Расчеты стока и отверстия водопропускного дорожного сооружения

Расчеты стока и отверстия водопропускного дорожного сооружения.

1. Гидрологические расчёты.

1.1 Установление вероятности превышения для заданной категории дороги.

В соответствии с рекомендацией таблицы 11.3 для автомобильных дорог общей сети второй и третей категории для постоянных труб вероятность превышения P=2%.

1.2 Определение максимального стока воды весеннего половодья обеспеченностью P=2%.

Расчёт выполнен по редукционной формуле 33 [2]:

.

где K₀ — параметр, характеризующий дружность весеннего половодья.

K₀=0,008 — для лесной зоны 2-ой категории рельефа — таблица 5.

h_p — расчётный слой суммарного весеннего стока в мм ежегодной вероятностью превышения P%, определяемый в зависимости от коэффициента вариации C_v и отношения, а также среднемноголетнего слоя стока h₀.

K_p — модульный коэффициент для обеспеченности 2%. Определяется из таблиц 3-х параметрического гамма распределения.

При соотношении для C_v = 0,32 K_p = 1,841.

Так как по заданию h₀ = 100 мм, то h_p = =184,1 мм.

м — коэффициент, учитывающий неравенство статических параметров слоя стока и максимальных расходов воды.

м=0,98 — для лесной зоны — приложение 7.

д — коэффициент, учитывающий влияние водохранилищ, прудов и проточных озёр.

C — коэффициент, принимаемый в зависимости от величины среднемноголетнего слоя весеннего стока.

Для h0 = 100 C=0,2 — приложение 12.

F_оз — это средневзвешенная озёрность в процентах (по заданию).

F_оз = 1,1%, тогда.

.

д₁ — коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды занесённых бассейнов.

б₁=1; n₂=0,22 — для лесной зоны с равномерным распределением леса по водосбору и с различным механическим составом почвогрунтов — приложение 13.

F_л=23%,.

д₂ — коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в заболоченных бассейнах.

в=0,80 — для низменных болот и заболоченных лесов — приложение 14.

F_д=1,7%.

.

n₁ — показатель степени редукции, n₁ = 0,17 — для лесной зоны и зоны тундры — приложение 8.

F=37 км².

.

1.3 Определение расходов дождевого паводка вероятностью превышения P=2%.

В соответствии с рекомендациями приложения 17 для лесной зоны с площадью водосбора менее 50 км², в расчётах используется формула предельной интенсивности стока 48 [2]:

где.

сток дорога водопропускной труба.

q_1% — максимальный модульный сток ежегодной вероятностью превышающей P=1%, выраженной в долях от произведения, при д=1, определяемый по приложению 21 в зависимости от гидроморфометрической характеристики русла исследуемой реки — Ф_P, продолжительности склонового добегания и района принимаемого по приложению 22.

H_1% — максимальный суточный слой осадков вероятностью превышения P=1%.

H_1%=100 мм (по заданию).

ц — сборный коэффициент стока, определяемый по формуле 54 [2]:

где.

C₂=1,2 — эмпирический коэффициент, принимаемый для лесной и тундровой зоны.

i_в=55 ‰ (по заданию) — средний уклон водосбора.

ц₀ — сборный коэффициент стока для водосбора площадью F=10 км² и средним уклоном i_в=50 ‰.

ц₀=0,28 — для суглинистых грунтов — приложение 24.

n₅=0,65 — приложение 24 [2],.

n₆=0,07 — для лесной зоны и лесотундры — 4.20.

F=37 км².

.

где.

ч_p — гидравлический параметр русла,.

ч_p=11 — для чистых русел — приложение 18.

ч=0,33 — приложение 18.

L — длина реки от наиболее удалённой точки водосбора.

L=8,4 км,.

i_P=0,8 ‰.

.

ф_ск=f (Ф_ск),.

где.

? — средняя длина безрусловых склонов,.

?=0,5 км (по заданию).

n_ск — коэффициент, характеризующий шероховатость склона водосбора,.

n_ск=0,25 — для поверхности без кочек, а поверхность в населённых пунктах с застройкой менее 20%, для обычного травяного покрова — приложение 26.

;

По приложению 25 ф_ск=75 при Ф_ск=6,25,.

Для 2 района типовых кривых редукции осадков q_1%=0,0167 при ф_ск=75; Ф_p=145,3.

л_P% — переходный коэффициент от максимума мгновенных расходов ежегодной вероятностью превышения P=1% к максимальным расходам воды другой вероятностью превышения, определённой из приложения 20.

Для 2 района л_P%=0,85 при F=35 км².

.

1.4 Установление расчётного расхода.

Так как расход половодья Q_P=2%=11,08 м³/с < расхода паводка Q_P=11,9 м³/с, то расчётным расходом будет Q_P=11,9 м³/с для определения параметров трубы.

2. Назначение параметров водопропускной дорожной трубы.

2.1 Сечение трубы.

Для заданной высоты насыпи H_нас=4,6 м наибольшее значение высоты трубы в свету составит:

где.

h_констр — толщина стенки трубы для труб прямоугольного сечения h_констр=0,3 м.

h_зас=0,5 м — высота засыпки над трубой.

.

Учитывая, что шаг типовых размеров труб по высоте равен 0,5 м примем в первом приближении .

Ширина отверстия трубы b_тр назначается в соответствии с пропускной способностью трубы при критической глубине для необтекаемых оголовков.

В соответствии с таблицей 11.10. [1], из условия, что i_тр=i_кр и вход в трубу раструбный с обратными стенками:

Параметры трубы:

bЧh_тр.=2 м Ч2,5 м;

H = 2,7 м;

V = 3,9 м/с при i = i_кр..

2.2 Длина трубы.

L_тр.= b_нас.+2m_нас.H_нас.— 2 m_нас(h_тр.+h_кон.)=12+2· 1,5·4,6−2·1,5 (2,5+0,3)=17,4.

В гидравлических расчётах используются следующие параметры:

L_тр.= 17,4 м;

h_тр= 2,5 м;

b_тр= 2 м.

3. Гидравлические расчёты.

3.1 Определение нормальной глубины в отводящем канале.

Расчёт выполнен методом подбора в табличной форме при следующих условиях:

Q = 11,9 м³/с;

b₀₂ = 4,7 м;

m₀₂ = 1,75;

i₀₂ = 0,0008;

n₀₂ =0,024;

y = 1.5, если R<1 м;

y = 1.3, если R >1 м.

Берем h₀₂=1.372.

3.2 Определение критической глубины в трубе h_к.

Для русла прямоугольного сечения h_к определим по формуле:

где б =1,0.

3.3 Определение условий затопления и полного напора перед трубой H₀.

В первом приближении условия затопления оцениваются из неравенства:

h₀₂=1,372<1,25h_к=1,92 труба не затоплена.

Полный напор перед трубой для затопленного водослива определяется по формуле:

В первом приближении считаем H₀ без учёта у_П в:

b_к= b_тр..

Вход в трубу коридорного типа:

m=0,35;

ц=0,95;

е=0,91;

.

Геометрический напор перед трубой ,.

V₀₁=1 м/с.

=2,4.

3.4 Определение глубины в сжатом сечении h_c и сопряженной с ней h_c?.

Для прямоугольного сечения трубы используем метод Агроскина, в соответствии с которым вычисляется вспомогательная функция:

.

.

Из таблицы 12.1 с помощью интерполирования получим:

ф_с=0,54 > h_сж==0,54 · 2,45=1,32 м;

ф?_с =0,71 > h_сж?=.

3.5 Определение критического уклона трубы.

Где:

Q=11,9 м³/с,.

3.6 Определение нормальной глубины в трубе.

Расчёт выполнен методом подбора в табличной форме при следующих данных:

Q=11,9 м³/с,.

b_тр=2 м,.

i_тр= i_кр =0.006,.

n=0.014;

y= если R<1 м, то y=0.18;

y= если R>1 м, то y=0.15;

Нормальная глубина в трубе h=1,525 м.

3.7 Установление характера протекания в трубе и параметров потока.

Так как i_кp=i_тp=0,006, то после сжатого сечения формируется горизонтальная кривая подпора типа С₃.

Возможность равномерного движения устанавливается из соотношения глубин h_к и h_п на участке ?₂.

?₂ =L_тр — (?_вх + ?_вых),.

?_вх =.

?_вых=.

?₂ =17,4 — (3,99+1,49)=11,92 м;

?_{вх. уч.} ?2,5 H₀?2,5· 2,45?6,125 м;

?_п =.

Т.к. ?_п >?₂, то С₃ заканчивается глубиной h_вых.

Глубина потока на выходе из трубы определяется:

h_вых =l₂ i_кр=11.92· 0.006=0,0715.

h_вых= h_c+ h_вых=0,0715 +1,32=1,38.

Т.к. ?_п >?₂, то начиная с критической глубины участок равномерного движения отсутствует.

Скорость потока на выходе:

V_вых=.

3.8 Определение расстояния до сечения полного растекания.

Определим расстояния до сечения полного растекания по методике Лилицкого:

?_p =.

где.

где B — ширина канала по заданию;

В=5,5 м (по условию);

Определение глубины в сечении полного растекания.

Определим с помощью удельного расхода.

Глубину h_p установим методом подбора из уравнения Черномского неравномерного движения:

Берем h_p=0,16 м;

Определение критической глубины в отводящем русле:

h_k02=в_k· b;

в_k=f (q_мод);

q_мод=.

в_k= 0,12;

h_k02= 0,12 · 4,7= 0,564 м;

Определение глубины, сопряжённой с глубиной растекания:

h?_p =.

h?_p =.

h₀₂=1,372 м;

Из соотношения h₀₂< h?_p следует, что имеет место отогнанный гидравлический прыжок.

1) «Справочник по гидравлике» под ред. В. А. Большакова., второе издание, Киев, 1984. Высшая школа.

2) «СНиП 2.01.14−83. Определение расчётных гидрологических характеристик», Москва, 1985.