3. Гидравлический расчёт нагорной канавы на ливневый сток

Величины исходных данных определяются по предпоследней y и последней z цифрам номера зачётной книжки.

Исходные данные: район Донецка; поверхность и вид грунта водосборной площади – задернованная глина (для такой поверхности из табл. 3.1 коэффициент шероховатости  = 0,04; из табл. 3.2 коэффициент стока ψ = 0,20); средний уклон водосбора в направлении стока дождевых вод 0,03 + 0,001y; длина канавы l_к = 1400 + 100z м; уклон канавы по дну i = 0,004; коэффициент заложения откосов m = 1,5.

Требуется выполнить гидравлический расчет канавы в сечении, проходящем через точку В на рис. 3.1.

Расчёт производится в соответствии с рекомендациями инструкции «Руководство по проектированию водоотвода и дренажа на летных полях аэродромов» [12].

Рис. 3.1

Таблица 3.1

Вид поверхности	Коэффициент шероховатости
Асфальтовое покрытие Бетонное покрытие Грунтовая поверхность без грунтового покрова Задернованная грунтовая поверхность Неукреплённые земляные русла (канавы)	0,011 0,014 0,025 0,04…0,06 0,02…0,025

Таблица 3.2

Вид поверхности	Коэффициент стока ψ
Кровли и асфальтобетонные покрытия Брусчатые мостовые Булыжные мостовые Щебёночные покрытия Гравийные садово-парковые дорожки Грунтовые поверхности (спланированные) Газоны	0,95 0,6 0,45 0,4 0,3 0,2 0,1

Пример расчёта выполнен для следующих данных: средний уклон водосбора в направлении стока дождевых вод 0,04; длина канавы l_к = 1200 м; уклон канавы по дну i = 0,004; коэффициент заложения откосов m = 1,5.

По карте находим для района Донецка интенсивность дождя продолжительностью 20 мин с вероятным периодом превышения один раз в год 88 л/с/га (рис. 3.2). По табл. 3.3 находим для востока Украины среднее количество дождей за год = 60, показатель степени γ = 1,82, для периода однократного превышения расчетной интенсивности дождя P ≥ 1 год показатель степени n = 0,67.

Рис. 3.2

Таблица 3.3

Район	Значение n при		mr	
	Р  1	Р  1
Равнинные области Украины	0,71	0,64	110	1,54
Восток Украины, Южный Крым	0,67	0,57	60	1,82

Параметр расчётной продолжительности дождя

655 л/с/га =

= 0,0655 мм/с = 3,93 мм/мин.

Из табл. 3.4 минимальная мгновенная стокообразующая интенсивность дождя, принимаемая равной интенсивности впитывания i_ст = U* =0,06 мм/мин. Продолжительность стокообразования

98,2 мин.

Таблица 3.4

Грунты и почвы	Интенсивность впитывания U*, мм/мин
Глины, солонцы суглинистые	0,06
Суглинки, суглинистые черноземы, сероземы глинистые	0,08
Каштановые почвы, чернозем обычный, солонцы супесчаные	0,15
Супеси с примесью гумуса в верхних слоях, задернованные, супеси, серолесные почвы	0,20
Чистые открытые супеси	0,33
Чистые открытые пески	0,50

Длина склона, участвующего в стоке сечения в точке B (равная пути движения воды за время стекания; с более удалённых участков вода не доходит, так как впитывается в грунт),

509 м.

Из точек D и C вода приходит в точку B одновременно. Поскольку длина стока l_DA определяется как путь движения воды за время , то длина l_DA оказывается зависимой от скорости течения воды по канаве V_к, которая в свою очередь зависит от геометрических размеров канавы и глубины потока . Кроме того, от глубины потека существенно зависит пропускная способность канавы Q₀ которая в идеальном случае должна быть равна расчетному расходу Q_р, зависящему от площади одновременного стока F_ст, т.е. и от величины l_DA. Поэтому величину l_DA и связанную с ней глубину потока целесообразно определять методом подбора. Будем считать ширину канавы по дну величиной постоянной, равной b = 0,4 м, а глубину потока будем подбирать такой, чтобы пропускная способность канавы Q₀ равнялась расчетному расходу Q.

Скорость течения воды определяется по формуле

_,

где

_{; ; .}

Результаты расчётов приведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

, м	0,40	0,50	0,424
, м2	0,40	0,58	0,44
, м	1,84	2,20	1,93
, м	0,22	0,26	0,23
	0,34	0,52	0,46
, м1/2/с	15,0	16,0	15,2
, м/с	0,44	0,52	0,46
, мин	52,9	59,5	54,7
, м	47,4	54,8	49,4
, га	33,4	33,8	33,5
, л/с	202	204	202
, л/с	177	298	202

Таким образом, расход Q = 202 л/с, глубина потока 0,424 м, ширина канавы по дну b = 0,4 м, длина канавы l_к = 1200 м; уклон канавы по дну i = 0,004; коэффициент заложения откосов m = 1,5, скорость потока в канаве V_к = 0,46 м/с.

Полная глубина канавы с учётом превышения бровки канала над расчётным уровнем воды (рис. 3.3) h_к = h₀ + 0,25 = 0,42 + 0,25 ≈ 0,67 м.

Рис. 3.3

Так как согласно табл. 3.6 допустимая скорость для глины составляет 1,2·0,85 = 1,02 м/с, что больше V_к = 0,46 м/с, то укрепления откосов и дна канавы не требуется.

Таблица 3.6

Грунт лотка	Максимальная скорость, м/с	Вид укрепления откосов канав	Максимальная скорость, м/с
Мелкозернистый и среднезернистый песок, супеси	0,4	Одерновка плашмя	1,0
		Одерновка в стенку	1,6
Крупнозернистый песок	0,8	Мощение одиночное	2,0
Суглинок	0,7	Мощение двойное	3,5
Суглинок тяжелый	1,0	Грунт, обработанный вяжущими	5,0
Глина	1,2	Бетонные плиты	8,0

Примечание: Значения скоростей даны для глубины потока от 0,4 до 1,0 м. При глубине потока менее 0,4 м табличные значения скоростей принимаются с поправочным коэффициентом 0,85, а при глубине более 1 м – с коэффициентом 1,25.