Расчет основных параметров водоотводной канавы

Дорожные канавы рассчитывают по уравнению равномерного движения жидкости. Для бассейнов площадью больше 0,1 км² расход определяем по формуле:

(32)

где a_расч – расчетная продолжительность интенсивности ливня;

F – площадь водосбора канавы, км²;

φ – коэффициент редукции.

Расчетную продолжительность интенсивности ливня определяем по формуле (16):

Первый участок:: ;

Второй участок: ;

Третий участок: ;

Четвертый участок: .

Коэффициент редукции определяем по формуле (17):

Первый участок: ;

Второй участок: ;

Третий участок: ;

Четвертый участок: .

Расход канавы определяем по формуле (32):

Первый участок:: ;

Второй участок:: ;

Третий участок: ;

Четвертый участок: .

Тип укрепления канавы выбираем в зависимости от уклона канавы по [2]:

Для канавы на первом участке: i = 7 ‰ – без укрепления;

Для канавы на втором участке: i = 20 ‰ – одерновка;

Для канавы на третьем участке: i = 31 ‰ – одерновка;

Для канавы на четвертом участке: i = 55 ‰ – быстроток.

После этого выбираем сечение канавы трапецеидальной формы.

Рисунок 14 – Схема трапецеидальной канавы

Гидравлические элементы находим по зависимостям:

а) площадь сечения потока, м²:

(33)

где b – ширина канавы по дну, b = 0,8 м;

h – глубина воды, меньшая чем полная глубина канавы на 0,2 м;

m₁ и m₂ – показатели крутизны откосов канавы, m₁ = m₂ = 1,5.

;

;

;

;

;

;

;

.

 

 

б) смоченный периметр, м:

(34)

;

;

;

;

;

;

;

;

в) гидравлический радиус, м:

(35)

;

;

;

;

;

;

;

;

Результаты расчета заносим в таблицу 14

Талица 14– Результаты расчета канавы при ширине дна 0,8 м

h, м	b, м	m1	m2	ω, м2	χ,м	R, м
0,1	0,8	1,5	1,5	0,095	1,1606	0,0819	0,1885	0,0179
0,2	0,8	1,5	1,5	0,22	1,5211	0,1446	0,2755	0,0606
0,3	0,8	1,5	1,5	0,375	1,8817	0,1993	0,3412	0,1279
0,4	0,8	1,5	1,5	0,56	2,2422	0,2498	0,3966	0,2221
0,5	0,8	1,5	1,5	0,775	2,6028	0,2978	0,4459	0,3456
0,6	0,8	1,5	1,5	1,02	2,9633	0,3442	0,4911	0,5010
0,7	0,8	1,5	1,5	1,295	3,3239	0,3896	0,5334	0,6908
0,8	0,8	1,5	1,5	1,6	3,6844	0,4343	0,5735	0,9175

 

Рассчитаем гидравлические элементы канавы при ширине дна b = 0,5 м. Результаты расчета заносим в таблицу 15

Талица 15 – Результаты расчета канавы при ширине дна 0,5 м

h, м	b, м	m1	m2	ω, м2	χ,м	R, м
0,1	0,5	1,5	1,5	0,065	0,8606	0,0755	0,1787	0,0116
0,2	0,5	1,5	1,5	0,16	1,2211	0,1310	0,2580	0,0413
0,3	0,5	1,5	1,5	0,285	1,5817	0,1802	0,3190	0,0909
0,4	0,5	1,5	1,5	0,44	1,9422	0,2265	0,3716	0,1635
0,5	0,5	1,5	1,5	0,625	2,3028	0,2714	0,4192	0,2620
0,6	0,5	1,5	1,5	0,84	2,6633	0,3154	0,4633	0,3892
0,7	0,5	1,5	1,5	1,085	3,0239	0,3588	0,5049	0,5479
0,8	0,5	1,5	1,5	1,36	3,3844	0,4018	0,5445	0,7406

 

Глубину воды в канаве определяем графоаналитическим способом, который сводится к построению графика. По оси абсцисс откладываем значения w·R^2/3 и R^2/3, а по оси ординат высоту h (рисунок 15,16).

 

Рисунок 15 – График расчёта канав при b=0,8м.

Рисунок 16 – График расчёта канав при b=0,5м.

 

Затем определяем величину w·R^2/3 с учётом расхода по формуле:

w·R^2/3 = Q·n/√i, (36)

где Q – расход на данном участке канавы, м/с;

n – коэффициент шероховатости, выбираемый для принятого типа укрепления на этом участке по [2];

i – уклон участка канавы.

Для первого участка канавы w·R^2/3 = 3,283·0,03/(0,007)^0,5= 1,177;

Для второго участка канавы w·R^2/3 = 5,562·0,03/(0,02)^0,5 =1,18;

Для третьего участка канавы w·R^2/3 = 7,969·0,02/(0,031)^0,5 = 0,910;

Для четвёртого участка канавы w·R^2/3 = 9,314 ·0,017/(0,055)^0,5 = 0,675.

Затем по графику находим значения h для каждого вычисленного значения w·R^2/3 для каждого участка канавы и по h определяем R^2/3 также для каждого участка канавы.

При значении b=0,8:

для первого участка канавы w·R^2/3 = 1,177 => h = 0,869 => R^2/3 =0,590;

для второго участка канавы w·R^2/3 = 1,180 => h = 0,873 => R^2/3 = 0,599;

для третьего участка канавы w·R^2/3 = 0,910 => h = 0,792=> R^2/3 = 0,565;

для четвёртого участка канавы w·R^2/3 = 0,675 => h = 0,690 => R^2/3 = 0,533.

При значении b=0,5:

для первого участка канавы w·R^2/3 = 1,177 => h = 0,540 => R^2/3 =0,550;

для второго участка канавы w·R^2/3 = 1,180 => h = 0,550 => R^2/3 = 0,560;

для третьего участка канавы w·R^2/3 = 0,910 => h = 0,490 => R^2/3 = 0,510;

для четвёртого участка канавы w·R^2/3 =0,675 => h = 0,450 => R^2/3 = 0,489.

 

После этого вычисляем скорость течения воды в канаве по формуле:

υ = R^2/3·√i /n (37)

При значении b=0,8:

для первого участка канавы υ = 0,590·(0,007)^0,5 /0,03 = 1,645 м/с;

для второго участка канавы υ = 0,599·(0,020)^0,5 /0,03 = 2,824 м/с,

для третьего участка канавы υ = 0,565·(0,031)^0,5/0,02 = 4,974 м/с;

для четвёртого участка канавы υ = 0,533·(0,055)^0,5/ 0,017 = 7,353 м/с.

При значении b=0,5:

для первого участка канавы υ = 0,540·(0,007)^0,5 /0,03 = 1,506 м/с;

для второго участка канавы υ = 0,550·(0,020)^0,5 /0,03 = 2,593м/с;

для третьего участка канавы υ = 0,490·(0,031)^0,5/0,02 = 4,314 м/с;

для четвёртого участка канавы υ = 0,489·(0,055)^0,5/0,017 = 6,746м/с.

Скорости течения и соответствуют принятым типам укрепления.

Далее вычисляем площадь сечения потока по формуле (33) для каждого участка канавы с найденными по графику значениями h. При b=0,8:

w₁ = 0,8·0,869+(1,5+1,5)·0,869²/2 =1,8279м² – для первого участка канавы;

w₂ = 0,8·0,873+(1,5+1,5)·0,873²/2 = 1,8416 м² – для второго участка канавы;

w₃ = 0,8·0,792+(1,5+1,5)·0,792²/2 = 1,5745 м² – для третьего участка канавы;

w₄ = 0,8·0,690+(1,5+1,5)·0,690²/2 = 1,2662 м² – для четвёртого участка канавы.

При b=0,5:

w₁ = 0,5·0,540+(1,5+1,5)·0,540²/2 = 0,7074 м² – для первого участка канавы;

w₂ = 0,5·0,550+(1,5+1,5)·0,550²/2 = 0,7288 м² – для второго участка канавы;

w₃ = 0,5·0,490+(1,5+1,5)·0,490²/2 = 0,6052 м² – для третьего участка канавы;

w₄ = 0,5·0,450+(1,5+1,5)·0,450²/2 = 0,5288 м² – для четвёртого участка канавы.

 

После этого вычисляем расходы на участках канавы по формуле:

Q = w·υ (38)

При b=0,8:

Q₁ = 1,8279·1,645 = 3,0069 м³/с – для первого участка канавы;

Q₂ = 1,8416·2,824 =5,2007 м³/с – для второго участка канавы;

Q₃ = 1,5745·4,974= 7,8316 м³/с – для третьего участка канавы;

Q₄ = 1,2662·7,353 = 9,3104 м³/с – для четвёртого участка канавы.

При b=0,5:

Q₁ = 0,7074·1,506 = 1,0653 м³/с – для первого участка канавы;

Q₂ = 0,7288·2,593 = 1,8900 м³/с – для второго участка канавы;

Q₃ = 0,6052·4,314 = 2,6108 м³/с – для третьего участка канавы;

Q₄ = 0,5288·6,746 = 3,5673 м³/с – для четвёртого участка канавы.

 

Далее определяем общую глубину канавы, которая на 20 см больше высоты воды в канаве, по участкам по формуле:

H_iобщ. = h_i + 0,2, (39)

где H_iобщ. – общая глубина канавы;

h_i – глубина воды в канаве.

При b=0,8:

H_1общ. = 0,869 + 0,2 = 1,069 м – первый участок канавы;

H_2общ. = 0,873 + 0,2 = 1,073 м – второй участок канавы;

H_3общ. = 0,792 + 0,2 = 0,992м – третий участок канавы;

H_4общ. = 0,690 + 0,2 = 0,890 м – четвёртый участок канавы.

При b=0,5:

H_1общ. = 0,540 + 0,2 = 0,740 м – первый участок канавы;

H_2общ. = 0,550 + 0,2 = 0,750 м – второй участок канавы;

H_3общ. = 0,490 + 0,2 = 0,690 м – третий участок канавы;

H_4общ. = 0,450 + 0,2 = 0,650 м – четвёртый участок канавы.