вести строительство водосточной сети отдельными участками в соответствии с очередностью застройки районов города. Однако в любом случае необходимо учитывать санитарные требования.
Выпуск на водосточной сети обычно устраивается незатопленным. Но иногда (по архитектурным соображениям) делают и затопленные выпуски. Тогда шелыга трубы должна быть на выходе ниже уровня воды и толщины ледяного покрова.
8. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОЛЛЕКТОРА
Гидрологическим расчетом определяются расчетные расходы на расчетных участках и в расчетных сечениях коллекторов водосточной сети. Каждый коллектор разбивается на расчетные участки. Каждый участок рассчитывается на пропуск расхода, формирующегося на низовом конце этого участка. Схема разбивки коллектора на участки показана на рис. 11. Границы участков определяются местами присоединения боковых коллекторов или изменением уклонов. Диаметр трубы коллектора (отверстие) определяется по расходу в низовом сечении.
Рис. 11. Схема разбивки коллектора на расчетные участки
Расчетный расход от дождевых вод находят по формуле
Q = q · ψ · F · η, л/с, (1)
где q - расчетная интенсивность дождя, л/с на 1 га территории водосбора; ψ - коэффициент стока; F - площадь стока, га; η - коэффициент, учитывающий неравномерность интенсивности дождя по площади бассейна. Этот коэффициент учитывается, если площадь бассейна превышает 300 га. Для этой площади он равен 0,96. При большей площади величина коэффициента η уменьшается. Например, для бассейна с площадью 2000 га он равен 0,87.
Расчетная интенсивность дождя определяется из условия, что продолжительность дождя равна времени добегания воды от наиболее удаленной точки бассейна до рассматриваемого (расчетного) сечения коллектора. При этом рассматривается дождь определенной вероятности повторения.
Продолжительность дождя, равная времени добегания воды, названа критической продолжительностью, а интенсивность такого дождя называется предельной интенсивностью. Предельная интенсивность дождя в настоящее время определяется по формуле
(2)
где t - продолжительность дождя, мин; А - расчетный параметр, являющийся функцией вероятности выпадения дождя (повторяемости), климатических характеристик местности и интенсивности дождя двадцатиминутной продолжительности (при вероятности превышения один раз в год).
(3)
где q20 - интенсивность дождя продолжительностью 20 мин при вероятности выпадения один раз в год (для данной местности), л/с на 1 га; С - коэффициент, учитывающий климатические особенности районов СССР (для Европейской части СССР он изменяется от 0,85 до 1,5; в центральной части ЕТС С = 0,85); Р - период однократной повторяемости дождя с расчетной интенсивностью (в годах); n - числовой параметр (устанавливается по данным наблюдений за осадками).
Для определения интенсивности дождя двадцатиминутной продолжительности построены специальные карты. Для района г. Москвы q20 = 80 л/с на 1 га. В случае отсутствия карт интенсивность дождя двадцатиминутной продолжительности можно подсчитать по формуле
л/с на 1 га,
где H - среднегодовое количество атмосферных осадков в мм за период не менее 15 лет; dв - средневзвешенная величина дефицита влажности за период не менее 5 лет (определяется по месячным количествам жидких осадков, мм).
Продолжительность расчетного дождя t принимается равной продолжительности добегания воды от наиболее удаленной точки бассейна до расчетного сечения и складывается из времени добегания воды от наиболее удаленных точек квартала и микрорайона до лотка проезжей части улицы (tк), времени протекания воды по лотку до ближайшего водоприемного колодца (tл), времени протекания воды по трубам водосточной сети до рассматриваемого расчетного сечения (tтр). Таким образом, (рис. 12):
t = tк + tл + tтр, мин.
Рис. 12. Схема к определению продолжительности расчетного дождя
Время добегания воды от наиболее удаленной точки квартала или микрорайона до лотка проезжей части, называемое временем поверхностной концентрации - tк, принимают равным 5 ... 10 мин (без расчета). Меньшая продолжительность добегания принимается при наличии преимущественно водонепроницаемых поверхностей и при наличии в кварталах и микрорайонах водосточной сети с выпуском воды непосредственно в коллектор городской водосточной сети. При наличии озелененной территории, грунтовых участков в естественном или спланированном состоянии время добегания принимается равным 10 мин и даже может быть увеличено до 20 мин (в зависимости от состояния поверхности стока - наличия неровностей, ям и т.п.).
Продолжительность протекания воды по лотку проезжей части улицы (tл) определяют из выражения
где lл - длина пробега воды по лотку, м; Vл - скорость течения воды, м/с.
Продолжительность протекания воды по трубам до расчетного сечения определяется как сумма продолжительности пробега по расчетным участкам до рассматриваемого сечения по формуле
где lтр - длина расчетных участков водостока, м; Vтр - скорость течения воды в трубах, м/с; K - коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на скорость течения воды.
При уклоне менее 1 % K = 2,0; от 1 до 3 % - 1,5; более 3 % - 1,2.
Если по расчету продолжительность расчетного дождя оказывается менее 10 мин, то в расчете принимается дождь продолжительностью 10 мин. При расчетной продолжительности дождя от 10 до 25 мин в формулу для определения расчетного расхода (1) вводится поправочный коэффициент Kр, величина которого зависит от продолжительности дождя и коэффициента стока (табл. 2).
Применение этого коэффициента целесообразно для верховых участков водосточной сети, где за сравнительно небольшой промежуток времени не успевает сформироваться сток со всего бассейна.
Таблица 2
Значения коэффициента Кр
|
Коэффициент стока |
Значения коэффициента Kр при продолжительности дождя (мин) |
||
|
|
10 - 15 |
15 - 20 |
20 - 25 |
|
0,70 |
0,90 |
0,95 |
1,0 |
|
0,50 |
0,75 |
0,80 |
0,90 |
|
0,35 |
0,60 |
0,75 |
0,90 |
Выпадающие на территории города атмосферные осадки далеко не полностью стекают и поступают в водосточную сеть. Часть осадков впитывается в почву, часть остается в виде смачивающего слоя на водонепроницаемых поверхностях и испаряется в атмосферу. При определении расчетного расхода этот факт учитывается с помощью коэффициента стока. Коэффициент стока имеет переменную величину, которая зависит от продолжительности и интенсивности дождя, характера покрытия на поверхности территории, уклона стока. В случае преобладания водонепроницаемых поверхностей стока принимают не зависящим от интенсивности и продолжительности дождя:
Тип поверхности Коэффициент стока
Кровли, асфальто- и цементобетонные покрытия 0,95
Участки зеленых насаждений - парки,
сады, газоны (в зависимости от грунта) 0,10 - 0,20
Для каждого бассейна выводится средний коэффициент стока - по типовому для данного бассейна участку - например, по жилому району или микрорайону с прилегающими улицами. Средний коэффициент стока определяют исходя из частных коэффициентов стока для разных поверхностей на рассматриваемой территории:
где ψ - частные коэффициенты стока для разных поверхностей; f - площадь отдельных поверхностей; F - общая площадь бассейна.
Для различных районов города эти коэффициенты стока известны (примерно). Например, для новых районов г. Москвы со значительной озелененной территорией принят коэффициент стока ψср = 0,41 ... 0,45, для центральных районов, характеризуемых сплошной старой застройкой, коэффициент стока принят равным от 0,60 до 0,90.
Переменность величины коэффициента стока объясняется тем, что по мере хода дождя происходит насыщение поверхности стока водой и ее впитывание постепенно прекращается или стабилизируется (например, на песчаных и супесчаных грунтах). В этом случае коэффициент стока необходимо подсчитать по формуле
т.к. , то
При переменном значении коэффициента стока формула расчетного расхода принимает вид:
где z - среднее значение коэффициента стока. Частные значения коэффициента стока зависят от местных климатических условий (характеризуемых параметром А) и параметра n. Средние значения коэффициента стока z для водонепроницаемых поверхностей (кровли, асфальто- и цементобетонов) приведены в табл. 3.
Таблица 3
Значения среднего коэффициента стока
|
|
Параметр А |
||||
|
|
300 |
600 |
1000 |
1200 |
1500 |
|
Менее 0,65 |
0,32 |
0,28 |
0,25 |
0,24 |
0,23 |
|
0,65 и более |
0,33 |
0,29 |
0,26 |
0,25 |
0,24 |
Для спланированных грунтовых поверхностей z = 0,064, для участков зеленых насаждений z = 0,028.
При нормальных условиях работы коллектор водосточной сети должен полностью пропускать расчетные расходы. В зависимости от условий работы коллектора и с учетом последствий при выпадении дождей, превышающих расчетный уровень, устанавливается период однократного выпадения дождей с расчетной интенсивностью.
Период однократного выпадения (или вероятность выпадения расчетного дождя) с расчетной интенсивностью принимается в зависимости от назначения обслуживаемой водостоком территории, вертикальной планировки этой территории, площади бассейна (табл. 4).
Таблица 4
Вероятность выпадения расчетного дождя
|
Характер бассейна города |
q20, л/с на 1 га |
|||
|
|
50 - 70 |
70 - 90 |
90 - 100 |
более 100 |
|
Плоский рельеф (средний уклон меньше 0,006) при площади бассейна: |
|
|
|
|
|
до 150 га |
0,25 - 0,33 |
0,33 - 1,0 |
0,5 - 1,5 |
1 - 2 |
|
более 150 га |
0,33 - 0,50 |
0,5 - 1,5 |
1 - 2 |
2 - 3 |
|
Крутой рельеф при площади бассейна: |
|
|
|
|
|
до 20 га |
0,35 - 0,5 |
0,5 - 1,5 |
1 - 2 |
2 - 3 |
|
более 100 га |
5 |
5 |
10 |
10 - 20 |
При переполнении водосточная сеть пропускает только часть расхода дождевого стока. Остальная часть воды течет по лоткам улиц. Однако не должна быть превышена предельно допускаемая высота затопления улиц. Такой предельной высотой принято считать высоту затопления, превышение которой на 0,1 м вызовет (или может вызвать) затопление подвалов и полуподвалов в зданиях.
Значения продолжительности периода однократного переполнения водосточной сети принимаются в зависимости от условий расположения коллектора в рельефе местности (табл. 5).
Благоприятным считается расположение коллектора на плоском рельефе, на водоразделе, в верховой части склона; неблагоприятным - в тальвеге с крутыми склонами или малым уклоном тальвега, при отводе воды из замкнутого пониженного места и в других подобных случаях.
Таблица 5
Продолжительность периода однократного переполнения водосточной сети (в годах)
|
Местоположение коллектора на городской территории |
Расположение коллектора на рельефе |
||
|
|
благоприятное |
среднее |
неблагоприятное |
|
Парковые территории |
1 |
3 |
5 |
|
На площадях и улицах местного значения |
5 |
10 |
25 |
|
На скоростных дорогах и магистральных улицах |
10 |
25 |
50 |
Нормируются и наименьшие периоды превышения расчетной интенсивности дождя.
Соотношение предельного расхода (или точнее - расхода предельного периода) и расчетного расхода водостока зависит от пропускной способности лотков улицы, величины расхода предельного периода и регулирующего влияния свободной емкости водосточной сети города (или района):
Qр = K · Qпред,
где Qр - расчетный расход; Qпред - расход предельного периода; K - переходный коэффициент, K = K1 · K2, где K1 - коэффициент уменьшения расхода за счет пропуска его части по лоткам проезжей части улиц, K2 - коэффициент уменьшения расхода за счет регулирующего влияния свободной емкости сети водостоков. Коэффициент K2 в среднем принимают равным 0,75. Коэффициент K1 определяют из выражения
где Qул - пропускная способность лотков проезжей части улицы при предельно допустимой глубине затопления.
9. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОЛЛЕКТОРА
Гидравлическим расчетом определяется скорость течения воды в трубах и, в конечном итоге, устанавливаются размеры (диаметр) коллектора водосточной сети.
Расчет коллектора производится по основным формулам гидравлики:
формуле Шези - , м/с;
формуле для расхода потока - Q = ω · V, м3/с (л/с),
