IV . Расчет искусственных сооружений

Малые водопропускные сооружения устраивают в местах пересечения автомобильной дороги с ручьями, оврагами, по которым стекает вода от дожей или снеготаяния.

Гидрологические расчеты.

1.Определение исходных данных.

1.1На карте намечают местоположение и предварительно тип водопропускных сооружений. Проводят водоразделы, окаймляющие водосборные бассейны и показывают главные лога водосборов.

1.2Учитывая масштаб карты, определяют площадь бассейна – А, км².

1.3Определяют длину главного лога L, км. Длиной главного лога называют расстояние по логу от наиболее отдаленной водораздельной точки до сооружения.

1.4Определяют средний уклон главного лога по формуле:

 

i_р=(ÑН - ÑС)/L

 

ÑН – отметка начальной точки лога у водораздела, м;

ÑС - отметка точки местности у сооружения, м;

1.5Вычисляют уклон лога у сооружения:

 

i₀ =(ÑА - ÑВ)/300

 

ÑА – отметка точки лога, расположенной с верховой стороны на расстоянии 100 м от сооружения, м;

ÑВ - отметка точки лога, расположенной с низовой стороны на расстоянии 200 м от сооружения, м;

1.6Находят средний уклон склонов водосбора по формуле:

 

i_{В =} Si_к/4

i₁=0,030

i₂=0,020

i₃=0,053

i₄=0,114

 

SК = i₁+i₂+i₃+i₄ – уклоны склонов по различным четырем направлениям, . тысячные.

Определяют среднюю длину безрусловых склонов водосбора: В =А/1,8∙ (Sl+L) – для двускатных бассейнов.

Полученные данные сводятся в таблицу.

 

№п/п	Местоположение сооружения, ПК +	А, км2	L, км	iр, ‰	iо, ‰	iв, ‰	В, км	Вероятность превышения (ВП),%
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	ПК17+25	1,75	1,7	27	13	54	0,17	1

 

i_р= (207,0-165,0)/1700 =0.027

i₀ =(ÑА - ÑВ)/300=(175,0-171,0)/300=0,013

i_в= Si_к/4=(0,030+0,020+0,053+0,114)/4=0,054

В =А/1,8∙(Sl+L)=1,75/1.8(0.8875+1,575+0,9+0,675+1,7)=0,17.

 

2.Определение расхода от ливневых вод.

Расход от ливневых вод определяют по формуле предельной интенсивности стока

 

Q_р%=q¢_1%∙j_ст∙Н¢_1%∙d∙l_р%∙А, м³/с

 

По приложению 1 получаем Н¢_1%=120 мм. Коэффициент паводкового стока определяем по формуле

 

j_ст=С₂∙j_о/(А+1)ⁿ⁶ ∙ (i_b/50)ⁿ⁵

С₂=1,2;

j_о=0,30;

n5=0;

n6=0,07

j_ст=1,2∙0,3/(1,7+1)^0,07∙(54/50)⁰

 

Полученный коэффициент j_ст сравниваем с региональным коэффициентом стока и к расчету принимаем больший j_ст=0,75.

Определяем гидрометрическую характеристику русла (лога)

 

Ф_р= 1000∙L/c_р∙i_р^1/3А^1/4(j_ст∙ Н¢_1%)^1/4

 

c_р=11 – для периодически высыхающих водотоков, несущих во время паводка большое количество наносов.

 

Ф_р=1000∙1,7/11∙27^1/3∙1,75^1/4=170/37,23=4,56.

 

Определяем гидрометрическую характеристику склонов

 

j_ск=(1000∙В)^1/2 /n_cкi_в^1/4∙ (j_ст* Н¢_1%)^1/2

n_cк=0,3;

j_ск=(1000∙0,17)^1/2/0,30∙54^1/4∙(0,75∙120)^1/2=13,03/20,9=0,62.

 

Определяем номер района типовых кривых редукции.

Для Минской области номер района соответствует 2. t_ск=2,9 мин; q¢_1%=0,42

Определяем параметр λ =1.

Определяем параметр d: площадь озера 0,01км² → озерность57% d=0,9

Определяют расход от ливневых вод :

 

Q_р%= 0,42∙0,75∙120∙0,9∙1,75=59,535 м³/с.

 

3. Определение объема стока.

Объем стока от ливневых вод определяют по формуле

 

W = 60000∙а_час∙ (А/ÖК_t) ∙a∙j

 

Для этого определяем следующие параметры:

Для Минской области номер ливневого района соответствует 5.

 

а_час=0,97 мм/мин ;

a=0,59;

 

Коэффициент редукции j=1/⁴√17,5=0,49, К_t=1,94;

 

W =60000∙0,97∙(1,75/√1,94)∙0,59∙0,49=21139м³

 

4. Определение расхода от снеготаяния

Расход от снеготаяния определяем по формуле:

 

Q_сн= К_о∙h_р%∙А∙m/(А+А₁)ⁿ ∙ d∙d₁∙d₂

 

Для этого определяем следующие параметры: n= 0,17,К_о=0,01; А₁=1 ; h=80

Поправочный коэффициент к = 0,18(i_b+1)^0,45 =1,09

Определяем исправленное значение среднего многолетнего слоя стока h_испр=h∙к=80∙1,09=87,2мм

Определяем коэффициент вариации C_Vh, получаем C_Vh=0,4. Поскольку площадь водосбора А<50 км² ,значение C_Vh умножаем на поправочный коэффициент, равный 1,25. C_Vh =0,4∙1,25=0,5

Принимаем коэффициент асимметрии по формуле C_sh=2∙0,5=1

Определяем значение модульного коэффициента К_р, получаем К_р=4,5.

Определяем расчетный слой суммарного стока

 

h_р%= К_р ∙h_испр=4,5∙87,2=392,4 мм

m=1,0; d=0,9; d₁= 1.0 ; d₂ =1.0

 

Определение расхода от снеготаяния по формуле (3)

 

Q_сн=0,01∙392,4∙1,75∙1/(1,75+1)^0,17∙0,9∙1∙1=5,22м³/с

 

Расход от снеготаяния сравниваем с расходом от ливневых вод и к расчету принимаем больший из полученных расходов. Следовательно, Q_р =59,53 м³/с. Результаты расчета сводим в таблицу

 

№ п/п	Местоположение сооружения ПК+	А, км2	Расходы, м3/с		Объем стока, тыс.м3	Расчетный расход, м3/с Qр
			Qл	Qсн
1	ПК17+25	1,75	59,53	5,22	21139	59,53

 

5. Обоснование типа водопропускного сооружения.

Так как Q_р =59,53 м³/с, что больше 30 м³/с, в качестве водопропускного сооружения назначаем малый мост.

6.Гидравлический расчет малого моста.

1.задаемся скоростьюV_c по принятому типу укрепления русла под мостом-одиночное . мощение на щебне камнем 15-25см.

 

V_c =2,5-3,5м/с.

 

2.Определяем напор перед отверстиеммоста:

 

Н_пр=1,45∙ V_c²/g=1,33м

 

3.Определяем величину отверстия малого моста:

 

b=Q_сбр/1,35Н_пр^3/2

 

Определяем величину сбросного расхода:

 

Q_сбр=Q_л∙l

 

Определяем площадь живого сечения водотока при принятом значении H_пр.

 

H_пр=1,33 м ; X=36 м

w = 1/2 H_пр∙X=1/2∙1,33∙30=23,4 м²;

 

где X=36м – длина зеркала воды вдоль дороги.

Определяем объем пруда по формуле:

 

W_пр=1/3w∙ (H_пр/i₀) ∙sinﻻ=1/3∙23,4∙ (1,33/13) ∙sin45°=0,56 тыс.м³

 

Определяем отношение W_пр/W=0,56/21,14=0,026.

Определяем коэффициент трансформации паводка l=0,985.

Определяем величину сбросного расхода:

 

Q_сбр=Q_л∙l=59,53∙0,985=58,63м³/с.

b=Q_сбр/1,35Н_пр^3/2 =58,63/1,35∙1,33^3/2=28,31м.

 

4.Полученную величину округляют в соответствии с типовыми длинами плит пролетных строений:24м.

5.Пересчитываем напор перед сооружением

 

Н_пр=( Q_сбр/1,35b₀)^2/3= (58,63/1,35∙1,33) ^2/3=1,47м.