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 (Q_л) 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, i_соор, ‰, i_соор = (52,10-51,16)/320 = 3 ‰;

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

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

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

k_t — 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] k_t = 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 (Q_т), 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 А_л — залесенность водосбора, А_л =0,5, тогда по формуле (4) δ₂ =0,7;

h_р — 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;

k_р — модульный коэффициент для расчетного расхода.

Величина коэффициента k_р зависит от величины коэффициента асимметрии C_s, который в свою очередь зависит от коэффициента вариации C_v. Величина коэффициента C_v определяется по карте коэффициентов вариации слоя стока половодий. По рис. XV.4 [1] C_v = 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 C_v = 0,63.

Коэффициент асимметрии C_s для равнинных водосборов принимается равным:

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

Тогда по формуле (5) h_р = 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;

h_тр — 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 V_кр, м/с, определяется по формуле:

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

Критическая глубина h_кр, м, определяется по формуле:

где g — ускорение свободного падения, м/с².

Глубина воды в сжатом сечении h_с, 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 Q_c, м/с³, при безнапорном режиме определяется по формуле:

где ω_с — площадь сжатого сечения в трубе, м², который определяется из рис. I [2] стр. 13 из соотношения h_c/d = 0,38. По этому графику видно, что ω/d² = 0,29. Следовательно, ω_с = 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 Q_с по сравнению с максимальным паводочным расходом Q_р, что приводит к значительному уменьшению отверстия трубы. Расчет производится по ливневому стоку с соблюдением условия Q_c ≥ Q_т, где Q_т по формуле (3) равно 1,9 м³/с, а Q_c 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: