Мир Знаний

Проектирование и расчет водопропускных труб (стр. 2 из 4)

Если водораздел плоский и неясно выражен на поверхности, бассейн снимают ходами по тальвегам до водораздела. Измерив длины ходов и определив их направления, составляют план бассейнов.

Площадь бассейна, очерченного по карте, определяется планиметром, палеткой или разбивкой бассейна на простейшие геометрические фигуры.

В данном курсовом проекте площадь водосбора определялась по выданной топографической карте (см. приложение) методом разбивки очерченного на ней бассейна на квадраты со сторонами 100 м с последующим их суммированием. Площадь водосборного бассейна, F = 1,64 км2.

Расчет максимальных расходов ведется по ливневому стоку и стоку талых вод. За расчетный принимается больший из них.

2.2. Определение максимального расхода от ливневого стока.

Для определения максимального расхода ливневого стока (Qл) необходимы следующие данные:

1. Ливневой район для заданной области, который определяется по рис. XV.2 [1]. Воронежской области соответствует 6 ливневый район;

2. Площадь водосборного бассейна, принимается по карте, F, км2, F = 1,64 км2;

3. Длина главного лога, определяется по карте, L, м, L = 1820 м;

4. Средний уклон лога, i, ‰, i = (57,92-51,16)/1820 = 4 ‰;

5. Уклон лога у сооружения, iсоор, ‰, iсоор = (52,10-51,16)/320 = 3 ‰;

6. Вероятность превышения паводка для трубы на дороге III категории — 2 %.


Расход ливневого стока, Qл, м3/с, определяется по следующей формуле:


где ачас — интенсивность ливня часовой продолжительности в зависимости от ливневого района и вероятности превышения максимальных расходов расчетных паводков, мм/мин. По табл. XV.2 [1] ачас = 0,89;

kt — коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчетной продолжительности, зависящий от длины водосбора L и среднего уклона лога i, %. По табл. XV.3 [1] kt = 1,39;

F — площадь водосбора, км2, F = 1,64 км2;

α — коэффициент потерь стока, зависящий от вида и характера поверхности бассейна. По табл. I [2] стр. 23 α = 0,25;

φ — коэффициент редукции (уменьшения), учитывающий неполноту стока, тем большую, чем больше водосбор. Коэффициент редукции φ зависит от площади бассейна и вычисляется по формуле:

Тогда расход ливневого стока по формуле (1) равен:

2.3. Определение максимального расхода от снегового стока.

Максимальный расход талых вод для любых бассейнов (Qт), м3/с, определяется по формуле:


где k0 — коэффициент дружности половодья;

n — показатель степени зависящий, который как и k0 зависит от рельефа и климатических условий и определяются по табл. II [2] стр. 23. По указанной таблице k0 = 0,02, а n = 0,25;

F — площадь водосбора, км2;

δ1 — коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов в заболоченной местности. В данном случае бассейн не заболочен, поэтому δ1 принимаем равным 1;

δ2 — коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов в залесенных бассейнах. Определяется δ2 по формуле:


где Ал — залесенность водосбора, Ал =0,5, тогда по формуле (4) δ2 =0,7;

hр — расчетный слой суммарного стока той же вероятности превышения, что и искомый максимальный расход, мм. Определяется по формуле:


где h0 — средний многолетний слой стока, мм, определяемый по рис. XV.3 [1]. Для Воронежской области h0 = 40 мм;

kр — модульный коэффициент для расчетного расхода.


Величина коэффициента kр зависит от величины коэффициента асимметрии Cs, который в свою очередь зависит от коэффициента вариации Cv. Величина коэффициента Cv определяется по карте коэффициентов вариации слоя стока половодий. По рис. XV.4 [1] Cv = 0,5. Данную величину для бассейнов площадью менее 200 км2 умножают на коэффициент определяемый по табл. I [2] на стр. 7 и равный 1,25. Тогда Cv = 0,63.

Коэффициент асимметрии Cs для равнинных водосборов принимается равным:


Величина коэффициента kр определяется по кривым модульных коэффициентов слоев стока для соответствующей вероятности превышения по рис. XV.5 [1]. kр =2,6.


Тогда по формуле (5) hр = 104 мм, а по формуле (3):


2.4.


Определение пропускной способности трубы при безнапорном режиме.

Безнапорный режим характеризуется незатопленным входным отверстием и работой трубы неполным сечением, что отвечает условию:


где H — подпор перед трубой, м;

hтр — высота трубы в свету, м.

Принимаем наиболее максимальный расход для определения диаметра трубы, т. е. ливневый расход равный 4,24 м3/с. Принимаем по выбранному расходу диаметр трубы (1,5 м) и скорость воды на выходе (3,9 м/с) по табл. IV [2] стр. 26.

Критическая скорость Vкр, м/с, определяется по формуле:



где Vс — скорость в сжатом сечении, м/с.

Критическая глубина hкр, м, определяется по формуле:


где g — ускорение свободного падения, м/с2.

Глубина воды в сжатом сечении hс, м:


Подпор воды перед трубой определяется по формуле, H, м:


где φ — коэффициент скорости, принимаемый для конического звена 0,97.

Произведем проверку выбранной трубы на высоту подпора трубы по формуле (7):


Произведем проверку пропускной способности выбранной трубы. Пропускная способность трубы Qc, м/с3, при безнапорном режиме определяется по формуле:


где ωс — площадь сжатого сечения в трубе, м2, который определяется из рис. I [2] стр. 13 из соотношения hc/d = 0,38. По этому графику видно, что ω/d2 = 0,29. Следовательно, ωс = 0,65 и по формуле (12):


Выбираем одноочковую трубу диаметром 1,5 м.

2.5. Расчет отверстий труб с учетом аккумуляции воды у сооружения.

Аккумуляция учитывается во всех случаях расчета по преобладающему ливневому стоку. В результате аккумуляции воды перед трубой образуется пруд. Время прохождения воды через трубу увеличивается по сравнению с продолжительностью паводка, вследствие чего происходит снижение расчетного сбросного расхода в сооружении Qс по сравнению с максимальным паводочным расходом Qр, что приводит к значительному уменьшению отверстия трубы. Расчет производится по ливневому стоку с соблюдением условия Qc ≥ Qт, где Qт по формуле (3) равно 1,9 м3/с, а Qc по формуле (1) равно 4,24 м3/с. Условие выполняется.


Порядок определения расчетного сбросного расхода в сооружении с учетом аккумуляции следующий:

1. Вычисляется объем стока W, м3, по формуле:


где ачас — интенсивность ливня часовой продолжительности в зависимости от ливневого района и вероятности превышения максимальных расходов расчетных паводков, мм/мин. По табл. XV.2 [1] ачас = 0,89;