14.2. Гидравлический режим водостоков

Режим работы водостоков во многом определяется гидравлическим режимом воронок. Различают четыре режима воронок в зависимости от глубины воды над воронкой h. При небольшой глубине воды h₁ на крыше образуется безнапорный кольцевой режим движения в конус сливного патрубка длиной 2-5 его диаметров. При этом расход стока составляет

Q = mD(2g)^1/2h^3/2,

где m – коэффициент расхода воронки;

D - внутренний диаметр воронки;

H - высота слоя воды у воронки.

При увеличении слоя воды до h₂, на стояке, начиная с длины (10 - 12)D_ст, кольцевой поток смыкается. Образуется сплошной напорный поток водовоздушной смеси. При этом расход будет зависеть от высоты стояка и гидравлического сопротивления.

Дальнейшее увеличение слоя воды у воронки приводит к образованию в ней вихревого потока водовоздушной смеси. Этот поток, то смыкаясь, то размыкаясь при подсосе воздуха, создает в стояке вибрационные толчки, приводящие к снижению производительности стояка.

При критической глубине слоя воды h_кр подсос воздуха прекращается и наступает напорный режим движения воды. Система водостока приобретает максимальную пропускную способность, которая определяется геометрической высотой воды в системе (от уровня воды над воронкой до оси выпуска):

где H - располагаемый напор, м;

I - гидравлический уклон;

L - длина водосточной трубы, м;

r_m - удельное местное сопротивление м·с²/л² при = 1; при d_у = 75 - 250 мм - r_m·10^-5 = 260 – 2,1;

∑ξ - сумма коэффициентов местных сопротивлений фасонных частей, воронки и выпуска;

Q_в - расход ливневой воды в л/с.

Критический слой воды над приёмной воронкой, мм:

h_кр = 0,665d_ст - 18,

где d_ст -внутренний диаметр стояка, мм.

Критический расход дождевых вод на одну воронку, л/с:

Q_кр = 635h_кр^5/2g^3/2,

где g – ускорение свободного падения. 9,81 м/с².

Допустимый максимальный расход дождевых вод составляет 30% критического. Для водосточной воронки можно принять расход 4; 9,6; 19,5 л/с для диаметров воронки соответственно 85,100,150 мм.

Пропускную способность водостоков можно определить двумя способами:

- по критическому расходу;

- по располагаемому напору.

Первый способ

Назначают число воронок и весь расход делят на число воронок:

Q_в = Q/n.

Если Q_кр > Q_в, то расчет выполнен верно.

Второй способ

Определяют потери напора в системе при расчетном расходе и напорном движении воды:

h =il + r_m∑ξ.

Если располагаемый напор не меньше h, то система расчитана верно. В противном случае увеличивается диаметр стояка и отводных трубопроводов с учетом пропускной способности воронки.

Расход воды с кровли определяют в зависимости от уклона кровли.

Для плоских кровель с уклоном 1,5%:

Q = Fq₂₀.

Для скатных кровель с i>1,5%:

Q = kFq₅,

q₅ = 4ⁿq₂₀,

где k - коэффициент, учитывающий аккумулирующую способность кровли:

k =1,0 при q₂₀ ≤ 90;

k =1,5 при q₂₀ > 90;

k =2,0 при q₂₀ >150;

q₂₀ - интенсивность дождя продолжительностью 20 минут при периоде однократного превышения расчётной интенсивности дождя, равной 1 году, л/(с·га), принимают по [15]. При отсутствии данных в СНиП q₂₀ можно найти по формуле:

q₂₀ = 0,071H₀(d)^1/2,

где Н₀ – среднегодовое количество атмосферных осадков, мм;

d - средний за 5 лет дефицит влажности.