
книги из ГПНТБ / Поляков А.В. Водоотвод и дренаж на аэродромах
.pdf290
шения расходов следует принимать для аэродромных условий в диа пазоне К= 0,04 ■» 0,40 .
Главнейшим вопросом расчета бассейнов при выбранном значе
нии коэффициента уменьшения расходов является выяснение необ ходимой емкости бассейнов. Данная емкость определяется коли
чеством воды, сбрасываемой в нее из коллектора. Из ри с.III.ви д
но, что количество сбрасываемой воды в бассейны зависит от фор мы гидрографа стока поступления воды в коллектор в месте уст
ройства бассейна. К сожалению, до настоящего времени гидрогра-
фн дождевого стока по длине коллекторов неучены слабо. Поэто му и вопрос о расчете необходимой емкости бассейнов пока может быть решен лишь приближенно.
Примем для ориентировочных расчетов следующие уравнения кривых подъема и спада, характеризующих форму гидрографа стока:
|
/ с \'<71 |
€ ^ €0 |
|
при |
|
|
при |
С > €0 |
где |
Qn> Qcn —расходы при подъеме |
и спаде стока; |
|
Q0 - максимальная величина стока; |
- время добегания воды до расчетного сечения;
С- время добегания воды, отсчитываемое от начала
стока.
Данные уравнения для Qnи Qcn получены для дождевого склонового стока экспериментальным путем при воспроизведении
дождей с постоянной интенсивностью [1 9 |
, |
22 |
и др .] . |
|
Найдем необходимую емкость бассейна |
W |
при продолжитель |
||
ности дождя, |
равной времени добегания |
воды до сечения коллек |
||
тора в месте |
устройства бассейна £=<г=<г0 , |
и при постоянной |
||
интенсивности дождя по ходу выпадения. |
|
Из р и с.П 4,а емкость |
||
бассейна равна |
|
|
|
или |
W=Wf +W2 |
|
|
W = пл. В В Г = пл. Я 5 B E +пп В Г Д £ - пл. Д б ГД |
|
пл. ЯбВЕQn |
и7Ы с = -Щ -fp 2 |
<г |
0 «г |
П о д с т а в л я я з н а ч е н и е |
и имея в виду, что Q n_l* |
|
Т о ~ Q~K> |
пл. ЯБВЕ = 0,37Q0<C0 ( / - К 1'5' ) )
пл. в г д е = | < ? сл < / *> 0 Л / * ю] с dQ<u0
Подставляя значение <Г = |
, |
и имея в виду, что -7г= -тг=/<, |
|
1-5)9» |
; |
/7/7. ВГД Е = 0,55Qg€e (i - K ^и ) ; |
||
пл. Я Б Г Д - Д Б “ЯД = ^ |
|
|
Суммарная площадь |
|
|
/7/7. БВГ = 0 ,f e (/?, Ш |
* - /,» К 4 " + 0,92) . |
|
Следовательно, |
|
|
|
w = < ?0c 0 f M , |
где f(H) = (0,63K,—1,55K%${?)-ttmmmi представленная на графи
ке рис.116 (нижняя кривая).
Значение Q0 подсчитывается обычным путем по методу "пре дельных интенсивностей" при равенстве продолжительности дождя
времени добегания воды до сечения коллектора, в котором преду
сматривается устройство бассейна |
(t ='Гв) : |
|
|
|
Qo = у У Го |
л/ свк. |
|
166,П . |
на I га - расчетная интенсивность дождя |
|
|
где (j я —-р,— л/сек |
|
||
при Ъ= <С0 |
и параметрах дождевых осадков Л и п |
; |
|
Ц,Г0- коэффициент стока и площадь водосбора; |
|
||
Подсчеты и анализ Н.Н.Белова и других [l5 ] показывают, |
что |
необходимая емкость бассейнов, получаемая при условии равенст ва продолжительности дождя времени добегания воды до сечений коллектора в месте устройства бассейнов, не является наиболь
шей. Продолжительность дождя, создающего максимальный объем сброса воды в бассейн, не совпадает с продолжительностью дож дя, равной времени добегания воды до сечения коллектора в
292
месте устройства бассейна. Прн взятии дождя с несколько боль шей продолжительность!), чем время добегания воды до сечения
коллектора в месте устройства бассейна, необходимая емкость бассейна получается больна.
t—Ф
Рис.114. Схемы к определению необходимой емкости
|
бассейнов: |
|
|
а - в случав гидрографа стока |
£« С-'Го |
; б - в случае гидро |
|
графа стока |
d=C><Гв |
(расчетный |
случай) |
Найдем необходимую емкость бассейна W при продолжитель ности дождя, больней, чем время добегания воды до сечения кол лектора в месте устройства бассейна t=<T>€g . Дождь, как и
в предыдущем случае, примем с постоянной интенсивностью, под-
чиняющейся формуле ^ = ^ — , но продолжительность дождя мо
жет быть различной. Гидрограф стока в этом случае будет иметь вид рис.114,6. Из этого рисунка емкость бассейна равна
W = W, +W2 + W3 .
Пользуясь решением, полученным в предыдущем случае, на пишем для рассматриваемых условий выражение (Wf + W2) в готовом виде:
293
W^Wz = Qto(0,63K 1'St-l,55R°’ e\0,92)=Qto
Значение |
W2 равно: |
W2 = (t-t0) (Q -Q*) |
|
|
|
Q*=KQ0. |
|||||
Обозначим |
= |
а |
и, |
как в |
предыдущем случае |
||||||
Из сопоставления |
расходов |
Q = - SSf n^ y F и |
|
J 66i]. & |
цр |
||||||
имеем |
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
te |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
« - ( Н ' Ч ’ - Ь |
■ |
|
|
|
|
||||
Суммируя значения |
W,,'WZ.W 3 |
и подставляя принятые обо |
|||||||||
значения, |
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w=ц |
|
[«я |
|
|
|
|
♦[ft-tjfj-o] - |
||||
= |
~n7! lt |
|
|
|
|
|
|
|
|
&-4)j- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
- |
Q010 (0 ,63K U5,o°'stn- m |
K 0’Ha-°’>ln+0,92- а |
- а -аМ+к). |
||||||||
При среднем значении показателя степени при |
t |
в |
формуле рас |
||||||||
четных интенсивностей дождей |
п = 0,67, t„ =€0и, обозначая |
||||||||||
выражение в скобках через |
f |
(к) |
, |
получим |
|
|
|
|
|||
где |
|
|
W=Q0<TBf(/<), |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г (К) = (о, 63К ,,51а °'3- 1,55К О,64а ом+а0,*-0,0% а0’- |
аК+н). |
|||||||||
Найдем значение продолжительности дождя |
t |
= <Г |
или отно |
||||||||
шение а |
, при котором |
объем сброса |
воды в |
бассейн достигает |
своего максимума. Ввиду сложности аналитического решения, най
ден максимальные |
значения |
а |
, |
соответствующие тем |
или ннш |
|
величинам К , графическим путем |
(рис.115). Подставляя макси |
|||||
мальные величины |
а |
при соответствующих величинах |
К в |
|||
полученную формулу для |
W |
, можно находить и искомые объемы |
294
бассейнов. Для удобства расчетов значения f (к) в зависимо
сти от К представлены на графике рис.П б (верхняя кривая).
Рис.115. График зависимости f |
(к) |
от а |
и |
К |
при |
||
гидрографе стока |
t = г> <ид |
|
|
|
|
||
График составлен выборкой |
максимальных значений |
f |
(К) |
при |
|||
максимальных значениях а |
и соответствующих значениях |
К на |
|||||
основании кривых графика ри с.П 5 . |
Из ри с.П б видно, |
что необ |
|||||
ходимая емкость бассейна |
получается в |
случае |
гидрографа |
стока |
t = <Г><Г0(рис. 114,6) действительно больше, чем в случае гид рографа стока t=<L=<C0 (р и с .П 4 ,а ).
Располагаемые емкости бассейнов зависят от объема понихен-
ностей, предполагаемых к использованию в качестве бассейнов.
Очевидно, что располагаемые емкости бассейнов долины быть не
менее необходимых. Емкость бассейнов, располагаемых в неболь ших замкнутых понихенностях, с некоторым приближением можно подсчитать по формуле
|
|
|
295 |
|
|
W ' - - f F , n , |
|
где |
W 1- располагаемая |
емкость бассейна, равная емкости |
|
|
F6 - |
пониженноети, |
в и 8 ; |
|
площадь зеркала воды в бассейне, в м8 ; |
||
|
h - |
максимальная глубина воды в бассейне, в м. |
Рис.116. Графики зависимостей г(к) от |
К (верхняя |
кривая расчетная) |
# |
В случае размещения регулирующих бассейнов в пониженностях значительной емкости, возможный объем бассейнов можно подсчи
тать по формуле (рис.117)
|
w ' * |
|
|
где |
Ff , F2...^.„F/^ площади, заключенные межжу первой, второй |
||
|
и т .д . |
горизонталями, |
в м2 ; |
|
h l0p- высота |
сечения рельефа горизонталями, в м. |
|
|
Пользуясь приведенными формулами для |
W1, можно назна |
|
чать |
границы необходимых объемов бассейнов и устанавливать при |
296
этой рациональные значения коэффициента уменьшения расходов ,к и диаметров труб коллекторов за бассейном. Расчет коллекторов
при устройстве бассейнов следует производить при напорном ре жиме работы сети. Отметки поверхности воды в бассейне будут при этом определяться пьеаометрическими уровнями воды в кол
лекторах (колодцах) р н с.П 2,а и 117.
Перепуск \i
TfjL§ -
Колодец И|ас
си
ГоризонталиИЗ
н §
и5*:
Рис.117. Ьхема к определению располагаемой емкости и
времени опорожнения бассейна
Если за месте» устройства бассейнов в коллекторы поступаюг дополнительные расходы от примыкающих коллекторов или с собст
венных водосборов, то расчетные расходы для подобных участков
коллекторов, расположенных ниже бассейнов, следует подсчиты вать по формуле
QP =KQ0 +Q' |
л /сек. |
297
где Qp - расчетный расход на участке коллекторе ниже бас
сейна в л /сек;
Qg - максимальный (расчетный) расход у бассейна в
л/сек;
К~ коэффициент уменьшения расхода;
Q1 - дополнительный максимальный расход, поступающий
в коллектор с площади, расположенной нике бассей на, от примыкающих коллекторов или с собственного водосбора в л/сек.
При суммировании расходов KQ0 и (}' предполагается сов падение их максимумов по времени, что, как показывает анализ,
и имеет место в большинстве расчетных случаев. Только в редких
случаях, например при присоединении ниже бассейнов длинных
коллекторов, |
или при обслуживании коллекторами ниже бассейнов |
собственных водосборов с малым временем добегания, возможно |
|
несовпадение |
по времени максимумов расходов KQ и Q1 . При рас |
четах дополнительный расход с площади, расположенной ниже бас сейна Q1, можно находить обычным путем по времени стока лишь с этой площади в предположении, что выше бассейна водоотводная
сеть отсутствует. В тех случаях, |
когда при подсчетах расход |
||||||||
с одной лишь площади, расположенной ниже бассейна Q1 , оказы |
|||||||||
вается больше, чем расход со всей |
площади Qp , расчетным рас |
||||||||
ходом, очевидно, должен являться |
расход |
Q1 . |
|
|
|
||||
Время опорожнения регулирующих бассейнов от воды при не |
|||||||||
большой емкости бассейнов можно найти следующим путем |
£2 4 ] . |
||||||||
За промежуток времени dt , |
в случае |
истечения |
через |
||||||
перепускную |
трубу при переменном |
напоре расхода |
Q |
, |
освобо |
||||
дится |
от воды объем бассейна |
dW (р и с .П 2 ,а , |
117): |
|
|
||||
|
|
|
Qdi = |
dW . |
|
|
|
|
|
Напишем выражения для |
Q и |
dW : |
|
|
|
|
|||
|
Q=ju. |
= ju. |
|
|
м/сек; |
dW= FcpdH, |
|||
где |
ЗП)г |
площадь сечения |
перепускной |
трубы, |
соединяющей |
||||
о)=-^— |
|||||||||
|
|
бассейн с |
коллектором, при диаметре трубы |
£ |
|||||
|
|
в м; |
|
|
|
|
|
|
|
JU - коэффициент расхода системы;
Н- высота уровня воды в баосейне над шелыгой пере
пускной трубы в коллекторе в м;
298
Fcp- средняя площадь бассейна, равная половине максималь
ной площади зеркала воды ( |
0,5/£ ) м2 ; |
^ = |
9,81 м/сек2 . |
|
|
Подставляя выражения для Q и dW |
в исходное |
уравнение, |
получим: |
|
|
После интегрирования
iFcpW -V^h) |
сек или |
г |
0,0096FCP |
мин. |
|
JU4П)г^2д' |
|
JUD* |
|||
|
|
|
|||
где Т - |
время опорожнения бассейна |
от воды; |
|
||
h - |
максимальная глубина воды в бассейне в м (ри с.117). |
||||
Значение коэффициента расхода |
ju. |
находится по формуле |
где |
I - |
длина перепускной трубы в м (рис.117); |
|
|||
|
С - |
коэффициент в формуле для скорости по Шези; |
|
|||
Lt,M- сумма коэффициентов сопротивлений для учета |
местных |
|||||
|
|
потерь напора; |
|
|
|
|
|
Л - |
диаметр перепускной трубы в м; (j * |
9,81 м/сек2 . |
|||
Принимая коэффициент сопротивления при входе в трубу |
||||||
^ а г |
° » 5 |
^ выходе |
I |
(истечение под уровень) и выражая |
||
С=ур. |
'- jf f f l (где |
/?*- |
коэффициент шероховатости |
трубы), |
||
получим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
|
|
^ |
|
У 0,02И +1,50 |
' |
|
Для определения времени опорожнения от воды бассейнов
значительной емкости аналогично предыдущему случаю может быть
получена следующая формула:
0,0096 |
мин, |
|
JUDF |
||
|
где F1 ,F2,...Fn_nF- площади зеркала воды в |
бассейне, |
заключен |
|
ные между первой, второй |
и т .д . |
горизонта |
|
лями (начиная сверху), |
в |
м2 ; |
|
299 |
|
|
Ht, H2,...Hn_t,H- высоте уровней |
воды Ft,Fz и т .д . в |
бас |
сейне под шелыгой перепускной трубы в кол |
||
лекторе в к . |
|
|
Время опорожнения по приведенным формулам находится для |
||
случая окончания или значительного |
уменьшения стока воды |
в |
коллекторах. В действительности опорожнение |
бассейнов начнет |
|
ся несколько |
ранее, по мере освобождения от |
воды коллекторов. |
§ 2 8 . |
РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЬНО-ПОГЛОЩАЮЩИХ |
БАССЕЙНОВ |
При отсутствии или значительном удалении от аэродромов водоприемников (рек, ручьев, оврагов и т .д .) вода с аэродромов
может быть отведена в испарительно-поглощающие бассейны. Наи больший эффект от таких бассейнов достигается в районах с
высокой испараяемостью и при расположении бассейнов на участ ках с хорошо водопроницаемыми грунтами.
Испарительно-поглощающие бассейны могут устраиваться в
естественных пониженных формах рельефа (рис.118), а также в искусственно создаваемых выемках грунта (котлованах). Испари
тельно-поглощающие бассейны должны периодически освобождаться от воды. В некоторых случаях, например при расположении аэро дромов в долинах рек, сброс воды с аэродромов возможен и в бассейны "емкости" или "накопные бассейны". При таком решении вопроса из бассейнов необходима, как правило, периодическая откачка воды (весной и осенью).
Приближенный расчет испарительно-поглощающих бассейнов возможен следующим путем.
Для водосбора и испарительно-поглощающего бассейна состав
ляется за какой-либо промежуток времени (месяц или несколько месяцв) уравнение водного баланса. Поступление воды в бассейн приравнивается к расходу из бассейна. Поступление определя
ется величиной стока с водосбора, а расход - испарением и фильтрацией из бассейна. В соответствии с уравнением водного
баланса находятся необходимая площадь и средняя глубина бас- ' сейна. Опорожнение бассейна от воды предполагается к концу взятого промежутка времени. Максимальная глубина бассейна мо
жет быть принята равной удвоенной средней глубине (если бас
сейн располагается в естественной замкнутой пониженности рель ефа’) .