Расчет отверстий водопропускных труб (Практическая работа № 18)

Практическая работа №18

Расчет отверстий водопропускных труб

Теоретическая часть

Расчет отверстий малого водопропускного сооружения выполняют в следующей последовательности: по известной площади водосбора определяем максимальный расход воды, а затем выполняем гидравлический расчет нескольких вариантов отверстий.

1. Определение максимального расхода воды

При определении максимального расхода воды рассчитывают одновременно максимальный расход ливневого стока и максимальный расход талых вод. В качестве расчетного принимают большее из найденных значений.

1.1 Максимальный расход ливневых вод (м³/с)

,                      (18.1)

где      F – площадь водосбора (по заданию);

 – интенсивность ливня часовой продолжительности, с вероятностью превышения 1 %, определяется в соответствии с номером ливневого района (рисунок 18.1, таблица 18.1):

Таблица 18.1 – Интенсивность ливня часовой продолжительности

Районы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Интенсивность ливня часовой продолжительности, мм/мин, при ВП, 1%	0,4	0,5	0,7	0,9	0,97	1,01	1,15	1,41	1,48	1,74

Рисунок 18.1 – Карта-схема ливневых районов

α – коэффициент потерь стока, определяется по таблице 18.2, в соответствии с видом поверхности указанным в задании;

Таблица 18.2 – Коэффициент потерь стока

№	Вид и характер поверхности	Коэффициент α при площадях водосбора, км2
		0 – 1	1 – 10	10 – 100
I	Асфальт, бетон, скала без трещин	1,0	1,0	1,0
II	Жирная глина, такыры	0,7 – 0,95	0,65 – 0,95	0,65 – 0,9
III	Суглинки, подзолистые почвы, тундровые и болотные почвы	0,6 – 0,9	0,55 – 0,8	0,5 – 0,75
IV	Чернозем, каштановые почвы, лесс, карбонатные почвы	0,55 – 0,75	0,45 – 0,7	0,35 – 0,65
V	Супеси, степные почвы	0,3 – 0,55	0,2 – 0,5	0,2 – 0,45
VI	Песчаные, гравелистые рыхлые каменистые почвы	0,2	0,15	0,1

φ – коэффициент редукции, определяемый как:

;                                                (18.2)

 – коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчетной продолжительности, зависящий от длины водосбора L («скорости добегания» воды V_доб (км/мин) от наиболее удаленной точки водосбора до створа дороги и от шероховатости поверхности бассейна, определяется по формуле:

,                                               (18.3)

где      i – уклон лога определяемый как отношение разности его максимальных и минимальных отметок (h_max - h_min) к общей длине L:

,                                             (18.4)

Итак, объем стока ливневых вод:

.                                               (18.5)

1.2 Максимальный расход талых вод (м³/с):

.                                           (18.6)

где      k₀– коэффициент дружности половодья для района проложения дороги:

Таблица 18.3 – Значения коэффициента дружности половодья

Природная зона (район)	n	k0 для малых бассейнов
Зоны тундры и лесов	0,17	0,010
Европейская территория и Восточная Сибирь
Северный Кавказ	0,25	0,013
Западная Сибирь	0,25	0,030

h_p – расчетный слой стока, вычисляемый по формуле:

,                                                   (18.7)

 – средний слой стока, определяемый по карте средних слоев стока талых вод (рисунок 18.2);

К_р – модульный коэффициент, значение которого определяем в зависимости от расчетной вероятности превышения и коэффициента вариации С_v, умноженного на 1,25 (по карте коэффициентов вариации слоев стока талых вод (рисунок 18.3) находим для района проложения дороги С_v; 1,25∙С_v; в соответствии с этим значением для вероятности превышения 1% и С_S = 2С_v по графику кривых модульных коэффициентов слоев стока (рисунок 18.4) определяем К_р.

Рисунок 18.2 – Карта средних слоев стока талых вод, мм

Рисунок 18.3 – Карта коэффициентов вариации слоев стока талых вод

Рисунок 18.4 – Кривые модульных коэффициентов слоев стока, цифры на кривых – вероятность превышения

δ₁, δ₂ – коэффициенты, учитывающие снижение расхода в зависимости от озерности, залесенности и заболоченности водосбора, принимаемые по таблицам 18.4, 18.5.

Таблица 18.4 – Коэффициент учитывающий озерность

Озерность, %	2-5	5-10	10-15	Более15
δ1	0,9	0,8	0,75	0,7

Таблица 18.5 – Коэффициенты учитывающие заболоченность и залесенность

(целые числа)	β (десятые доли)
	0	2	4	6	8
1	1	0,94	0,88	0,84	0,8
2	0,76	0,73	0,7	0,67	0,64
3	0,62	0,6	0,58	0,56	0,54
4	0,52	0,5	0,48	0,47	0,46
5	0,44	0,43	0,42	0,4	0,39
6	0,38	0,37	0,36	0,34	0,33
7	0,32	0,31	0,3	0,3	0,29

F_Л и F_Б – площади леса и болот на бассейне (принимаются по заданию).

2. Расчет отверстий искусственных сооружений. В качестве сравниваемых вариантов в данной работе выбираются круглые трубы диаметром 1,5 м (одно – и двухочковую) и 2 м с раструбными оголовками.

Принятые варианты рассчитываются с учетом аккумуляции графоаналитическим методом.

Для этого строят графики пропускной способности труб в системе координат H³ и Q_a (рисунок 18.5).

Рисунок 18.5 – Графо-аналитический способ расчета труб с учетом аккумуляции:

1 – для одноочковых труб; 2 – для двухочковых труб

Кривая Q_a = f(H³) в принятой системе координат изображается ломаной линией, состоящей из двух отрезков:

Координаты для построения верхнего отрезка:

H³=0; Q_a=λ∙Q_л, м³/с;

λ – коэффициент трансформации, принимается равным 0,62.

Q_а=0; .

Координаты для построения нижнего отрезка:

H³=0; Q_a= Q_л, м³/с;

Q_а=0; .

Для двухочковых труб по оси абсцисс откладываем расход, приходящийся на одно очко, т. е. вдвое меньший, чем для одноочковых.

По полученным координатам строим ломаные линии Q_а = f(H³) отдельно для одноочковых и двухочковых труб (рисунок 18.5). Точки пересечения этих линий с кривыми пропускной способности дают значения действительного расхода, проходящего через сооружение, и соответствующего ему значения Н³. Результаты расчета сводим в таблицу 18.6.

Таблица 18.6

Труба	Qа, м3/с;	H3, м3
Одноочковая, d = 1,5 м
d = 2,0 м
Двухочковая, d = 1,5 м

Задание

По исходным данным, представленным в таблице 18.7, рассчитать:

1. Максимальный расход воды:

– ливневого стока;

– талого стока.

2. Отверстия водопропускных труб.

Таблица 18.7 – Варианты заданий

Вар	Расположение участка дороги	Площадь водосбора F, км2	Длина главного лога L, км	Вид и характер поверхности	hmax, м	hmin, м	Озер-ность, %	FЛ, км2	FБ, км2
1	Московская область	0,43	1,72	асфальт	168	130	2,5	0,05	0,03
2	Красноярский край	0,48	1,85	каменистые почвы	136	94	7	0,35	0,13
3	Ставропольский край	0,34	1,53	лессы	220	177	11	1,2	0,4
4	Архангельская область	0,41	1,68	тундровые почвы	145	99	8	0,6	0,2
5	Приморский край	0,57	2,1	жирная глина	86	44	12	0,07	0,03

Вопросы к практической работе

1. Какие параметры учитываются при расчете расхода ливневых