9696

50

Размеры поперечного сечения нагорных каналов подбираются с расчётом на пропуск максимального расхода поверхностных вод, стекающих с прилегающей водосборной площади.

На тех участках, где уклоны местности становятся особенно значительными, например, на сбросных участках, обычно устраиваются перепады и быстротоки.

Выполним гидравлический расчет сечения нагорного канала НК-2 в конце его рабочей части (ПК12). Для этого сначала гидрологическими расчетами определим расчетный максимальный расход воды в данном сечении.

Максимальные расходы воды по происхождению делятся на максимумы весеннего половодья и летне-осенние ливневые или дождевые максимумы. При расчете гидротехнических сооружений необходимо установить, максимум какого происхождения является расчетным, то есть наиболее высоким.

Максимальный расход весеннего половодья определим в соответствии с [30] по формуле

где QB - максимальный расход весеннего половодья обеспеченности p=3%, м3/с; A - площадь водосбора до расчетного створа, км2; A1 - дополнительная площадь водосбора, учитывающая снижение редукции (для степной зоны принимается A1 = 10 км2); KO - параметр, характеризующий дружность

весеннего половодья, зависит от категории рельефа (для рассматриваемого случая KO = 0,017); h p - расчётный слой суммарного весеннего стока

вероятности превышения p=3%, определяемый в зависимости от коэффициента вариации CV и коэффициента асимметрии C S , а также среднего многолетнего

слоя весеннего сока h0 (см. приложение Г); - коэффициент, учитывающий

неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов (для рассматриваемого случая при p=3%, =0,97); - коэффициент, учитывающий влияние озёр и водохранилищ; 1 - коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в залесённых бассейнах; 2 -

коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в заболоченных бассейнах; n - показатель степени редукции (для степенной зоны n=0,35).

Параметры h0 , CV

приложении Г. Приведённые в этой таблице значения коэффициента вариации слоя стока весеннего половодья CV действительны при площади водосбора

более 200 км2. Для водосборных площадей менее 200 км2 в табличные значения CV вводится поправочный коэффициент, учитывающий повышение

где v - поправочный коэффициент (для площадей водосбора от 0 до 50 км2 коэффициент v =1,25).

51

Для перехода от среднего многолетнего слоя стока hO обеспеченности 50% к расчётному слою стока hP обеспеченности p% вводится коэффициент перехода КР, величина которого зависит от p% и СS. Значение коэффициента асимметрии принимают по соотношению СS=2· CV . В итоге зависимость для

определения hP имеет вид

где KP - коэффициент перехода, определяется по таблице приложения Д. Регулирующее влияние озер и учитывается коэффициентом , а влияние

где f л - залесённость водосбора, в процентах (см. приложение Г).

В данном примере площадь водосбора до расчётного створа А составляет 320 га или 3,2 км2.

Далее, по таблице приложения Г находим h0 =60 мм, CV =0,6, fЛ =9%.

Находим С /V =0,6·1,25=0,75, по таблице приложения Д интерполяцией находим KP =2,8, по формуле (5.4) находим hp =60·2,8=168 мм. По формуле (5.5)

находим 1 1/ 9 1 0,16 0,7 .

Затем, подставляя в формулу (5.2) найденные значения параметров, получаем

Максимальные мгновенные расходы воды дождевых паводков для водосборов с площадями менее 100 км2 определяют в соответствии с [30] по эмпирической формуле

выраженный в долях, определяемый по [30] в зависимости от гидроморфометрической характеристики русла, продолжительности склонового добегания и района (см. приложение Г); Н1% - максимальный суточный слой

осадков (мм) вероятности превышения р = 1%, определяемый по данным ближайших метеостанций (см. приложение Г); - сборный коэффициент стока, зависит от характера почвогрунтов водосбора, суточного слоя осадков, площади

коэффициент от вероятности превышения р = 1% к другой вероятности (см. приложение Г); А - площадь водосбора, км2.

Подставляя в формулу (5.6) найденные значения параметров, получаем

Qл о 0,18 0,15 72 1 0,74 3,2 4,6 м3/с.

52

Наибольшим из двух максимумов является расход Qл о , поэтому

гидравлический расчёт канала ведем, используя этот расход.

Гидравлический расчёт каналов проводится в соответствии с [15, прил. 16]. Для рассматриваемого примера имеем следующие исходные данные Qл о

=4,6 м3/с, уклон канала Ik = 0,0005, коэффициент шероховатости русла n = 0,03 [11, прил. 14], коэффициент заложения откосов m = 1,5, ширину канала по дну принимаем равной 1,0 м.

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

hк =1,56+0,1+0,3 = 1,96 м.

Для обеспечения устойчивости русла канала необходимо, чтобы скорости течения воды в нём не превышали бы допустимых скоростей на размыв, указанных в таблице 10.

Средняя скорость течения воды в канале определяется по формуле

в m hе hв , где в – ширина канала по дну, м; hв – глубина воды в канале, м; m – коэффициент заложения откоса канала.

Для рассматриваемого примера получаем

1,0 1,5 1,56 1,56 5,2 м2 .

V 4,6 / 5,2 0,9 м/с, что не превышает максимально допустимых

скоростей течения воды для данных грунтов.

Схема поперечного сечения нагорного канала НК-2 на ПК 12 показана на рисунке 5.

1 - поверхностный сток, 2 - сечение канала, 3 – кавальер. Рисунок 5 – Схема поперечного сечения нагорного канала

Организация стока ливневых и талых вод на самой защищаемой территории достигается посредством вертикальной планировки и устройством открытой или закрытой водосточной сети. По этой сети вода отводится самотеком в пониженные места территории или в специально устраиваемые водосборники, а оттуда после очистки при помощи насосной станции перекачивается через оградительную дамбу в водохранилище.

53

Закрытая водосточная сеть более совершенна и чаще применяется в городах и на промышленных площадках.

Закрытая водосточная сеть состоит из а) уличных лотков; б) дождеприемников; в) подземных коллекторов 2-го и 1-го порядка, прокладываемых преимущественно под подъездами; г) магистральных коллекторов; д) смотровых колодцев на коллекторной сети; е) перепадов и быстротоков; ж) водовыпусков.

Водосточные коллекторы выполняются из бетонных, железобетонных или асбестоцементных труб.

2.5.4. Выбор защитного дренажа

На защищаемых от подтопления территориях в зависимости от топографических и геологических условий, характера и плотности застройки, условий движения подземных вод со стороны водораздела к естественному или искусственному стоку (участку разгрузки) следует применять одно-, двух- и многолинейные, контурные и комбинированные дренажные системы: головные; береговые; отсечные; систематические (площадные); смешанные. По конструкции они подразделяются на горизонтальные, вертикальные, комбинированные.

Выбор конструкции дренажа следует производить с учётом водопроницаемости грунтов защищаемой территории, расположения водоупора, требуемой величины понижения уровня подземных вод, характера хозяйственного использования защищаемой территории.

Нормы осушения (нормируемые минимальные глубины залегания уровня подземных вод от поверхности земли) при проектировании защиты от подтопления территории принимают в зависимости от характера её функционального использования.

В соответствии с [1], для существующих промышленных территорий и городских жилых и общественно-деловых зон нормы осушения устанавливают в зависимости от исторически сложившейся глубины использования подземного пространства, а также вида грунтов основания. Проектирование в пределах таких территорий и зон зданий и сооружений, заглубление подземных частей которых превышает исторически сложившуюся глубину использования подземного пространства, не требует увеличения нормы осушения. При проектировании таких зданий и сооружений должна быть предусмотрена локальная защита в виде гидроизоляции их подземных частей.

Для вновь застраиваемых территорий нормы осушения устанавливают в зависимости от проектной глубины использования подземного пространства, а также вида грунтов основания. При значительном заглублении подземных частей проектируемых зданий и сооружений относительно сложившегося положения уровней подземных вод целесообразно при минимальной прогнозной глубине их залегания не менее 2 м сохранение этого положения с осуществлением локальной защиты зданий и сооружений путем гидроизоляции их подземных частей. Норму осушения при этом следует принимать равной 2 м.

54

Принимаемые при проектировании защитных сооружений нормы осушения должны в каждом конкретном случае обеспечивать положение уровней подземных вод ниже критического уровня.

При защите территории от затопления с помощью оградительных дамб рекомендуется обязательно устраивать береговой дренаж.

При устройстве дамб обвалования на проницаемом основании оказывается целесообразным располагать дрену берегового дренажа таким образом, чтобы она одновременно выполняла и роль придамбового дренажа, то есть обеспечивала бы необходимое снижении кривой депрессии и в теле дамбы.

Вопрос о том, какой дренаж необходим в каждом конкретном случае, решается на основании фильтрационных расчетов и на основании техникоэкономического сравнения ряда возможных вариантов с учётом эксплуатационных затрат.

Анализируя конкретные условия защищаемой территории города N (рельеф местности, гидрогеологические условия, характер защиты - от затопления и подтопления, расположение защищаемой территории относительно береговой линии водохранилища), принимаем в качестве расчетной однолинейную схему защитного дренажа – берегового дренажа (рисунок 6).

Принимаем горизонтальный береговой дренаж, по конструкции - закрытый трубчатый.

1 - защищаемая территория, 2 - дамба обвалования, 3 - береговая дрена, 4 - насосная станция, 5 - водохранилище.

Рисунок 6 – Схема горизонтального берегового дренажа

2.5.5. Фильтрационные расчёты защитного дренажа

Для обоснования систем инженерной защиты от подтопления следует выполнить следующие основные расчёты:

гидрологические;

55

прогноза подтопления с оценкой степени потенциальной подтопляемости территории и объектов возможного ущерба;

оптимальной схемы размещения дренажных устройств; объёмов дренажных вод; дренажных труб и коллекторов;

деформаций поверхности защищаемой территории.

Вусловиях защиты территории от затопления и подтопления уровенный режим грунтовых вод управляется работой дренажных устройств. При наполнении водохранилища этот режим в сравнительно короткий промежуток времени формируется и в дальнейшем приобретает относительно стабильный характер. Колебания уровней воды в водохранилище при работе берегового дренажа не оказывают большого влияния на режим грунтовых вод защищаемой территории. Поэтому при фильтрационных расчётах дренажа можно принимать движение грунтовых вод на защищаемой территории установившемся.

Вусловиях данной территории можно рассматривать плоскую задачу фильтрации, в которой принимается, что трасса дренажа имеет бесконечное протяжение, контуры областей питания и стока грунтового потока проходят параллельно трассе дренажа. С достаточным приближением водоупор можно привести к горизонтальному.

Таким образом, требуется выполнить расчёт горизонтальной береговой дрены несовершенного типа в условиях установившейся фильтрации при поступлении потока подземных вод из отдалённой области питания. В расчётах требуется также учесть инфильтрационное питание грунтовых вод. Расчётная схема для этого случая показана на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема к фильтрационному расчёту берегового дренажа

Для данной расчётной схемы для определения расхода несовершенной дрены может быть применена формула Аверьянова С.Ф. [38, с. 140] с поправкой

56

Геометрию и фильтрационную неоднородность русла водоёма можно учесть введением в расчёт обобщенного гидрологического параметра русла водоёма R , характеризующего его фильтрационное сопротивление, и определяемого по формуле Шестакова В.М.. При двухслойном сложении русла водоёма величина R определяется следующим образом

где m1 , K1 мощность (м) и коэффициент фильтрации (м/сут) первого слоя соответственно; m2, K2 мощность (м) и коэффициент фильтрации (м/сут) второго слоя соответственно.

Таким образом, в формулу (5.8) вместо величины R вводится значение

R R R .

Положение депрессионной кривой в сторону водораздела определяется по формуле С.Ф. Аверьянова [38, с. 141]:

qp - расход воды, поступающей в дрену за счёт инфильтрационного питания, м3/сут на 1 пог. м;

K - коэффициент фильтрации дренируемой толщи, м/сут; H - напор воды на контуре водоёма, м;

hO - превышение уровня воды в дрене над подошвой водоупора, м;

d - диаметр дрены, м;

x - расстояние от дрены в сторону водораздела до расчётного сечения , м;

дренажа до расчётного сечения х, м (в первом приближении может приниматься равной hO );

h - искомая величина напора над водоупором в любой точке на расстоянии х от дрены в сторону водораздела, м.

Положение депрессионной кривой в сторону области естественного дренажа определяется по формуле [38, с. 141]:

где h - искомая величина напора над водоупором в любой точке на расстоянии х от дрены в сторону водоёма, м.

57

H - напор воды на контуре водоёма, м;

hO - превышение уровня воды в дрене над подошвой водоупора, м;

x- расстояние от дрены в сторону водоёма до расчётного сечения , м.

Вуравнении (5.10) не учтено влияние на положение депрессионной кривой величины инфильтрации в грунт атмосферных осадков и хозяйственнопромышленных вод. Это влияние может быть учтено по уравнениям [34]

водораздела до расчётного сечения на расстоянии х от дрены, м; - интенсивность инфильтрационного питания, м/сут; - расстояние от дрены до границы области питания, м; - коэффициент фильтрации грунта, м/сут; - мощность фильтрационного потока.

При определении влияния инфильтрации на положение депрессионной кривой могут быть использованы методы расчёта прогноза подтопления грунтовыми водами застраиваемых и застроенных территорий, изложенные в [39], и профессиональные пакеты прикладных программ.

Глубину заложения дренажа можно принять от 3 до 4 м, расстояние от уреза воды в водохранилище до дрены - от 30 до 50 м.

Для фильтрационных расчётов для рассматриваемого примера имеем или задаёмся следующими исходными данными: глубина заложения дренажа - 3,5 м;

H = 16,0 м; R = 40 м; d = 1,0 м; hO = 10,0 м; K1 = 0,7 м/сут; K2 = 12 м/сут;

R32,33 26,19 58,52 м;

Т2 16 10 / 2 13 м;

Т1 hO 10 м;

A =1,2;

58

A

d / hO

Расчёт координат депрессионной кривой сводится в таблицу 11.

По данным таблицы 11 строим депрессионную кривую от дрены в сторону водораздела на гидрогеологическом разрезе (рисунок 9).

В соответствии с [1], на рассматриваемой территории должна обеспечиваться норма осушения, равная 2 м. При невыполнении этого требования следует рассмотреть другой вариант защитного дренажа, изменив заглубление, расположении, тип или схему дренажа.

Анализируя положение рассчитанной для данного случая депрессионной кривой, можно сделать вывод о том, что требуемая норма осушения на рассматриваемой территории обеспечивается. Следовательно, схема, тип, расположение и заглубление защитного дренажа, назначены правильно.

59

Таблица 11 – Расчёт координат депрессионной кривой при работе дренажа