Пример расчета участка ливневой канализации

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАКРЫТОЙ ВОДОСТОЧНОЙ СЕТИ ГОРОДА

Часть 2. Пример расчета.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б.Н.Ельцина

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАКРЫТОЙ ВОДОСТОЧНОЙ СЕТИ ГОРОДА

Методические указания к курсовой работе

«Проектирование закрытой водосточной сети города»

Часть 2. Пример расчета.

для бакалавров дневной формы обучения специальности

270105 – Городское строительство и хозяйство

Екатеринбург

УрФУ

УДК ________

Составители: Л. И. Рябоконь, И. А. Тиганова

Научный редактор – Н. И. Кузнецова

Проектирование закрытой водосточной сети города. Часть 2. Пример расчета: методические указания / сост. Л. И. Рябоконь, И. А. Тиганова. Екатеринбург : УрФУ, 2013. 18 с.

В работе приводится пример расчета участка закрытых водосточных сетей методом расчетных предельных интенсивностей.

Пример предназначен для использования при выполнении студентами курсовой работы, заданий на практических занятиях, лабораторных практикумах и специальных разделов дипломного проекта (работы) по дисциплинам «Комплексное инженерное благоустройство городских территорий», «Инженерная подготовка территорий».

Библиогр.: 3 назв. Табл. 2 . Рис. 1 .

Подготовлено кафедрой «Городское строительство»

© Уральский федеральный университет, 2013

© Рябоконь Л. И., Тиганова И. А.(составление), 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.. 4

ПРИМЕР РАСЧЕТА УЧАСТКА ЛИВНЕВОЙ

КАНАЛИЗАЦИИ.. 4

Исходные данные. 4

Участок 0-1. 6

Участок 1 – 2. 7

Участок 2 – 3. 8

Участок 3 – 4. 8

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.. 9

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Целью методических указаний является освоение методики расчета закрытой водосточной сети города при полной раздельной системе канализования. Расчет состоит из гидрогеологической и гидравлической части. Гидрологический расчет объемов поверхностного стока ведется для одного главного водосточного коллектора при наличии нескольких бассейнов стока и определят расчетный объем стока, поступающего в закрытую сеть дождевой канализации. Гидравлический расчет главного коллектора определяет его основные характеристики – пропускную способность, уклоны и диаметры трубопроводов, скорости стока.

ПРИМЕР РАСЧЕТА УЧАСТКА ЛИВНЕВОЙ КАНАЛИЗАЦИИ

Исходные данные

Выполнить расчет коллектора дождевой канализации методом расчетных предельных интенсивностей [3] при следующих исходных данных:

1) район расположения площадки – город Заратустровск;

2) коллектор проходит по магистральной улице в тальвеге со средней крутизной склона 0,025;

3) внутриквартальные закрытые дождевые сети не предусматриваются;

4) баланс поверхностей бассейнов стока:

- кровли зданий, асфальтобетонные покрытия 45%;

- гравийные садово-парковые дорожки 30%;

- грунтовые поверхности спланированные 13%;

- газоны 12%;

5) длина протекания вод по лотку до первого дождеприемного колодца (длина свободного пробега) – 100 м, скорость течения воды по открытому лотку вычисляется по формуле:

, (1)

где с – коэффициент Шези;

R – гидравлический радиус, м;

i – гидравлический уклон. Принимается равным продольному уклону лотка проезжей части на данном участке с учетом Схемы вертикальной планировки.

Гидравлический радиус находим по формуле:

R = ω / λ (2)

где λ – смоченный периметр, м;

ω – площадь живого сечения, м².

Коэффициент Шези находим по формуле:

c = R ^y / n, (3)

где n – коэффициент шероховатости поверхности (для асфальтобетонного покрытия принимаем n=0,014)

y – показатель, который вычисляется по формуле Павловского

(4)

В данном примере расчета скорость течения воды по лотку проезжей части с учетом уклона 0,010 (см. табл. 1 для участка 0-1) составляет 0,7 м/с.

6) характеристика расчетных участков сводится в таблицу 1, расчетная схема проектируемого участка водостока представлена на рис. 1.

Таблица 1

ХАРАКТЕРИСТИКА РАСЧЕТНЫХ УЧАСТКОВ

Участок	Площадь бассейна стока, га	Длина расчетного участка, м	Уклон поверхности	Отметки поверхности
Начало	Конец
0 – 1			0,010	71,90	70,10
1 - 2			0,008	70,10	67,70
2 – 3			0,010	67,70	64,70
3 – 4			0,011	64,70	61,73

Расчет дождевой канализации базируется на методе предельной интенсивности, суть которого состоит в следующем – расход дождевых вод в коллекторе достигает максимума в том случае, когда продолжительность расчетного дождя равна времени подтекания дождевых вод к данному сечению коллектора. Поэтому для каждого расчетного сечения сначала должна быть определена продолжительность подтекания вод, и соответственно ей рассчитывается удельная интенсивность дождя. Поскольку при этом неизвестны диаметры труб (и соответственно скорости течения воды), расчет носит итерационный характер.

Для г. Заратустровска расчетные характеристики дождя следующие по табл. 4, рис. 1 [1]:

Значение n = 0,71 при Р ≥ 1

= 0,64 при Р < 1

m_r = 110

γ= 1,54

q₂₀ = 100 л/с на га

Поскольку коллектор проходит по тальвегу с крутыми склонами (по магистральной улице), условия расположения коллектора следует признать неблагоприятными согласно примечанию 3 к табл. 5 [l]. В той же таблице при нашем значении q₂₀ = 100 л/с на га находим, что период однократного превышения расчетной интенсивности дождя Р может быть принят от 3 до 5 лет. В расчете принимаем 3 года.

Рис. 1. Расчетная схема проектируемого участка водостока F4=6га

Параметр дождя А рассчитываем по формуле 4 [1]:

A = q₂₀×20ⁿ ×(1 + lg P / lg m_r)^γ (5)

В нашем случае для г. Заратустровска:

A = 100 × 20^0,71 × (1 + lg 3 / lg 100)^1,54 = 1159

Определяем средневзвешенное значение коэффициента, характеризующего поверхность бассейна стока z_mid: при параметре А = 1159 для водонепроницаемых поверхностей z₁ = 0,24 по табл. 10 [1]; для гравийных покрытий z₂ = 0,09, для грунтовых z₃ = 0,064, для газонов z₄ = 0,038 по табл. 9 [1].

При заданном балансе поверхностей:

z_mid = 0,24 × 0,45 + 0,09 × 0,30 + 0,064 × 0,13 + 0,038 × 0,12 = 0,148

Участок 0-1

Расчет времени протекания дождевых вод до расчетного участка соответственно ведется по формуле 5 [1]:

t_r = t_con + t_can + t_p (6)

t_con принимаем равным 5 мин согласно п. 2.16 [1]. Продолжительность протекания по уличному лотку t_can определяется по формуле:

t_can = 0,021 × l_can / V_can (7)

t_can = 0,021 × l_can / V_can = 0,021 × 100 / 0,70 = 3 мин

Продолжительность протекания дождевых вод по трубам будем определять для каждого расчетного участка по формуле:

t_p = 0,017 × l_p / V_p (8)

Результаты расчета сводятся в таблицу 2, причем по возможности уклоны труб следует стремиться принимать равными уклону местности. Диаметры труб, скорость течения в трубах и пропускная способность трубы определяются по таблицам [2], либо с помощью Имитатора таблиц А. А. Лукиных и Н. А. Лукиных в программе Microsoft Office Exсel, разработанного Л. И. Рябоконь.

Гидравлический расчет ведется при полном наполнении труб, при этом расчетные скорости должны находиться в пределах, оговоренных в п. 2.34, 2.36 [1]: V_min ≥ 0,7 м/с, V_max ≤ 7 для неметаллических труб; при этом, при Р = 0,33 года допускается принимать V_min= 0,6 м/с.

Определим время добегания вод до конца 1-го расчетного участка в первом приближении (примем скорость течения в трубе 0,7 м/с).

t_r = 5 + 3 + 0,017 × l_p / V_p = 8 + 0,017 × 180 / 0,7 = 12,37 мин

Расчетная удельная интенсивность дождя продолжительностью
t_r = 12,37 мин определится по формуле:

q_t = A^1,2 / t_r^{1,2n – 0,1} × β, (9)

где β принимается по табл. 11 [1] равной 0,65, с введением согласно примечанию 2 к этой таблице, уменьшающей 10 %-ой поправки, учитывающей малое количество расчетных участков (от 4 до 10). Таким образом, для данной расчетной схемы водостока значение коэффициента β принимается равным 0,585.

В нашем случае:

q_12,37 = A^1,2 / t_r^{1,2n – 0,1} × β = 1159^1,2 / 12,37^{1,2 × 0,71 – 0,1} × 0,585 =
= 419,38 л/с на 1 га

Расчетный бассейн для участка 0-1:

F _(0-1)r = F_(0-1) × z_mid = 12,0 × 0,148 = 1,78 га

q_(0-1)r = 419,38 × 1,78 = 744,82 л/с

По таблицам [2] при наполнении h / d = 1,0 и уклоне местности 0,010 наиболее близкий результат по расходу соответствует диаметру трубы 700 мм – с пропускной способностью Q = 869 л/с и скоростью
V = 2,26 м/с.

В связи с тем, что уклон трубы на участке 0-1 принят равным уклону поверхности и при этом изменилась скорость движения воды по трубе, необходимо произвести перерасчет времени добегания до расчетного сечения и затем, определения нового значения q_r.

t_r = 5 + 3 + 0,017 × l_p / V_p = 8 + 0,017 × 180 / 2,26 = 9,35 мин

q_9,35 = A^1,2 / t_r^{1,2n – 0,1} × β = 1159^1,2 / 9,35^{1,2 × 0,71 – 0,1} × 0,585 =
= 517,61 л/с на 1 га

Расчетный расход с новым временем добегания составляет:

q_(0-1)r = 517,61 × 1,78 = 921,35 л/с

Анализ и сопоставление полученного при времени добегания
9,35 мин расчетного расхода с табличными значениями [2] показывают, что он больше предельной пропускной способности трубы диаметром 700 мм. В связи с этим, требуется увеличить сечение до 800 мм.

По таблицам [2] при сечении 800 мм пропускная способность трубы составляет Q = 1241 л/с, а скорость V = 2,47 м/с.

Время добегания воды до расчетного сечения при V = 2,47 м/с составляет:

t_(0-1)r = 5 + 3 + 0,017 × l_p / V_p = 8 + 0,017 × 180 / 2,47 = 9,24 мин

Удельный расход:

q_9,24 = A^1,2 / t_r^{1,2n – 0,1} × β = 1159^1,2 / 9,24^{1,2 × 0,71 – 0,1} × 0,585 =
= 522,47 л/с на 1 га

Расчетный расход:

q_(0-1)r = 522,48 × 1,78 = 929,65 л/с

Участок 1 – 2

На участке 1-2 предварительно определим скорость течения в трубе по величине уклона поверхности земли и диаметру трубы [3] (диаметр примем для начала равным диаметру предшествующего участка, т.е.
800 мм):

, (10)

где V_p – скорость течения воды в трубе, м/с;

i – уклон поверхности земли на расчетном участке;

d – диаметр трубы, м.

Время добегания воды по трубам до расчетного сечения при
V_р = 2,19 м/с составляет:

t_(1-2)p = 0,017 × l_p / V_p = 0,017 × 300 / 2,19 = 2,33 мин

Общее время добегания:

t_(1-2)r = 9,24 + 2,33 = 11,57 мин

q_11,57 = A^1,2 / t_r^{1,2n – 0,1} × β = 1159^1,2 / 11,57^{1,2 × 0,71 – 0,1} × 0,585 =
= 441,00 л/с на 1 га

q_(1-2)r = 441,00 × (1,78 + 1,63) = 1503,81 л/с

Из таблиц [2] при диаметре 800 мм имеем Q = 1109 л/с и скорость
V = 2,21 м/с. Видно, что пропускная способность при этом диаметре не обеспечивается. Примем диаметр трубы 900 мм.

Из таблиц [2] при диаметре 900 мм имеем Q = 1520 л/с и скорость
V = 2,39 м/с.

Произведем перерасчет времени добегания:

t_(1-2)r = 9,24 + 0,017 × l_p / V_p = 0,017 × 300 / 2,39 = 9,24 + 2,13 =
= 11,37 мин

q_11,37 = A^1,2 / t_r^{1,2n – 0,1} × β = 1159^1,2 / 11,37^{1,2 × 0,71 – 0,1} × 0,585 =
= 446,81 л/с на 1 га

q_(1-2)r = 446,81 × 3,41 = 1523,62 л/с

Сравнив полученный расчетный расход 1523,62 л/с с пропускной способностью трубы диаметром 900 мм равную 1520 л/с, делаем вывод, что выбранное сечение обеспечивает пропуск расчетного расхода.

Участок 2 – 3

Время добегания воды до начала этого участка составляет
11,37 мин. Поскольку протяженность участка 2-3 равна предыдущему, а уклон – незначительно больший, примем время протока по этому участку равным:

t_(2-3)r = 11,37 + 2,13 = 13,50 мин

Произведем расчет значений q_13,5 и q_(2-3)r:

q_13,50 = 392,67 л/с на 1 га и q_(2-3)r = 392,67 × 5,48 = 2151,83 л/с.

Из таблиц [2] при диаметре 1000 мм расход Q = 2244 л/с, скорость
V = 2,86 м/с.

Сечение трубы диаметром 1000 мм обеспечивает пропуск расчетного расхода, т.к. при скорости V = 2,86 м/с и времени добегания 13,15 мин расчетный расход Q составляет 2194,90 л/с.

Участок 3 – 4

На участке 3-4 предварительно определим скорость течения в трубе по величине уклона поверхности земли и диаметру трубы (диаметр примем для начала равным диаметру предшествующего участка, т.е.
1000 мм):

Время добегания воды по трубам до расчетного сечения при
V = 2,98 м/с составляет:

t _(3-4)r = 13,08 + 0,017 × 270 / 2,98 = 13,08 + 1,54 = 14,62 мин

q_14,62 = 369,84 л/с на 1 га и q_r(3-4) = 369,84 × 6,41 = 2370,67 л/с

Из таблиц [2] при диаметре 1000 мм расход Q = 2360 л/с, скорость
V = 3,00 м/с, принятое сечение соответствует расчетному расходу.

Таблица 2	ПАРАМЕТРЫ ГЛАВНОГО КОЛЛЕКТОРА ЗАКРЫТОЙ ВОДОСТОЧНОЙ СЕТИ	Пропускная способность трубы, л/с		(869)	(1109)			Примечание: в скобках приведены промежуточные результаты.
Диаметр трубы, мм		(700)	(800)
Расчетный расход,л/с		(744,82) (921,35) 929,65	(1503,81) 1523,62	2194,90	2370,67
Скорость, м/с		(0,70) (2,26) 2,47	(2,19) 2,39	2,86	2,98
Удельный расход, л/с на 1 га		(419,38) (517,61) 522,47	(441,00) 446,81	392,67	369,84
Время добегания, мин		(12,37) (9,35) 9,24	(11,57) 11,37	13,50	14,62
Уклон трубы		0,010	0,008	0,010	0,011
Длина участка, м
Расчетная площадь бассейна стока, га	Общий		1,78	3,41	5,48	6,41
Частный		1,78	1,63	2,07	0,89
Zmid		0,15	0,15	0,15	0,15
Площадь бассейна стока, га		12,0	11.0	14,0	6,0
Номер участка		0-1	1-2	2-3	3-4

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные сети и сооружения. М.: Стройиздат, 1998.

2. Лукиных А.А., Лукиных Н.А. Таблицы для гидравлического расчета канализационных сетей и дюкеров по формуле акад. Н.Н.Павловского. М.: Стройиздат,1987.

3. Федоров Н.Ф., Курганов А.М., Алексеев М.И. Канализационные сети. Примеры расчета. М.: Стройиздат, 1985.

Учебное издание

РАСЧЕТ ГОРОДСКИХ ВОДОСТОЧНЫХ СЕТЕЙ

Составители: Рябоконь Леонид Иванович,

Тиганова Ирина Александровна

Редактор И. О. Фамилия

Корректор И. О. Фамилия

Компьютерный набор И. А. Тигановой

Подписано в печать _________. Формат ___________.

Бумага писчая. Плоская печать. Усл. печ. л. ______.

Уч.-изд. л. ______. Тираж ______ экз. Заказ ______

Редакционно-издательский отдел УрФУ

620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19

[email protected]

Название типографии

Адрес типографии