Для розрахунку дощової мережі необхідно мати відомості про кількість опадів, що випадають у вигляді дощу в тому районі, де проектується дощова мережа. Для вимірювання кількості опадів, що випадають застосовуються прилади, які називаються дощомірами. Дощомір бувають звичайні (рис.13) і самописні.
Рис.13. Схема дощомір простого типу.
Основним елементом дощомір є приймальний посудину площею 500см 2. діаметром 25,2см. до олічество осаду вимірюється в мм водяного стовпа. Для визначення кількості опадів, що випали воду з приймальної посудини зливають в спеціальний вимірювальний посудину з поділками. Річна кількість опадів отримують складанням добових кількостей. Однак цих даних для розрахунку дощової мережі недостатньо. Необхідно мати відомості про тривалості окремих дощів, їх інтенсивності, розподілі по площі, і т.д. Ці дані можуть бути отримані за допомогою автоматичних дощомірів - плювіографа. Схема плювіографа представлена на рис.14.
Рис.14. Схема плювіографа.
1.Пріемний посудину; 2. Вимірювальний посудину; 3. Поплавок; 4. Сифон 5.Барабан самописця.
ж ідкіе опади, стікаючи з приймальної посудини в вимірювальний, викликають вертикальне переміщення знаходиться в ньому поплавка. При підйомі поплавця переміщається і перо самописця, барабан якого приводиться в обертання за допомогою годинникового механізму. При заповненні вимірювальної посудини спрацьовує сифон і посудину спорожняється. Перо викреслює на спеціальній діаграмі криву, яка називається плювіограммой. Вид плювіограмми зображений на рис.15.
Рис.15. Вид плювіограмми.
Важливою характеристикою дощу, що випадає є його інтенсивність. Інтенсивність дощу може бути виражена по шару і за обсягом. і нтенсівность дощу по шару дорівнює:
h - шар води в мм, який випав за час t. хв.
і нтенсівность дощу по шару виражається в л / с.Гаї і дорівнює:
розшифровка плювіограмми
Метою розшифровки плювіограмми є встановлення залежності інтенсивності дощу від його тривалості. Плювіограмму розбивають на ділянки, на яких Орієнтовна лінію можна вважати прямою, відзначають час початку і кінця кожної ділянки, тривалість випадання дощу, відповідна цим ділянкам, і шар осаду, а також визначають інтенсивність дощу по шару на кожній дільниці. Дані заносять в таблицю 3.1.
Визначення інтенсивності дощу на різних ділянках плювіограмми.
В останньому рядку таблиці виходить загальна тривалість дощу і середня його інтенсивність. Якщо нанести отримані дані в логарифмічних координатах (lgq - lgt), то виходить лінія, близька до прямої, рівняння якої може бути представлене в такий спосіб:
або після потенціювання:
n - тангенс кута нахилу прямої, а lg А - відрізок, що відсікається на осі ординат (lgq) прямою лінією. Як випливає з рівняння, при t = 1мінуту q = А.
Для дощів, що випадають в різних місцях, характерні загальні закономірності. Чим триваліше дощ, тим менше інтенсивність дощу, тим більша частота його повторення.
Якщо розглянути кілька періодів різної тривалості дощу, то в межах кожного з цих періодів можливе випадання одного і самого інтенсивного дощу. Зі зменшенням інтенсивності дощу чисельність їх з певною інтенсивністю буде збільшуватися. Зі збільшенням тривалості розглянутого дощу інтенсивність буде зменшуватися. Тому випадання дощу характеризуються ще і ймовірністю повторі-ня, яка виражається через період однократного перевищення розрахункової інтенсивності. Період одноразового перевищення розрахункової інтенсивності дощу - період часу в роках, протягом якого дощ розрахункової інтенсивності буде перевищено один раз. З викладеного ясно, що зі збільшенням періоду одноразового перевищення зростає і інтенсивність випадання дощу.
Наприклад, якщо при розшифровці плювіограмм використані записи дощів за 15 років, а за розрахункову інтенсивність прийнята інтенсивність, величину якої за зазначені 15 років перевищила п'ять дощів, то період однократного перевищення розрахункової інтенсивності складе 15: 5 = 3 роки.
Якщо на графік в логарифмічних координатах нанести дані розшифровки плювіограмм найбільш інтенсивних дощів, що випадають в даній місцевості за тривалий період часу (наприклад, 20років), то отримаємо ряд ліній, близьких до прямих, паралельних і пересічних (рис.16).
Рис.16. Розшифровка записів дощів на плювіограмме.
Для узагальнення даних і визначення параметрів А і n надходять у такий спосіб. Спочатку визначають допустиму кількість перевищень розрахункової інтенсивності. Наприклад, якщо величина одноразового перевищення розрахункової інтенсивності прийнята 5 років, то допустиме число перевищень дорівнює 20: 5 = 4 рази. Потім на графіку для обраного інтервалу часу відраховують зверху чотири інтенсивності і на п'ятій ставлять крапку. Ці точки групуються біля прямої лінії, рівняння якої може бути знайдено за методом найменших квадратів. Параметри А і n можна визначити за формулою:
m - число точок на лінії розрахункового дощу.
Таким чином, розшифровка плювіограмм дає можливість визначити інтенсивність дощу в залежності від тривалості та періоду одноразового перевищення розрахункової інтенсивності за формулою:
Визначення коефіцієнтів А і n у формулі розрахункової інтенсивності дощу.
Численними спостереженнями встановлено, що показник ступеня n залежить в основному від географічного положення об'єкта і визначається по табл.4 СНіП2.04.03-85, якщо відсутні записи дощів на плювіографа. Величину А в цьому випадку рекомендується визначати за формулою:
q 20 - інтенсивність дощу тривалістю 20 хвилин з періодом однократного перевищення розрахункової інтенсивності Р = 1год (рисунок 1 СНіП2.04.03.85);
m r - середня кількість дощів, що випадають за рік в даній місцевості (таблиця 4 СНіП2.04.03.85);
- показник ступеня (таблиця 4 СНіП2.04.03.85);
Р-період однократного перевищення розрахункової інтенсивності, рік (п.2.13 СНіП2.04.03.85).
У загальному випадку величина площі, одночасно зрошувана дощем, коливається в широ-ких межах. Якщо ця площа менше 500га, вважають, що інтенсивність дощу в будь-який точ-ке цієї площі однакова. При більшій площі слід враховувати, що інтенсивність дож-дя в різних точках цієї площі може бути різна. Нерівномірність розподілу дощу по інтенсивності в таких випадках враховується поправочних коефіцієнтів k (таблиця 3.3).
Поправочний коефіцієнт нерівномірності розподілу дощу по площі.
Площа стоку, га
Рис.17. Схема освіти дощового стоку.
Після початку дощу до перетину трубопроводу в точці 2 почне притікати стік спочатку від прилеглих площ, потім стоки будуть надходити все з більшою площею до тих пір, поки вся площа F не дасть в трубопровід дощовий стік. Можна вважати, що, починаючи з моменту початку випадання дощу, поки дощова вода не дотечет до точки 2 від найвіддаленішої точки площі F витрата в перерізі трубопроводу буде збільшуватися. Надалі додавання площі стоку більше не буде, але зате буде знижуватися інтенсивність дощу, а значить зменшуватися витрата. Таким чином, витрата дощового стоку в трубопроводі спочатку буде зростати, а потім падати, а максимальна витрата буде спостерігатися при часу протікання води від найвіддаленішої точки площі стоку до розрахункового перерізу трубопроводу. Залежність витрати від тривалості дощу в будь-якому перетині трубопроводу називається гидрографом стоку (рис.18).
Рис.18. Залежність витрати дощових вод від тривалості дощу
в будь-якому перетині трубопроводу (гидрограф стоку).
Час, при якому спостерігається максимальна витрата, називається критичним, а інтенсивність дощу, що відповідає цьому часу, граничної або розрахункової. Метод розрахунку дощової мережі, заснований на визначенні інтенсивності дощу за критичним часу, запропонований П.Ф. Горбачовим і називається "методом граничних інтенсивностей". Критичний час - це розрахункова тривалість дощу, яка знаходиться за формулою:
t con - час поверхневої концентрації, тобто час протікання води від найбільш віддаленої точки площі стоку до вуличного лотка;
t can - час протікання води з вуличного лотка до першого дощоприймача;
t p - час протікання води по трубопроводу до розрахункового перетину.
За рекомендаціями СНіП2.04.03.85 величину t con повинна дорівнювати: при відсутності внутрішньо квартальних мереж 5-10хв, а при наявності - рівний 3-5хв.
Тривалість протікання води з вуличного лотка визначається так:
l can - довжина вуличного лотка, м;
- швидкість руху води в кінці лотка, м / с.
П родолжітельность протікання води по трубопроводах дорівнює:
lP-довжина трубопроводів, м;
- швидкість руху води на відповідній ділянці трубопроводу, м / с.
Визначення періоду одноразового перевищення розрахункової інтенсивності
Вибір періоду одноразового перевищення розрахункової інтенсивності Р значно впливає на величину витрат дощових вод, а, отже, на діаметр трубопроводу. Якщо величина Р буде прийнята невеликий, то переповнення водовідвідної мережі та затоплення обслуговується об'єкта буде відбуватися порівняно часто. При цьому можливий і значної шкоди від затоплення. Якщо величина Р буде прийнята великий, то переповнення буде відбуватися рідко і збиток від затоплення буде порівняно невеликим. Однак розрахункові витрати, а, отже, діаметри трубопроводів будуть великі, в порівнянні з першим випадком. Тому правильний вибір Р дає можливість мінімізувати збиток від затоплення при порівняно низьких капітальних витратах на будівництво дощової мережі. Призначення цієї величини залежить від:
* Умов прокладки трубопроводів;
про пределяет Р по таблиці 5 СНіП2.04.03.85.
коефіцієнт стоку
Значна частина випав дощу витрачається на змочування поверхні і заповнення нерівностей. Частина води фільтрується в грунт, а частина випаровується.
З водонепроникних площ стік починається порівняно швидко, з водопроникних площ значно пізніше. Для обліку води, яка потрапляє в водовідвідну мережу, вводять коефіцієнт стоку, який визначається за формулою М.М. Бєлова:
z mid - середньо зважене значення коефіцієнта покриву.
z i - значення коефіцієнта покриву для поверхонь стоку з різним покриттям (табл.9 і 10 СНіП2.04.03.85);
F i - площі стоку з різним покриттям.
Визначення розрахункової витрати дощових вод
Формула для визначення розрахункової витрати дощових вод має вигляд:
- коефіцієнт, що враховує заповнення вільної ємності мережі при виникненні напірного режиму (табл.11 СНіП2.04.03.85).
п одставляя в формулу значення коефіцієнта стоку, отримаємо:
Проектування дощової мережі
Проектування дощової мережі включає складання схеми водовідвідної мережі, гідравлічний розрахунок трубопроводів та інших споруд, побудова поздовжнього профілю трубопроводу. При проектуванні дощової мережі застосовується перпендикулярна схема. Відповідно до рельєфом місцевості територія об'єкта розбивається на басейни водовідведення. до оллектор басейнів трасуються по тальвегах і найкоротшим шляхом до водойм. Випуски дощових вод у водойми це складні і дорогі споруди. у велічену числа випусків може викликати збільшення вартості будівництва, але в той же час зменшить діаметри трубопроводів і, отже, їх вартість. Тому вибір того чи іншого варіанта схеми водовідведення проводиться на підставі техніко-економічних розрахунків. Трасування вуличних трубопроводів виконують за осяжний схемою, за зниженою межі і через квартальну. Вибір схеми трасування, а також розбивку кварталів на площі стоку, що тяжіють до відповідних ділянках трубопроводу, виробляють з урахуванням рельєфу місцевості.
Випуски дощових вод допускається влаштовувати в яри, суходіл і малопотужні водойми, при тому необхідно проводити перевірочні розрахунки, щоб не допускати затоплення, заболочування прилеглих територій.
Для виключення стікання води на каналізуемую територію з більш високих місць навколо цієї території влаштовуються перехоплення (нагірні канави) з самостійними випусками в водойму.
Аналіз вище наведених формул показує, що безпосереднє визначення розрахункових витрат дощових вод вельми складно, так як в формулу входить розрахункова тривалість дощу, що залежить від швидкості протікання води з вуличного лотка і трубопроводу. Швидкості, в свою чергу, залежать від витрати стічних вод, який невідомий. Завдання можна розв'язувати методом підбору або методом проб і помилок. Метод підбору полягає в наступному. Орієнтуючись на ухил поверхні землі, задаються швидкостями руху стічних вод і обчислюють розрахунковий витрата. Потім за отриманим витраті виконують гідравлічний розрахунок трубопроводу, тобто визначають діаметр, швидкість і втрати напору при наповненні трубопроводу близькому до повного. Швидкість вважається прийнятою правильно, якщо обчислений витрата і витрата, який здатний пропустити трубопровід розрахованого діаметра, відрізняється не більше, ніж на 5%. В іншому випадку розрахунок повторюють при нових значеннях швидкостей. Метод послідовного наближення також починається з прийняття швидкостей. Після визначення тривалості дощу обчислюють в першому наближенні витрата стічних вод і виконують гідравлічний розрахунок трубопроводу. Знаючи швидкість за результатами гідравлічного розрахунку, уточнюють розрахункову тривалість дощу і в другому наближенні визначають витрата, а потім знову виконують гідравлічний розрахунок. Практика показує, що точність розрахунку цілком задовільна при двох наближеннях.
При визначенні тривалості протікання дощових вод з вуличного лотка необхідно мати значення швидкості стічних вод, яке визначається також гідравлічним розрахунком вуличного лотка.
Допускається визначати швидкість протікання по лотку і по таблиці 3.4.
Швидкості руху дощових вод по вуличним лотків.
у персональна мережа розбивається на ділянки, межами яких, як правило, є перехрестя вулиць. Потім басейн, який обслуговується розраховується трубопроводом, розбивається на площі стоку, що тяжіють до ділянок трубопроводу. Безпосереднім вимірюванням визначають величини площ стоку в га, що дають витрати на розрахункові ділянки.
Час протікання води до початку першої ділянки 1-2 визначається як сума:. до початку другої ділянки 2-3, як. де - уточнений час протікання води по ділянці 1-2. Час протікання до початку третьої ділянки 3-4 - як сума часу протікання до початку другої ділянки 2-3 і часу протікання по ділянці 2-3 і т.д. Після визначення величин Р (таблиця 5 СНіП2.04.03.85), n. m r і (таблиця 4 СНіП2.04.03.85), (таблиця 11 СНіП2.04.03.85), обчислюють за формулою розрахунковий витрата по одній з вищеописаних методик. За розрахунковій витраті визначають діаметр трубопроводу, швидкість руху стічних вод при наповненні близькому до максимального, приймаючи ухил, рівний ухилу землі. Якщо швидкість виходить менше самоочищающей, ухил збільшують до тих пір, поки швидкість не стане рівною самоочищающей. При розрахунку позначок лотків і глибин закладення трубопроводів враховують, що з'єднання труб на стиках розрахункових ділянок виконується за шелига. Але при зменшенні діаметра на наступній ділянці з'єднання доводиться виконувати по лотках.
Початкову глибину закладення визначають за формулою:
Н = 0,7 + 0,02. В / 2 + d. де
В - ширина дороги (проїзної частини вулиці);
d - діаметр трубопроводу на першій ділянці, м.
в иполненіе поздовжнього профілю дощового трубопроводу (колектора) проводиться з тими ж вимогами, що і виконання профілю господарсько-фекального трубопроводу.
Розрахунок дощової мережі за допомогою коефіцієнта зменшення інтенсивності
Вище описаний розрахунок дощової мережі за методом "граничних інтенсивностей". В інженерній практиці застосовується розрахунок дощової мережі з використанням коефіцієнта зменшення інтенсивності, який являє собою відношення інтенсивності дощу при критичній тривалості до інтенсивності дощу при його тривалості, що дорівнює часу поверхневої концентрації стоку і часу протікання з вуличного лотка, тобто
Беручи до уваги, що і. коефіцієнт інтенсивності буде дорівнює:.
п ри безпосередньому розрахунку дощової мережі для конкретних умов обчислюють tP і. Так як для всіх ділянок розраховується трубопроводу величина t con + t can і показник ступеня n однакові, то залежить тільки від t р. т оли формула розрахункової витрати набуде вигляду:
Відомі й інші методики, що спрощують техніку розрахунку дощової мережі.