Проектирование противоэрозионной инженерно-биологической системы водосбора

      

       -сборный  коэффициент стока,  зависит от характера почвогрунтов  водосбора, суточного слоя осадков, площади водосбора, уклона водосбора.

        = 0,15 (принимаем по таблице 11  приложение  2  [4]);

      λ3% – переходный коэффициент от вероятности превышения р=1% к вероятности 3%;

      λ3% = 0,58 (принимаем по таблице 10  [2]);

       -коэффициент, учитывающий влияние озер;

       = 1 (так как озёр  на  площади водосбора нет);

      Q_ло=0,14*0,15*130*1*0,58*4,94 = 7,82 м³/с.

        Так  как  наибольшим из двух расходов максимальным является расход воды дождевых паводков Q_ло = 7,82 м³/с обеспеченностью  3%, поэтому гидравлический расчет канала будем вести, используя этот расход.

         Для расчета размеров проводящих каналов применяем следующую формулу равномерного движения:

      Q=                                        (4.7)

        Q – расход воды, м³/с;

        - площадь живого сечения, м²;

        Рассчитывается  по  формуле:

             =(b+m*h_p)h_p                                  (4.8)

        где  b – ширина  нагорного канала, м;

        m – коэффициент заложения откосов (принимаем m=2);

        hp – расчётная высота  нагорного канала, м.

        v – средняя скорость потока, м/сек;

        Рассчитывается  по  формуле:

      V= C* .                                                      (4.9) 

        С – скоростной коэффициент, определяемый  по  формуле:

                                             С= ,                                                       (4.10)

        где  n – коэффициент шероховатости;

      

      

        n = 0,030 (для свежевырытых  каналов);

        у=1,5 при R<1,0;    у=1,3   при R>1,0.

        R – гидравлический радиус, м

        Рассчитывается  по  формуле:

                                                     R= ,                                                           (4.11)

где  χ –  смоченный  периметр, м. Рассчитывается  по  формуле:

                                                     χ = b +2*hp* .                                        (4.12)

        i - уклон дна кала;

        i = 0.0007.

      Кроме  того  необходимо  рассчитать  проектный  К_пр  и действительный  К_g  модули  расхода по  формулам:

      K_g = Q/ ,                                                     (4.13)                                                                           K_пр = ωпр*С .                                                (4.14)

        Суть гидравлического расчета состоит в подборе поперечного сечения кала, обеспечивающего безопасный пропуск заданного расчетного расхода. В нашем случае задаём ширину  дна канала  b=1  м, подбираем необходимую глубину канала. Расчёт  считаем законченным при различии  между К_пр  и К_g, не  превышающем   5%. Для   данного    случая    К_g=7,88/ =297,84. Вычисления производим в табличной форме (табл. 5). 
 

 Таблица 5 – Гидравлический расчет нагорного канала

    

    

        Имеем следующие данные Q_ло=7,82м³/с, уклон дна i=0,001, коэффициент шероховатости русла n=0,03, коэффициент заложения откосов m=2, ширину канала по дну принимаем равной 1,0м. Глубину воды в канале принимаем равной h_в=1,75 м.

           С учетом запаса на заиление и превышение бровки канала над наивысшим горизонтом глубина канала принимается равной

      h_к=1,75 +0,1+0,25=2,1м

        Скорость течения воды в канале:

      V=                                                       (4.15)

где Q- расход воды в канале, Q=7,82м/с;

      W – площадь живого сечения, м²,

      W=(b+m*hв) hв=(1+2,5*1,75)1,75=9,4м²

      V=

= 0,83 м/с,

      Так  как  расчётная  скорость  V=0,86  м/сек не превышает допустимую  V_д=0,9 м/сек (для супеси), то укрепление  дна  водотока не проектируем.  
 

          4.4 Выбор  схемы, типа  и  конструкции  защитного  дренажа 

      Для  понижения  уровня  грунтовых  вод  на  территории, защищаемой  от  подтопления, необходимо  запроектировать  дренаж. Так  как  защищаемая  территория  вытянута  в  виде  узкой  полосы  вдоль  береговой  линии  водохранилища  и  приток  грунтовых  вод  с  высокого  берега  небольшой, то в

качестве  расчётной  принимаем  однолинейную  схему  защитного  дренажа  в виде  береговой  дрены. Береговая дрена располагается вблизи водохранилища, у нижней границы защищаемой территории, и предназначается для захвата грунтовых вод, поступающих со стороны водораздела и вод, фильтрующихся из водохранилища в сторону этой территории.

      Принимаем горизонтальный  тип  дренажа, по  конструкции – закрытый трубчатый.

      

      

      4.5 Фильтрационные  расчёты  защитного  дренажа

      В  условиях  защиты  территории  от  затопления  и  подтопления  уровенный  режим  талых  вод  управляется  работой  дренажных  устройств. При  наполнении  водохранилища  этот  режим  формируется  за  сравнительно  короткий  промежуток  времени  и  в  дальнейшем  приобретает  сравнительно  стабильный  характер. Колебание  уровня  воды  в  водохранилище  при  работе  берегового  дренажа  не  оказывает  большого  влияния  на  режим  грунтовых  вод защищаемой  территории. Поэтому, при фильтрационных  расчётах  дренажа, можно принимать движение  грунтовых вод на  защищаемой  территории  установившимся.

      В  данной  работе  принимается, что  трасса  дренажа  имеет  бесконечное  протяжение, контуры  областей  питания и стока грунтового  потока  проходят  параллельно трассе  дренажа.

      Таким  образом, необходимо  выполнить  расчёт  горизонтальной  береговой  дрены  несовершенного  типа  в  условиях  установившейся  фильтрации  при  поступлении  потока  подземных  вод  из  отдельной  области  питания. В  расчётах  необходимо  учесть  также  инфильтрационное  питание  грунтовых  вод.

      Для  определения  расхода  несовершенной  дрены  применяется  формула  С.Ф. Аверьянова  с  поправкой  на  инфильтрационное  питание:

               Q0= , м³/сут на  1  пог.  м            (4.16) 

где  К – коэффициент  фильтрации  дренируемой  толщи, м/сут;

      К=8 м/сут,

              Н – напор  воды  на  контуре   водоёма, м;

      Н=14м;

             Н0 – превышение  уровня  воды  в  дрене  над  подошвой  водоупора, м; 

      Н₀ =4,5м;     

      

      Q1 – расход  безнапорного  потока  со  стороны водораздела, м³/сут на  1  пог.м;

      Q1=0.06  м³/сут на  1 пог. м, (рассчитано  в  п. 1.4) ;

             Qp – расход  воды, поступающий в дрену за  счёт  инфильтрационного  питания, м³/сут  на  1  пог. м. Рассчитывается  по  формуле:

                                             Qp= ,                                                 (4.17)

      где  F – площадь городской территории, м²;

      F =988 га;

             L_d – длина дрены, м;

      L_d =6600 м;

             Р – величина  инфильтрации, м/сут  ;     

      Р=0,00044 м/сут;           

      Qp=

м³/сут на  1  пог. м.

      Средняя  мощность  фильтрационного  потока  на  участке  от  дрены  до  водоёма рассчитывается  по  формуле:

      Т2=(Н+Н0)/2, м.                                             (4.18)

      Для  данного  случая  получается:  Т₂=(14+4,5)/2=9,25 м;

      Т1 – средняя мощность  потока  со  стороны водораздела на  участке от  дренажа  до  расчётного  сечения  Х, м.  

                  T₁=(H_x+H₀)/2≈H₀ (4.20)

      Т1 = 4,5 м;

      R – расстояние  от  уреза воды  в водохранилище до  дрены, м (принимаем 40м). При  двухслойном  сложении  русла  в  формулу  (4.16)  вместо  величины  R  вводится  значение  R’, определяемое  по  формуле:

                                             R’=R+∆R,                                                  (4.21)

      где   ∆R – обобщённый  гидравлический  параметр  русла, характеризующий его фильтрационное  сопротивление. Определяется  по  формуле В.М. Шестакова:

      

                                             ∆R = ,                                            (4.22)

      где  m1, K1 – мощность  (2  м [п. 1.3])  и коэффициент фильтрации  (0,5м/сут, по  заданию)  первого  слоя  соответственно;

              m2, K2 – мощность  (15  м [п. 1.3])  и коэффициент фильтрации  (8,0 м/сут, по  заданию)  второго слоя  соответственно.

              α1 – коэффициент, определяемый  по  формуле:

                                             α1= ,                                               (4.23)

      где  А – параметр, зависящий  от  соотношения  d/Н0,