Сети для отвода атмосферных осадков (водостоки). Трубы и способы их соединения

ЛЕКЦИЯ 5. СЕТИ ДЛЯ ОТВОДА АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ (ВОДОСТОКИ)

                                                5.1.  Интенсивность дождя

При расчете водосточной сети основным параметром является расход ливневых вод. Расход определяется как Q = qF, где q – интенсивность дождя, а F – площадь водосбора. Основная проблема – определение интенсивности дождевого стока.

Сток – движение воды по поверхности земли и в грунте в направлении водного объекта.

Поверхностный сток – сток дождевых, талых и поливных вод по земной поверхности.

Грунтовый сток – сток вод, попадающих в грунт с земной поверхности и перемещающийся в направлении водных объектов.

Объем стока – объем стока, стекающий с водосбора за год, (W, м³/год).

Модуль стока – объем воды, стекающей с единицы площади водосбора в единицу времени,  м³/(с*га).

Для расчета объемов ливневых вод используют параметр интенсивности дождя по объему (q), л/(с*га).

q находят по эмпирическому выражению:

                                             q = A/tⁿ,

где А – многофакторный безразмерный параметр, зависящий от географического положения местности и метеорологических условий;

      t – продолжительность дождя, мин;

      n – метеорологический параметр.

Анализ формулы показывает:

1. Чем интенсивнее дождь, тем он короче.

2. С течением времени интенсивность дождя убывает.

3. Чем интенсивнее дождь, тем он реже происходит.

В связи с этим определяют вероятность выпадения дождей определенной интенсив-ности. Эту вероятность выражают через Р – период однократного превышения расчетной интенсивности дождя. Р – это продолжительность периода в годах, за который дождь расчетной интенсивности будет превышен 1 раз.

Чем меньше Р, тем меньше расчетная интенсивность дождя, тем дешевле сеть. Р = (0,33 – 20) лет в зависимости от местных условий расположения коллектора: благо-приятных, средних, неблагоприятных и особо неблагоприятных.

Пример благоприятных условий: коллектор отводит воду с возвышенности. Если коллектор                   не успеет отвести воду, заполнение подвалов и низко расположенных этажей не  происходит. Р = 0,33 года – превышение расчетной интенсивности дождя допускается 3 раза в год. При небольшом расходе стоимость сети минимальная.

Рис. 32. Благоприятные условия

Пример особо неблагоприятных условий: коллектор отводит воду из замкнутой котловины. Р = 20 лет. Наибольшая интенсивность приводит к большому расходу, большим диаметрам и большой  стоимости сети.

Рис. 33. Особо неблагоприятные условия                                                                           

где q₂₀ – интенсивность дождя, л/(с·га), для данной местности продолжительностью 20 мин. при Р = 1 год, определяется по карте интенсивности дождя в виде кривых изогипс [8] (q₂₀ = 20120 л/(с*га) – с севера на юг);

           m_r – среднегодовое количество дождей;

            n  - метеорологический параметр;

             , m_r, n, - определяются по табл. 4 СНиП [4].

5.2. Коэффициент стока. Расчетные расходы

Коэффициентом стока () (пси) называется отношение количества воды, поступившего в сеть, к общему количеству выпавшего дождя:

                                      = q_в/(qF).

По исследованиям Н. Ф. Белова коэффициент стока зависит от вида покрытия поверхности, интенсивности и продолжительности дождя:

                                   = Z_mid q^0,2 t^0,1,

где Z_mid – средневзвешенный по площади коэффициент покрова.

                                    Z_mid = 0,01,

где Z_i – коэффициент покрова (табл. 4 СНиП [4]);

       P_i – процент площади покрова (по заданию).

Подставим q = A/t_rⁿ   в    и получим:

                                    = Z_mid A^0,2/t_r^0,2n-0,1.

Из выражения: q = A/tⁿ;   = q_в/(qF)    и     получим расход воды, поступающей в сеть.

                                   q_в =  qF;

                                   q_в = (Z_midA^0,2qF)/t_r^0,2n-0,1;

                                   q_в = (Z_midA^1,2F)/t_r^1,2n-0,1.

Неравномерность выпадения дождя, по площади водосбора, учитывается коэффициентом К при F  500 га (по табл. 8 СНиП [4]) К = 0,95 – 0,55. А учет свободной емкости сети, в момент возникновения напорного режима, производится коэффициентом      в зависимости от n по табл. 11 СНиП [4] ( = 0,8 – 0,65).

С учетом К и     получим:

                                    q_cal = Z_midA^1,2FKK₁/t_r^1,2n-0,1;

K₁ = 0,8; 0,9 при t_r < 10 мин.

                      5.3. Метод предельных интенсивностей. Определение t_r

Рис. 34. Схема поступления дождевых стоков в водоотводящую сеть

        Дождевая вода поступает в сеть неравномерно. Через сечение коллектора в т. 2 сначала пройдет вода с площади f₁, затем с  площади f₂ и т.д. Таким образом, расход в сечении будет нарастать до тех пор, пока вся площадь не будет участвовать в сборе дождевой воды. Затем расход воды несколько снизится и стабилизируется на одном уровне. Эта закономерность хорошо видна на гидрографе поступления воды в сеть.

Рис. 35. Гидрограф ливневого стока

2. Нисходящая ветвь характеризует стабилизацию расхода воды на одном уровне, который поступает со всей площади водосбора. Уменьшение расхода связано с уменьшением интенсивности дождя.

Максимальный расход q_r в сечении трубы проходит через период, равный t_r, который меньше полной продолжительности дождя. Таким образом, видно что максимальный расход в сети наблюдается не сразу, а через некоторое время, которое и надо учитывать в расчете.

Согласно методу предельных интенсивностей расход в сечении в конце расчетного участка достигает максимальной величины за период, равный времени добегания капли воды от самой удаленной точки площади водосбора до расчетного сечения.