии, проведенной на уровне h_ф, с кривой W находим по графику значение скоростной характеристики потока W_ф, а затем подсчитываем и фактическую скорость потока:

где J - уклон лотка.

Контрольные вопросы:

1. От чего зависит скорость течения воды по лотку?

2. От чего зависят скоростная и геометрическая характеристика лотка?

3. Как подсчитывается фактический расход потока?

4. От чего зависит коэффициент стока?

5. Как графику расходной и скоростной характеристики потока найти фактическую расходную и скоростную характеристику?

6. Что такое гидравлический радиус потока?