Ответы на вопросы по дисциплине Проектирование

1. Схемы таяния снега. Расчетный расход.

На малых водотоках паводки происходят от таяния снега весной и ливня летом.

Таяние снега может происходить пол действием солнечных лучей (солярное) или тёплых масс воздуха (адвективное).

Для климатических условий РБ расчётным является случайное адвективное таяние снега, сорповождающееся наличием дождей.

Методика определения объёма расхода талых вод разработана А.П. Лебедевым на основании предположений о наличии в фазе подъёма слоя стока h_п, мм на площади водосбора F, км².

Гидрограф стока, при таяние снега.

А) Солярное. Б) Адвективное

Q

Q

Q_сн

Q_сн Фаза подъёма

max

14 24 t 24 t

Время суток 14

Время суток

Объём стока определяется по формуле:

W = 0,001 · h_п ·F · 10⁶ = 100· h_п · F, м³.

Этот объём стока в фазе подъёма равен площади годрографа.

W = 0.5· (Q_о + Q_сн) · t_n · 3600· ƴ, где:

Q_о – начальный расход в фазе подъёма, м³;

Q_сн – максимальный объём днём, м³;

t_n – продолжительность фазы подъёма, час;

ƴ - коэффициент полноты гидрографа, учитывая различия площади прямолинейной и криволинейной трапеции.

Q_о = £ · Q_сн ;

W = 0.5· 3600 · (£ + 1) · Q_сн · t_n · ƴ

Q_сн = 0.56·F·h_п /[(£ +1) · t_n · ƴ], м³/сек.

На величину расхода от таяния снега влияет наличие леса, болот, озёр на площади водосбора, а также вероятность превышения паводка.

Q_сн = · ƃ_б · ƃ_л · λ, где:

F – площадь водосбора, км²;

h_п – слой стока в фазе подъёма, зависит от вида грунта на площади водосбора (больше при суглинках, меньше, при песках).

£ - коэффициент формы гидрографа;

Ƴ – коэффициент полноты гидрографа;

t_n – продолжительность подъёма половодья в сутки максимального снеготаяния (складывается из водоотдачи со склонов и снеготаяния по логу).

λ – коэффициент, зависящий от вероятности превышения;

ƃ_б, ƃ_л – учитывающий коэффициент расхода в связи с залесённостью и заболоченностью.

2. Схема ливня. Расчетный расход воды от ливня

Г идрограф стока при ливне Схем водосбора

Q_л

а.д.

I II III IV Исходное сооружение

I – сток отсутствует (осадки впитываются почвой и остаются на растительности).

II – подъём стока (к водопропускным сооружениям стекают частицы воды сначала с ближней зоны «А», потом с ближней и отдалённой А+В и В. Конец фазы со всей площади водосбора А+В+С).

III – полный сток, когда вода стекает со всей площади водосбора; Она заканчивается с окончанием ливня.

IV – спад, вода постепенно стекает с ближних и дальних частей.

Расчётный расход воды от ливня определяется тремя способами.

1. По методике Союздорпроекта.

Q_л = f · (F, ψ, £_р, K_i, К_ф, ƃ_б), где:

F – площадь водосбора;

Ψ- коэффициент редукции стока в зависимости от площади водостока;

£_р – расчётная интенсивность осадков, мм/мин;

K_i – коэффициент, учитывающий влияние крутизны склона;

К_ф – коэффициент, учитывающий форму водосбора;

ƃ_б – коэффициент, учитывающий расход при наличии болот.

К_ф = F/L² – длина главного лога.

1 ) 2) 3)

L

L L

1. К_ф = F/L² = L²/L² = 1;

2. К_ф = F/L = 2L²/L² = 2;

3. К_ф = F/L² = 0.5·L²/L² = 0.5.

2. По методике А.П.Лебедева

Q_л = f · (F, £_1р, i_о, λ, ƃ_бл), где:

£_1р – расчётная интенсивность водоотдачи при уклоне лога 1%_о, сильно зависит от рельефа местности, при уклоне более 10%_о увеличивается в 5 раз.

i_о – общий уклон лога;

λ – коэффициент, зависящий от вероятности превышения.

3. По методике Андреева

Q_л = f · (F, а_t, K_t, Ф, £), где:

а_t – интенсивность ливня часовая производительность, мм/мин.

K_t – коэффициент расхода от ливня, часов. Производительность к ливню расчёт продолжительности.

£ - коэффициент потерь стока зависит от грунтов.

Большое значение оказывает вид грунтов водосбора.

3. Сбросной расход. Аккумуляция ливневых вод.

В случае, если расчёт на расход от ливня больше расчёта на расход от снега, то необходимо учитывать аккумуляцию ливневых вод.

Аккумуляция ливневых вод – временное накопление части объёма стока перед искусственным сооружением.

Так как площадь живого сечения водного потока в водопропускном сооружении меньше площади нестеснённой насыпью живого сечения, то через водопропускное сооружение проходит только часть объёма воды, оставшаяся перед дорогой вода, образует пруд.

Увеличенный уровень воды перед дорогой увеличивает пропускную способность воды или моста. При некотором уровне воды, она становиться равной расходу воды, подходящей к трубе в фазы спада. Перед дорогой образуется пруд, объём которого равен площади фигуры между линиями 1и 2.

Схема аккумуляции ливневых вод.

1

2

1 – гидрограф при ливне;

2 – пропускная способность водопропускных сооружений.

Объём пруда определяется, предположив, что поверхности водосбора у дорог имеют однообразные склоны и может быть в виде двух плоскостей с заложением откосов m₁, m₂.

Линия пересечения плоскостей имеет уклон i_л лога у сооружения.

В

А М УПВ

Н С

D

Из рисунка следует, что пруд представляет собой пирамиду.

V_пр = 1/3·S_осн · h_пир = ½ · Н·(Н · m₂ + Н · m₁) · Н/i_л

МВ = Н/ i_л

V_пр = Н³ · (m₁+m₂)/[6 · i_л]

Сбросной расход – максимальный расход воды, который проходит через водопропускное сооружение при ливне с учётом аккумуляции.

Q_c = Q_л · (1- )

W – объём стока за время ливня.

W = 1000·F·h

Сбросной расход зависит от объёма пруда, т.е. от глубины воды перед сооружением, при котором расход воды, который приходит к сооружению, равен его пропускной способности.

Величину сбросного расхода определяют графическим путём.

H 1

2 3

4

Q

Q_c

Задаёмся различными значениями глубины пруда перед прудом. Вычисляем объём пруда и сбросной расход. Строим зависимость Q_c(Н). По таблице пропускной способности строим график пропускной способности труб от набора воды. На пересечении с кривой 1 получаем сбросной расход для данного отверстия.

1 – зависимость Q=f(H);

2,3,4 – зависимость пропускной способности труб от подпора соответствующих диаметров.

По ТКП допускается снижать сбросной расход за счёт аккумуляции не более чем в 2 раза.

На малом водотоке весной имеет место паводок от таяния места с расчётом расхода Q_сн.

Если Q_сн > Q_л, то отверстие трубы следует назначать исходя из пропуска талых вод. Значит Q_c = Q_сн.