Определение высоты ветрового нагона
На откосы грунтовых плотин воздействуют волны, параметры которых необходимо знать для определения высоты плотины. При расчетах используют высоту наката волны на откос, для чего необходимо знать высоту волны h, ее длину λ и период повторяемости τ. Расчет высоты наката производят по формулам и графикам, приведенном в справочной литературе.
Помимо высоты наката определяют высоту ветрового нагона волны на откос по формуле:
(16)
где W – скорость ветра заданной вероятности превышения, м/с; D – длина разгона волны, м; g – ускорение силы тяжести, м/с2; Н – средняя глубина воды в зоне ветрового нагона, м; αВ – угол между продольной осью водоема и направлением ветра.
При определении конструктивных элементов плотины, в первую очередь, обращают внимание на максимальную высоту плотины и ширину гребня. Гребень, как правило, используется для прохода и проезда. В этом случае ширина гребня определяется категорией дороги, которая по нему проходит (но не менее 5 м). При отсутствии проезда ширину гребня принимают равной не менее 3 м.
При определении отметки гребня плотины из условия недопустимости перелива воды превышение d над расчетным форсированным уровнем принятой вероятности превышения максимального расхода и трансформирующей ролью водоема определяют по формуле:
, (17)
где hн – величина наката волны на мокрый откос, м; Δh – величина ветрового нагона волны, м; α – конструктивный запас, принимаемый как большее из значений 0,5 м или 0,1h1% (высоты волны, м, с вероятностью превышения 1%).
Мокрый откос плотины, подверженный воздействию волн, обычно закрепляют различными прочными материалами. На больших плотинах и водоемах часто применяют бетонные и железобетонные плиты, толщину δпл, м, которых можно определить по формуле:
(18)
где η – коэффициент, равный 1 для монолитных плит и 1,1 – для сборных плит; ρ0 плотность воды, т/м3; ρпл – плотность бетонной плиты, т/м3; λ – длина волны, м; β – длина плиты, м; m – коэффициент заложения откоса.
При проектировании плотин для создания ландшафтных водоемов мокрый откос закрепляют, как правило, природными материалами. В этом случае расчет толщины бетонной плиты может служить ориентиром для подбора крепления иного типа.
Задание 8. Определить высоту ветрового нагона (наката) волны на откос Δh, если заданы: скорость ветра; длина разгона волны; средняя глубина воды в зоне ветрового нагона; угол между продольной осью водоема и направлением ветра (табл. 8)
Таблица 8
Варианты исходных данных к заданию №8
| № варианта | Параметры для расчета | |||
| W, м/с | D, м | H, м | αв | |
| 3,0 | 4,2 | |||
| 8,5 | ||||
| 2,2 | 1,1 | |||
| 7,5 | 5,5 | |||
| 9,5 | ||||
| 1,4 | 6,5 | |||
| 2,4 | 5,2 | |||
| 8,5 | ||||
| 2,5 | 7,3 | 7,2 | ||
| 3,7 | 8,6 | 9,5 | ||
| 1,9 | 9,6 | |||
| 2,9 | 10,5 | |||
| 1,7 | 3,9 | 6,5 | ||
| 6,5 | ||||
Коррозия коллекторов
При эксплуатации водоотводящих коллекторов имеется опасность коррозии бетонных трубопроводов при воздействии на них агрессивной газовой фазы, скапливающейся в надводной части коллекторов. Прогнозировать возникновение коррозии можно по индексу Помероу, определяемому уравнением:
, (19)
где Z – индекс, характеризующий вероятную скорость возникновения коррозии (табл. 9); БПК5 – биохимическая потребность сточных вод в кислороде, получены в лабораторных условиях при 20 ºС, мг/л; T – температура сточных вод, ºС; J– уклон трубопровода; Q– расход сточных вод, л/с; U/b1 – отношение смоченного периметра трубопровода к ширине водного зеркала; для наполнения 0,5D,отношение U/b1=π/2.
Таблица 9
Вероятность возникновения и скорость коррозии в зависимости от величины индекса в управлении Помероу
| Индекс, Z | Ожидаемые параметры |
| Менее 5 000 | Сульфиды могут быть очень низких концентраций |
| 5 000 – 7 500 | Максимальная концентрация сульфидов может составить 0,1 мг/л. Легкая агрессивность, увеличение агрессивности при увеличении турбулентности потока. Скорость коррозии в пределах 0,1 мм/год |
| 7 500 – 10 000 | Сульфиды в высоких концентрациях, появляется запах |
| 10 000 – 15 000 | Количество сульфидов и запах увеличиваются. Быстро прогрессирующая коррозия. Скорость коррозии в пределах 1 мм/год |
| Более 15 000 | Растворимые сульфиды присутствуют постоянно. Бетонные трубы небольших диаметров могут быть разрушены за 5 – 10 лет. Скорость коррозии 2 мм/год и более |
Следует подчеркнуть, что индекс Z только указывает на возможность сульфидной коррозии. Количество сульфидов, которое продуцируется в течении 1 ч. в сточной воде, можно определить по формуле:
(20)
где 
– скорость образования сульфидов за 1 ч, мг/л; R -гидравлический радиус (ω/χ), м; υ – средняя скорость течения сточных вод, м/с; h/d – наполнение трубопровода в точке m; ЭБПК5 = БПК5∙1,07(Т-20) – эффективная БПК5. В таблице 10приведены значения ЭБПК, вычисленные для сточных вод с различной температурой.
Таблица 10
Значения ЭБПК сточных вод
| Температура, ºС | Коэффициент перевода БПК5 в ЭБПК | ЭБПК (при БПК5 = 350 мг/л) |
| 0,816 | ||
| 0,873 | ||
| 0,935 | ||
| 1,000 | ||
| 1,070 | ||
| 1,145 | ||
| 1,225 |
Среднюю скорость коррозии (мм/год) ориентировочно можно так же рассчитать по уравнению, предложенному Помероу:
(21)
Через некоторое время за счет потери сульфидов из системы концентрация сульфидов в сточной воде стабилизируется по уравнению:
(22)
где k – корректирующий коэффициент, зависящий от климатических условий: для умеренного (европейского) климата может быть принят равным 0,8; A – щелочность бетона, выраженная как эквивалент CaCO3: для бетонных труб с кварцевым заполнителем в среднем составляет 16% , для асбестоцементных труб, у которых щелочность 50%, и труб с большей щелочностью формула неприменима;
Xs= 0,7(Jυ)3/8∙iS∙b/U – степень превращения сульфидов в газовой фазе в серную кислоту на поверхности стенок трубопровода; i – коэффициент, зависящий от pH и показывающий, какая часть сероводорода переходит в растворимые сульфиды (табл. 11); S – общая концентрация растворимых сульфидов, мг/л.
Таблица 11
Значения коэффициента i в зависимости от величины pH
| pH | Часть H2S, % | i | pH | Часть H2S, % | i | |
| 6,0 | 0,91 | 7,4 | 0,28 | |||
| 6,6 | 0,72 | 7,6 | 0,2 | |||
| 6,8 | 0,61 | 7,8 | 0,14 | |||
| 7,0 | 0,50 | 8,0 | 0,09 | |||
| 7,2 | 0,39 |
Концентрацию сульфидов (мг/л) в конце напорного трубопровода определяют по формуле:
(23)
где D - диаметр трубопровода, см; C0–концентрация сульфидов в сточной воде в начале напорного трубопровода, мг/л.
Гидравлический радиус - отношение площади S поперечного сечения потока к смоченному периметру, т. е. периметру части русла, находящейся под уровнем жидкости. Гидравлический радиус служит обобщённой характеристикой размера сечения трубы некруглой формы или открытого русла. Для круглой трубы диаметром d T. p. R=d/4, для прямоугольного открытого канала большой ширины он равен глубине воды; для трапецеидальных каналов величина гидравлического радиуса изменяется от R=h/2; для течения между параллельными стенками с расстоянием b между ними R=b/2.
Таблица 12
Варианты исходных данных к заданию №9
| № п/п | БПК5мгО/л | ν, м/с | i | h/d, % | R | Х5, % | S, мг/л | T, °C | U/b | Q, л/с |
| 2,0 | 0,02 | |||||||||
| 2,2 | 0,03 | 20,3 | 1.8 | |||||||
| 1,8 | 0,04 | 1.3 | ||||||||
| 2,5 | 0,01 | 2.1 | ||||||||
| 1,9 | 0,015 | 1.4 | ||||||||
| 2,7 | 0,025 | 1.75 | ||||||||
| 2,1 | 0,035 | 30,4 | 1.65 | |||||||
| 1,8 | 0,045 | 1.85 | ||||||||
| 1,5 | 0,055 | 1.9 | ||||||||
| 2,3 | 0,022 | 1.5 | ||||||||
| 1,6 | 0,017 | 1.7 | ||||||||
| 1,7 | 0,023 | 1.3 | ||||||||
| 2,4 | 0,033 | 1.4 | ||||||||
| 2,1 | 0,05 | 1.5 | ||||||||
| 2,05 | 0,06 | 1.2 |