1299

Т а б л и ц а 9.4

Тогда объем ливневого стока (в м3)

V~Kt

Малые водопропускные сооружения рассчитывают обычно на пропуск лишь части расчетного ливневого расхода. На пропуск полного ливневого расхода их следует рассчитывать только в слу­ чае полного стока, т. е. при продолжительности расчетного ливня 5 мин и менее (см. табл. 9.4), когда переходный коэффициент Kt достигает максимального значения 5,24.

9.3. Расчет стока талых вод с малых водосборов

На основании СНиП 2.01.14-83 «Определение расчетных гидро­ логических характеристик», распространяющихся на проектирова­ ние всех видов сооружений (в том числе малых мостов и труб),

расчетный максимальный расход талых вод для любых бассейнов определяется по редукционной формуле

где Лр — расчетный слой суммарного стока, мм, той же вероятности превы­ шения, что и искомый максимальный расход; F — площадь водосбора, км2; k 0— коэффициент дружности половодья, определяемый для равнинных рек по табл. 9.5, для горных рек с весенне-летним половодьем — по табл. 9.6; п — по­ казатель степени; для равнинных водосборов он принимается по табл. 9.5, а для горных водосборов с уклонами более 0,05 л=0,15; бь б2 — коэффициенты, учи­ тывающие снижение расхода на бассейнах, зарегулированных озерами, залесен­ ных и заболоченных.

fco=0,0007.

162

П р и м е ч а н и е . Fa в F6 — площади леса и болот на бассейне.

Значения 6р

Значения бг Принимают по табл. 9.7.

Расчет слоя стока половодья заданной вероятности превыше­ ния производится по трем параметрам: среднему многолетнему слою стока Я, коэффициенту вариации CVh и коэффициенту асим­ метрии Csh слоя стока. Высоту среднего слоя стока для бассейнов с площадью более 100 км2 на европейской территории СССР и бо­ лее 1000 км2 на азиатской территории СССР определяют непосред­ ственно по карте (рис. 9.4). Для меньших бассейнов к значениям, снятым с карты, вводят поправочные коэффициенты 1,1 при хол­ мистом рельефе и глинистых почвах и 0,9 при плоском рельефе и песчаных почвах. При особо больших потерях стока (сосновые ле­ са на песках, значительное распространение туфогенных пород и др.) вводят коэффициенты 0,5. В засушливых районах и в полу­ пустынной зоне Западной Сибири и Казахстана для площадей во­ досборов менее 3000 км2 к значениям высоты слоя, снятым с кар­ ты, вводят поправочные коэффициенты по табл. 9.8.

При наличии более 2% озерности бассейнов средние слои стока,

Кр

9,0

Коэффициент вариации Cvh принимают по карте изолиний (рис. 9.5), причем для бассейнов с площадью менее 200 км2 его значения умножают на следующие коэффициенты:

Коэффициент асимметрии CSh для равнинных водосборов при­ нимают равным 2Cvh. Для северо-запада и северо-востока СССР,

где в формировании максимального стока участвуют дождевые осадки, Csh=QCt,h. Для горных водосборов CSh= (З-г-4) CVh.

Ординаты кривых вероятности превышения для определения расчетного значения слоя стока половодья Лр находят по таблицам или по рис. 9.6, где даны отношения hp :h = Kp при гамма-парамет­ рическом законе распределения.

Расчетный слой стока

Коэффициенты 6 для малых водосборов, особенно при учете озерности в слое стока, можно принимать равными 1, так как раз­ мещение озер на малых бассейнах — редкое явление, а лес на не­ значительных площадях может быть полностью сведен после строительства автомобильной дороги.

9.4.Расчет отверстий труб

Взависимости от глубины подтопления и типа входного ого­ ловка в трубам могут устанавливаться следующие режимы проте­ кания:

166

безнапорный режим, если подпор меньше высоты трубы на вхо­ де либо превышает ее не более чем на 20%; на всем протяжении трубы водный поток имеет свободную поверхность (рис. 9.7, а); полунапорный режим, возникающий при оголовках обычных типов (портальных, раструбных) в тех случаях, когда подпор пре­ вышает высоту трубы на входе более чем на 20%; на входе труба работает полным сечением, а на всем остальном протяжении поток

имеет свободную поверхность (рис. 9.7, б) ; напорный режим, устанавливающийся при специальных вход­

ных оголовках обтекаемой формы и при подтоплении верха трубы на входе более чем на 20% (рис. 9.7, в); на большей части длины труба работает полным сечением и лишь у выхода поток может отрываться от потолка трубы.

При значительном подтоплении входа в трубу напорный режим может возникать периодически и при оголовках обычных типов. Однако из-за прорывов воздуха через образующуюся у входного отверстия воронку, протекание воды в этом случае часто переходит на полунапорный режим.

В связи с невысокой точностью определения притока воды к сооружению можно при расчете отверстий сооружений ограничить­ ся упрощенными расчетами. Приближенные расчетные формулы пропускной способности труб соответствуют трем режимам проте­ кания воды в трубах:

где Qс — расход воды, проходящей в сооружении; шс — площадь сжатого сечения в трубе, вычисляемая при глубине hc = 0,5 Н\ фб — коэффициент ско­ рости.

Рис. 9.7. Режимы работы труб:

а — безнапорный; б — полунапорный; в —. напорный

Рис. 9.8. Вспомогательные графики для расчета круглых труб

167

Зная, что глубина в сжатом сечении меньше критической и при­ близительно равна АС=0,9Л К, можно записать:

v c = v K/ 0 ,9 ; h c = 0 , 9 v l l g = 0 ,7 3 v 2c/ g .

Далее, зная связь между глубинами Н и Ас, выражаемую фор­ мулой

vl

обтекаемого, обеспечивающего протекание по напорному режиму)

что соответствует коэффициенту; расхода водослива т= 0,30 .

Для круглых поперечных сечений площадь ©с может быть опре­ делена при помощи графика (риф 9.8), где даны величины сoc/d2=

Полная площадь сечения входа ©т легко вычисляется для пря­ моугольного и круглого сечений;

в) напорный режим (аналогия — истечение из трубопровода)

где ©то, Лто — площадь сечения и высота основного протяжения трубы; фн — коэффициент скорости; <pH=0,95 (для обтекаемого оголовка); I, i — длина и уклон трубы; i„ — уклон трения.

Для того чтобы установился полунапорный или напорный ре­ жим, уклон трубы i должен находиться в определенном соотноше-

168

0*2,5 2,0*2,0 2,5*2,0 b*h

Рис. 9.9. Графики пропускной способности типовых труб:

а — круглых; б — прямоугольных (цифры на кривых — отверстия труб, м)

нии с уклоном трения iw, при котором расход Qc проходит, цели­ ком заполняя поперечное сечение трубы, но без превышения атмо­ сферного давления в верхней точке.

Полунапорный режим и атмосферное давление в сжатом сече­

Эта проверка на незаполняемость поперечного сечения обяза­ тельна и для безнапорных труб (с незатопленным входом в соору­ жение), длина которых обычно велика по сравнению с их высотой.

Напорный режим и работа трубы полным сечением практически на всем протяжении при отсутствии подтопления выхода гаранти­ руются при i ^ i w. При этом если i< iWt то глубина воды перед на­ порной трубой, как это следует из формулы (9.23), составляет

При i = i w наступает переход от напорного режима к полунапорному. При i> iw напорный режим срывается. Глубина воды перед трубой в этом последнем случае определяется формулой (9.21).

На основе расчетных формул пропускной способности труб при разных режимах протекания воды составляют расчетные таблицы или графики пропускной способности типовых труб (трубы строят только типовые). Такие таблицы или графики приводятся в типо­ вых проектах, в том числе для так называемых унифицированных труб (рис. 9.9), нашедших широкое применение в строительстве.

169

9.5. Учет аккумуляции ливневых вод перед малыми водопропускными сооружениями

При назначении отверстий труб необходимо учитывать аккуму­ ляцию ливневых вод в пруду перед сооружением. При этом заранее нельзя назвать степень снижения расчетного расхода, так как глу­ бина воды перед сооружением (глубина пруда) еще неизвестна. Это осложняет расчет и заставляет выполнять его либо путем пос­ ледовательных приближений, либо графоаналитическим приемом, изложенным ниже.

Малые искусственные сооружения почти всегда сильно стесня­ ют поток и изменяют его бытовой режим. В результате временного накрпления перед сооружением части паводка гидрограф притока трайсформируется в более растянутый во времени гидрограф сбро­ са, что приводит к снижению расчетного сбросного расхода ливне­ вых вод в сооружении Qc по сравнению с наибольшим секундным притоком с бассейна Q„ (рис. 9.10, а). Объем накопившейся воды WПр при общем объеме стока W зависит от гидрографа притока, отверстия сооружения и рельефа участка местности, в пределах которого образуется временный водоем.

Расход воды в отверстии сооружения определяется высотой подпора воды над входным лотком. При узких, ярко выраженных логах с большим уклоном этот подпор даже в течение ливневого паводка обычно достигает размеров, обеспечивающих практическое равенство расхода воды в отверстии наибольшему секундному при­ току. Объем воды, накопившейся перед сооружением, по сравнению с объемом всего паводка оказывается незначительным и практиче­ ски не влияет на расход в сооружении. При определении отверстия сооружения в таких случаях в качестве расчетного расхода может приниматься наибольший расход водотока заданной вероятности превышения. Также без учета аккумуляции следует производить расчет малых сооружений на пропуск паводков от таяния снега, всегда растянутых во времени (рис. 9.10, б).

При развалистых или слабо выраженных логах с малыми укло­ нами образование подпора перед сооружением сопряжено с под­ топлением значительных по площади участков и накоплением перед полотном дороги больших объемов ливневых вод. Последние составляют уже существенную часть общего объема паводка. Под­ пор воды перед сооружением возрастает медленно и обычно не успевает достичь размера, обеспечивающего равенство сброса наи­ большему секундному притоку паводка. Расход воды в отверстии сооружения оказывается часто во много раз меньшим расчетного •расхода бассейна. В таких случаях аккумуляция воды должна учи­ тываться при определении отверстия сооружения для пропуска ливневого стока.

Из сказанного следует, что без расчета аккумуляции нельзя установить, какой вид стока более опасен для сооружения. Так,

170