Номограмма для определения расходов дождевых паводков вероятности превышения 1 при песчаный почвах

Размещение искусственных водопропускных сооружений. Расчет стока, выбор типов и размеров сооружений

6.1. Типы водопропускных сооружений

Железные и автомобильные дороги пересекают многочисленные водотоки — как периодические (лога и овраги), так и постоянные. Для преодоления водного пространства возводят искусственные водопропускные сооружения, которые делятся на малые (длиной до 25 м), средние (длиной 25-100 м) и большие (длиной более 100 м).

Наибольшее распространение в современной практике железнодорожного строительства получили следующие малые водопропускные сооружения:

· круглые железобетонные трубы с диаметром отверстия 1,0-2,0 м одно-, двух- и трехочковые;

· прямоугольные железобетонные трубы с отверстием 1,0-4,0 м одно-, двухочковые;

· прямоугольные бетонные трубы с отверстием 2,0-6,0 м одно-, двухочковые;

· круглые из гофрированного металла с диаметром отверстиями 1,5-14,0 м одно-, двух- и трехочковые;

· сборные железобетонные мосты эстакадного типа; железобетонные мосты с обсыпными устоями.

Земляное полотно железной дороги является препятствием для стока поверхностных вод. Неправильное устройство водотоков может привести к размыву как земляного полотна самой железной дороги, так и грунта на окружающих ее территориях, к образованию оврагов и оползней. Именно поэтому особенно важно правильно разместить водопропускные сооружения и подобрать размеры их отверстия.

Мосты с устройством пути на балласте, а также трубы могут располагаться при любых сочетаниях плана и профиля, разрешенных для перегона. Мосты с безбалластной проезжей частью следует устраивать только на прямых участках пути и на уклонах не круче 4 ‰.

Предельная высота насыпи для размещения труб – 19 м (для гофрированных – 5-7 м). Сборные железобетонные мосты эстакадного типа сооружаются при высоте насыпи 2-8 м, а железобетонные мосты с обсыпными устоями – при высоте до 20 м.

Выбор типа искусственного сооружения зависит от величины стока поверхностных вод, которая пропорциональна площади водосбора данного сооружения.

6.2. Определение местоположения ИССО. Понятие водосборного бассейна

Водопропускные сооружения должны быть размещены в местах возможного скопления воды у насыпей земляного полотна, т.е. в местах пересечения трассой временных (сухой лог) и постоянных водотоков.

Местоположение искусственных сооружений наиболее удобно определять с помощью одновременного анализа плана и продольного профиля трассы. ИССО располагаются во всех пониженных местах линии земли на продольном профиле (рис. 32).

Рис. 32. Места размещения ИССО

Места расположения водопропускных сооружений на проектируемом участке железнодорожной трассы показаны на рис. 33.

Часть земной поверхности, с которой атмосферные осадки стекают к пониженному месту на трассе называют водосбором или бассейном. Водосбор расположен с верховой стороны от трассы и ограничен по периметру линиями водоразделов и земляным полотном дороги. Верхней границей водосбора является обычно главный или продольный водораздел, боковыми границами являются поперечные водоразделы.

Границы и площади водосборов определяются по картам в горизонталях для каждого ИССО, которые после определения их местонахождения на продольном профиле условными знаками ( ][ ) наносятся на план трассы. Построение границ водосборов следует начинать от водораздельных точек. На рис. 33 границы водосборов на карте в горизонталях показаны пунктирной линией, а русло водотока – точками.

Рис. 33. Границы водосборных бассейнов

Установленные по картам площади водосборов измеряются в квадратных сантиметрах , а затем пересчитываются в квадратные километры:

Для русла (а для периодических водотоков – лога) каждого водосборного бассейна определяется уклон главного лога:

6.3. Расчет величины стока поверхностных вод с водосборного бассейна

Сток поверхностных водпредставляет собой процесс стекания некоторого количества воды по склонам и логам водосбора за определенное время к его замыкающему створу, где располагается водопропускное сооружение.

В проектной практике принято различать, в зависимости от причин возникновения, два основных вида стока поверхностных вод:

– сток дождевых паводков,

– сток весеннего половодья.

На некоторых территориях (преимущественно горные районы в южной части страны) возможен смешанный сток – результат сочетания снеготаяния и таяния ледников с весенними дождями.

Тип и размеры искусственного сооружения устанавливаются по преимущественному стоку: ливневому, снеговому или смешанному.

Для линий III и более высоких категорий размеры мостов и труб определяются при расчетных паводках, вероятности превышения 1:100 (1 %) и для линий IV категории — 1:50 (2 %), т.е. расчет ведется на такой значительный расход или уровень воды, который может быть превышен примерно один раз соответственно за 100 и 50 лет.

Основной документ, по которому производят гидрологические расчеты в нашей стране, – «Свод правил по определению основных расчетных гидрологических характеристик (СП 33-101-2003)». Для предварительного назначения отверстий сооружений на стадии сравнения вариантов трассы дороги допускается расчет величины стока проводить с помощью номограмм.

В курсовой работе следует пользоваться приближенным методом расчета величины стока по номограммам, при этом допускается определять величину только ливневого стока, который чаще всего оказывается преимущественным на водосборе.

Максимальный расход ливневого стока ежегодной вероятности превышения Р = 1% для водосборов с песчаными и супесчаными почвами определяют по номограмме (рис. 34) в зависимости от площади водосбора F, уклона главного лога J_л, ‰, номера ливневого района и группы климатических районов:

Номер ливневого района устанавливается по карте-схеме ливневых районов (рис. 35), а номер группы климатических районов по табл.8.

Методика определения расхода ливневого стока по номограмме следующая.

На шкале I_л номограммы (рис. 34) находим точку, соответствующую уклону главного лога, I_л (для примера, I_л = 18‰). Через эту точку проводим вертикаль до пересечения с линией, соответствующей номеру группы климатических районов (в рассмотренном примере – V). Через полученную точку проводим горизонтальную прямую вправо до пересечения со шкалой x.

На шкале F находим точку, соответствующую площади бассейна (например, F = 20,0 км 2 ), и через нее проводим вертикальную прямую до пересечения с линией, соответствующей ливневому району (№ 3). Через полученную точку проводим горизонтальную прямую влево до пересечения со шкалой y.

Соединяем полученные точки на шкалах x и y и в месте ее пересечения этой линии со шкалой Q находим (для данного примера = 30 м 3 /с).

По номограммам определяется расход ливневого стока с вероятностью превышения 1:100 (1 %) для водосборов с песчаными и супесчаными почвами. Для определения расходов стоков с иной вероятностью превышения и для водосборов с почвами, отличными от песчаных и супесчаных, расход, полученный по номограмме , умножается на поправочный коэффициент k_л, значения которого приведены в табл.9, т.е.

Рис. 34. Номограмма для определения дождевых расходов с вероятностью превышения 1% при песчаных и супесчаных почвах: 1…10 – номера дождевых районов по карте-схеме; I…Y – группы климатических районов

Рис. 35. Карта-схема ливневых районов

Значение поправочного коэффициентаk_л

В рассматриваемом примере категория проектируемой железной дороги – II (см. исходные данные), поэтому расчетный расход определяется с вероятностью превышения 1%. Тип почв водосбора – песчаный (см. исходные данные). Следовательно, значение поправочного коэффициента k_л = 1,00 (см. табл. 9).

Район проектирования – Ленинградская область (см. исходные данные). По карте − схеме ливневых районов (см. рис. 35) находим номер района – 3, которому соответствует V группа климатических районов (см. табл. 8).

На рис. 34 приведена номограмма, на которой изображен процесс определения расхода воды для первого водосборного бассейна рассматриваемого примера.

Значение величины стока поверхностных вод определяется для каждого водосборного бассейна. Расчет рекомендуется вести в табличной форме (табл. 10), все водопропускные сооружения нумеруются по ходу километров. Заполнение граф 6 – 11 табл. 10 ведется в соответствии с рекомендациями п.6.4.

Источник

Проектирование участка новой железной дороги (стр. 6 )

Задачу размещения водопропускных сооружений (установление места их расположения) и определения границ водосборов решают одновременно. На продольном профиле трассы (рис. 36) выделяют пониженные точки (1, 2. ).

Рис. 36. Продольный профиль трассы

Рис. 37. Границы водосборов

Между соседними пониженными точками выделяют водораздельные точки а, б, в. От каждой водораздельной точки на трассе по нормалям к горизонталям (по гребням возвышенностей) проводят линии местных или поперечных водоразделов до пересечения с главным продольным водоразделом (рис. 37).

Площадь бассейнов определяют графическим путем с помощью палетки (сетки квадратов 5х5 мм) или с помощью планиметра.

В контрольной работе подсчитывают расход воды от ливневого расхода стока Q. Расход стока – это количество воды, притекающей к замыкающему створу водостока в единицу времени Q, м/с. Значение расхода стока принято регламентировать через вероятность его превышения. Расход может быть превышен в среднем один раз в n лет, т. е. вероятность превышения этого расхода p=1/n. Расчеты труб и мостов при проектировании ж. д. производят по двум расходам воды:

— расчетному, имеющему вероятность превышения на пике паводка в пределах 1%, т. е. раз в 100 лет;

— наибольшему, имеющему вероятность превышения 0,33 % — раз в 300 лет.

Для определения расхода стока водопропускного сооружения рассчитывают следующие данные: площадь бассейна F (км2), уклон I. По этим данным (F и I), а также по номеру дождевого района, определяемому по карте-схеме (рис. 38), и одной из пяти групп климатических районов, устанавливаемых по номеру дождевого района (табл. 8), пользуясь графиком (рис. 39), определяют расход стока для p=1% для водосборов с песчаными почвами.

Рис. 38. Карта-схема дождевых районов

Рис. 39. Номограмма для определения дождевых расходов вероятности превышения 1% при песчаных и супесчаных почвах: 1-10 — номера дождевых районов; I — V — группы климатических районов

Источник

Расчеты стока от снеготаяния 978

Факторы, которые влияют на формирование и процесс стока от снеготаяния, более сложны по сравнению с аналогичными при стоке ливневых вод.

Важными метеорологическими условиями, определяющими интенсивность снеготаяния, являются солнечная радиация и теплообмен снега с воздухом.

В природе может иметь место весна с пасмурной погодой, в период которой хотя и отсутствует солнечная радиация, но температура воздуха будет выше нуля. Бывает весна без солнечных дней, но с наличием дождей, вызывающих снеготаяние, и весна с солнечными днями с небольшими отрицательными температурами в отдельные дни.

В северных районах европейской части РФ преобладает снеготаяние за счет тепла, приносимого воздушными массами с юга или с моря (адвективное снеготаяние). В южных и юго-восточных районах европейской территории РФ преобладает снеготаяние за счет солнечной радиации (солярное снеготаяние).

Кроме того, на процесс снеготаяния и стока талых вод оказывает существенное влияние толщина снежного покрова, которая, как правило, в пределах одного и того же бассейна бывает неодинаковой. Большое влияние на формирование такого стока оказывает и расположение склонов и тальвегов бассейна по отношению cторон света, наличие или отсутствие растительности, состояние почвенного покрова и его впитывающая способность и т. п.

Все расчеты стока от снеготаяния базируются на опытных данных и осуществляются по эмпирическим формулам.

Рисунок 2.10 — Номограмма для определения расходов дождевых паводков вероятности превышения 1 % при песчаных и супесчаных почвах:

1-10- номера ливневых районов; I—V — группы климатических районов

Рисунок 2.11 – Карта-схема районов дождевых паводков

В настоящее время все расчетные формулы для определения максимальных расходов весенних половодий от снеготаяния делятся на две основные группы:

а) редукционные формулы, отражающие изменение величины стока от снеготаяния в зависимости от площади водосборов;

б) объемные формулы, выражающие максимальный расход как функцию объема половодья, его продолжительности и геометрических форм бассейнов.

Наиболее широкое распространение получили редукционные формулы:

где F — площадь бассейна, км 2 ;

q_р— объем стекающей воды в период снеготаяния с 1 км 2 площади бассейна, м 3 /км 2 , называемые модулем стока.

Модуль стока от снеготаяния заданной вероятности превышения определяется по формуле

где h_р — расчетный слой суммарного стока половодья (снеготаяния и весенних дождей) той же вероятности, что и искомый максимальный расход;

К_о — коэффициент, учитывающий одновременность (дружность) половодья в.различных географических зонах; п — показатель степени, учитывающий редукцию коэффициента К_о в зависимости от площади бассейна; δ — коэффициент, учитывающий уменьшение стока в зависимости от наличия озер и водохранилищ;

δ_б — то же от наличия леса и болот в пределах бассейна; μ — коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов.

Для определения коэффициентов К₀ и п в зависимости от географических зон и категорий рельефа местности разработаны соответствующие таблицы.

Расчет слоя половодья заданной вероятности превышения осуществляется на основании применения теории вероятностей исходя из трехпараметрического гамма-распределения. Параметрами этого распределения приняты: высота среднего многолетнего слоя половодья h, коэффициент изменчивости С_Vh и коэффициент асимметрии С_Sh . Более подробно смысл этих коэффициентов и порядок определения максимальных расходов на основании теоретического распределения излагаются в гл. 7. Здесь же следует указать, что для определения h_р и С_Vh при расчетах половодья от снеготаяния в СН 435—72 приведены соответствующие карты изолиний. В результате все расчеты стока от снеготаяния по редукционным формулам сводятся к определению значения модуля стока и затем по формуле (2.10) расхода заданной вероятности превышения.

При применении любого приема (любого метода) для определения расходов как ливневого, так и стока от снеготаяния осуществляют сопоставление полученных результатов с натурными данными и вводят в принятые для расчета формулы соответствующие поправочные коэффициенты.

В общем случае для расчета водопропускных сооружений необходимо установление наибольшего расхода. В определенных условиях такой расход может быть от ливневого стока, в других — от стока талых вод. В южных районах снеговой покров незначителен, поэтому здесь следует ожидать наибольших расходов от ливневого стока или от стока при весенних дождях по промерзшей почве. Однако это положение не всегда справедливо. Поэтому, как правило, выполняют расчеты и ливневого стока, и стока от снеготаяния и в расчет принимают наибольшее значение.

Сток, при котором будут иметь место наибольшие расходы, является доминирующим стоком для данного района.

Рисунок 5.10- Карта-схема изолиний элементарного модуля стока весеннего половодья вероятности превышения I %

Источник