4. Расчет отверстий труб с учетом аккумуляции
После определения расхода ливневых вод Qл и возможного расхода талых вод Qт решают вопрос о дальнейшем расходе воды для расчета трубы и малого моста. В общем случае для расчета водопропускных сооружений необходимо установить наибольший расчетный расход Qр. Если расход воды в сооружении равен расходу притока Q, вся притекающая вода сразу протекает через сооружение. Если расход воды, пропускаемый сооружением, принимают меньшим, чем расход притока, то часть воды, притекающая к сооружению, накапливается перед ним, образуя временный пруд. Процесс накопления воды перед мостом, трубой, насыпью в период паводков, ливневых дождей называется аккумуляцией воды.
Увеличение аккумуляции воды уменьшает расход, который должен быть пропущен искусственным сооружением, следовательно, позволяет применить сооружение с меньшим отверстием и тем самым сократить затраты на создание этого сооружения. Но образование пруда перед сооружением и увеличением глубины подпора воды создает угрозу затопления насыпи. Насыпь насыщается водой, увеличиваются скорости течения воды в сооружении и за его пределами в нижнем бьефе. Поэтому требуется увеличение затрат на укрепление откосов насыпей, русла, строительство водонаправляющих устройств и возможное увеличение высоты насыпей подходов. В соответствии с этим, изменяя объем пруда перед сооружением, можно активно влиять на затраты по созданию всего комплекса искусственного сооружения.
Однако образование значительного по объему водохранилища (пруда) может привести к сложному и опасному режиму работы искусственного сооружения и насыпей подходов. Возможны разрушения и размывы русла, насыпь начинает работать как плотина, что не предусматривается в дорожном строительстве. Опыт проектирования показывает, что при учете аккумуляции перед сооружением в благоприятных условиях объем воды в пруде не должен превышать 2/3 объема притока.
Аккумуляцию не учитывают при расчетах отверстий искусственных сооружений в следующих случаях: на водотоках с очень большими уклонами главного русла; при небольших расчетных расходах воды с обычным режимом работы сооружения; в случае, когда искусственно создаваемым водоемом затапливаются обширные площади плодородных почв, площади с ценными культурами; при наличии в период паводка, карчехода и большого объема взвешенных частиц; на водотоках при наличии наледей; при скоростях потока в естественном состоянии, близких к скоростям воды в сооружении.
Возможны случаи, когда расход талых вод меньше, чем расход ливневых, и приближается к ливневому расходу. Иногда опасным может оказаться расход талых вод, который не подчиняется аккумуляции. В связи с этим выполняют расчет отверстия сооружения на пропуск талых и ливневых вод с учетом аккумуляции. Большее из двух полученных отверстий сооружения должно быть принято для дальнейшего проектирования.
Принимая, что склоны бассейна имеют однообразные уклоны, можно предположить, что форма пруда в зависимости от линии главного лога с уклоном iл имеет форму треугольной призмы.
Расход с учетом аккумуляции:
Wпр
Qа = Qл (1- ) ,
0,7 W
где Wпр - объем воды пруда, м3;
W - общий объем ливневого стока; м3;
Объем пруда перед сооружением находится:
×
H3
= аH3
,
где m1, m2 - коэффициенты заложения или крутизна склона лога треугольной формы;
iл - уклон лога, ‰;
Wпр - глубина пруда у сооружения (H = Wпр / a), где а - коэффициент, зависящий от формы лога:
H3
=
;
0,62Qл;
;Qл
Сначала определяем крутизну склонов:
где Нв и Нн – черные отметки, верхней и нижней точек правого и левого склона;
l – длина склона справа и слева;
На пикете 4+00:
На пикете 10+00:
На пикете 15+00:
На пикете 20+00:
На пикете 24+30:
Определение объема пруда перед сооружением:
На пикете 4+00:
H3=
0,62Qл=
0,62×3,6849=2,2846;
;Qл=
3,6849 м3/с;
Wпр=0,12243×1296,29= 2,37 м3;
На пикете 10+00:
H3=
0,62Qл=
0,62×4,452=2,76;
;Qл=
4,452 м3/с;
Wпр=0,4033×667= 43,655 м3;
На пикете 15+00:
H3=
0,62Qл=
0,62×3,452=2,140;
;Qл=
3,452 м3/с;
Wпр=0,4033×811,59= 53,119 м3;
На пикете 20+00:
H3=
0,62Qл=
0,62×2,586=1,603;
Qл=
2,586м3/с;
Wпр=0,4033×100= 6,545 м3;
На пикете 24+30:
H3=
0,62Qл=
0,62×0,941=0,5834
Qл=
0,941м3/с;
Wпр=0,4033×2166,6= 141,805 м3;