Определение максимального расхода воды через трубу во время весеннего половодья

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ИНЖЕНЕРНАЯ ГИДРОЛОГИЯ

ВАРИАНТ 10

СОДЕРЖАНИЕ

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ. 3

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО РАСХОДА ВОДЫ ЧЕРЕЗ ТРУБУ ВО ВРЕМЯ ВЕСЕННЕГО ПОЛОВОДЬЯ.. 5

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО РАСХОДА ВОДЫ ЧЕРЕЗ ТРУБУ ВО ВРЕМЯ ДОЖДЕВОГО ПАВОДКА.. 9

4. РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ТРУБЫ И ВЫЧИСЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА.. 16

4.1. Расчет размеров и количества труб. 16

4.2. Расчет длины труб. 18

4.3. Расчет напора перед трубами. 18

4.4. Расчет максимального расхода воды в трубах. 19

4.5. Расчет действительной скорости потока воды в трубах. 19

5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОТВОДЯЩЕГО РУСЛА.. 20

5.1. Расчет глубины русла. 20

5.2. Расчет скорости потока в русле. 21

6. СХЕМА ПОТОКА.. 22

ЛИТЕРАТУРА.. 23

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Трасса дороги второй категории пересекает постоянный водоток с площадью водосбора F = 55 км². Для пропуска воды в безнапорном режиме в насыпи дороги высотой Н_нас = 5,2 м устраивается железобетонная труба прямоугольного сечения с уклоном i_тр = 0,002. Вход в трубу коридорного типа. Ширина насыпи по верху – 15 м, заложения откосов m_нас = 1,5. Отводящее русло имеет уклон i₀₂ = 0,0005, ширину по дну b₀₂ = 6,2 м, заложение откосов m₀₂ = 1,7, коэффициент шероховатости n₀₂ = 0,034.

Данные гидрометрических наблюдений по водотоку отсутствуют. Для гидрологических расчетов принять:

· коэффициент вариации C_v = 0,33;

· коэффициент асимметрии C_s = 2C_v;

· среднемноголетний слой стока половодья h₀ = 95 мм;

· водоток находится в лесной зоне с рельефом второй категории;

· степень залесенности бассейна водосбора F_л = 29 %;

· степень заболоченности F_б = 6,1 %;

· средневзвешенная озерность F_о = 2,3 %;

· почвы водосбора глеево-подзолистые суглинистые;

· средний уклон водосбора i_в = 37 ‰;

· склоны без кочек с обычным травяным покровом;

· длина безрусловых склонов L = 0,8 км;

· средневзвешенный уклон русла реки выше створа дороги i_р = 0,5 ‰;

· русло чистое;

· река равнинная;

· максимальный суточный слой осадков вероятностью превышения Р = 1 % составляет Н_1% = 100 мм;

· район для параметра λ_р – 5;

· район типовых кривых редукции осадков – 4.

Необходимо:

1. Определить для заданной категории дороги расходы весеннего половодья и дождевого паводка требуемой обеспеченности и установить расчетный расход для назначения размеров водопропускного отверстия.

2. Подобрать размеры трубы или нескольких труб. Определить бытовую глубину отводящего русла и вычислить напор перед трубой.

3. Определить характерные параметры потока в трубе и отводящем русле.

4. Построить в масштабе схему продольного разреза и плана водопропускного сооружения, отражающую форму свободной поверхности потока в трубе и за трубой с указанием установленных размеров трубы и элементов потока.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО РАСХОДА ВОДЫ ЧЕРЕЗ ТРУБУ ВО ВРЕМЯ ВЕСЕННЕГО ПОЛОВОДЬЯ

 

1. Изображаем на рис. 1 вид сверху на заданное сооружение.

 

 

 

Рис. 1. Вид сверху на заданное сооружение.

 

Справа от насыпи расположен водосбор, под насыпью расположены трубы, слева от насыпи – отводной канал. Движение воды через трубы – справа налево.

2. Расчет максимального расхода воды ведем по источнику: Cавкин А.А., Федоров С.В. Гидрология. СПб.: СПбГАСУ, 2010. – С. 8 – 11.

При отсутствии данных гидрометрических наблюдений максимальный расход весеннего половодья при площадях водосбора до 20 000 км² определяется по формуле:

где К₀ = 0,008 – коэффициент дружности половодья, принятый по справочной таблице;

h_p = К_р·h₀ = 1,93·95 = 183 мм – расчетный слой суммарного весеннего стока с ежегодной вероятностью превышения Р = 1 %, принятой по справочной таблице для автомобильных дорог заданной второй категории;

К_р = 1,93 - ордината кривой трехпараметрического гамма-распределения, определенная интерполяцией по справочной таблице в зависимости от C_v = 0,33 и Р = 1 %;

μ = 1,0 – коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов воды; определен по справочной таблице;

0,63 - коэффициент, учитывающий влияние водохранилищ, прудов и проточных озер;

С = 0,25 - коэффициент, зависящий от среднемноголетнего слоя стока весеннего половодья; принят по справочной таблице;

0,47 - коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в залесённых бассейнах;

α₁ = 1,0 - коэффициент, зависящий от природной зоны и расположения леса на водосборе; принят по методическим указаниям;

n₂ = 0,22 - коэффициент, зависящий от грунтов под лесом; принят по методическим указаниям;

δ₂ = 1 – β · lg (0,1·F_б + 1) = 1 – 0,8·lg (0,1·6,1 + 1) = 0,83 - коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды заболоченных бассейнов;

β = 0,8 - коэффициент, учитывающий тип болот и преобладающий состав грунтов вокруг болот; принят по методическим указаниям;

F₁ = 1 км² - дополнительная площадь водосбора, учитывающая снижение редукции; принята по методическим указаниям;

n₁ = 0,17 – показатель степени функции; принят по методическим указаниям.

Подставляем и вычисляем:

10,01 м³/с.