Подбор отверстий водопропускных труб с учетом аккумуляции

При назначении отверстий необходимо учитывать аккумуляцию вод в трубу перед сооружением. При этом заранее нельзя назвать степень снижения расчётного значения расхода, так как глубина воды перед сооружением ещё неизвестна. Это осложняет расчёт и заставляет выполнять его либо путём последовательных приближений, либо графоаналитическим приёмом.

Малые искусственные сооружения почти всегда сильно стесняют поток и изменяют его бытовой режим. В результате временного накопления перед трубой части паводка гидрограф притока трансформируется в более растянутый во времени гидрограф сброса, что приводит к снижению расчётного сбросного расхода воды в сооружении Q_c по сравнению с наибольшим секундным притоком с бассейна Q. Объём накопившейся воды W_пр при общем объёме стока W зависит от гидрографа притока, отверстия трубы и рельефа участка местности, в пределах которого образуется пруд перед сооружением.

Расход воды в отверстии сооружения определяется высотой подпора воды над входным лотком. Объем воды, копившейся перед сооружением, по сравнению с объёмом всего паводка оказывается незначительным и практически не влияет на работу сооружения. При определении отверстия сооружения в таких случаях в качестве расчётного расхода принимается наибольший расход водостока заданной обеспеченности.

При относительно пологих или слабовыраженных логах образование подпора перед сооружением сопряжено с затоплением больших площадей и накоплением воды перед дорогой. Подпор воды перед трубой возрастает медленно и обычно не успевает достичь размера, обеспечивающего равенство сброса наибольшему притоку ливневого паводка. Расход воды в сооружении оказывается часто гораздо меньше расчётного расхода притока. В таких случаях аккумуляция воды должна учитываться при определении отверстия сооружения для пропуска ливневого стока.

Часть площади гидрографа притока, расположенная выше кривой сбросных расходов, представляет собой объём воды перед трубой – объём пруда, W_пр. Отношение между W_пр и суммарным притоком бассейна W определяет степень трансформации паводка и служит показателем регулирующей способности лога перед сооружением.

Общий объём стока ливневых вод для трубы на ПК 1+70 определяем по формуле (18):

;

Объём пруда определяется по формуле:

(28)

где W_пр – объём пруда, м³;

k₀ – коэффициент формы лога;

H – подпор воды перед трубой, м.

Коэффициент формы лога определяется по формуле:

(29)

где m₁, m₂ и i_л – средние уклоны склонов и лога (рисунок 9).

Рисунок 9 – Схема к определению объема пруда

Коэффициент формы лога определяем по формуле (29):

.

Объём пруда определяем по формуле (28):

.

Зависимость сбросного и расчетного расходов определяется по формуле:

(30)

где λ – коэффициент аккумуляции

Коэффициент аккумуляции определяется по формуле:

(31)

Коэффициент аккумуляции определяем по формуле (31):

.

При расчете труб невозможно посчитать сбросной расход Q_c, так как нельзя задать глубину воды H и посчитать коэффициент аккумуляции. Поэтому при назначении отверстия трубы используем график уточненного коэффициента аккумуляции (рисунок 10).

Вычисляем координаты, необходимые для построения графика:

;

;

.

Рисунок 10 - Уточнённый график аккумуляции для трубы на ПК 1+70

С помощью уточненного графоаналитического приема учета аккумуляции на ПК 1+70 принимаем прямоугольныю трубу размерами 3,0х2,5 м.

На ПК 3+51:

;

.

.

.

;

;

.

Рисунок 11 - Уточнённый график аккумуляции для трубы на ПК 3+51.

С помощью уточненного графоаналитического приема учета аккумуляции на ПК 3+51 принимаем прямоугольнуюю трубу размерами 4,0х2,5м.

На ПК 6+85:

;

.

.

.

;

;

.

Рисунок 13– Уточненный графоаналитический прием учета аккумуляции

С помощью уточненного графоаналитического приема учета аккумуляции на ПК 6+85 принимаем прямоугольную трубу размерами 3,0х2,5 м.