авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Сток ливневых вод на основе паводковой волны для сооружений автомобильных дорог и аэродромов

-- [ Страница 3 ] --

перпендикулярном стоку максимальный расход имеет значение 7,64 м3/с, на 22 – ой минуте паводка. В данном случае имеет место влияние ширины водосбора. В средней части она составляет 600 метров, что более, чем в два раза протяженности лога (табл. 3). Поэтому сказывается влияние на формирование величины максимального расхода формы водосборного бассейна, а именно соотношения длины лога водосбора и его ширины. О процессе формирования стока при прохождении ливневого фронта можно судить по изменению глубин стока по склонам водосбора (рис. 12). На склонах водосбора происходит формирование паводковой волны при продвижении ливневого фронта. Причем на склоне 1 паводковая волна формируется в направлении «по стоку», а на склоне №2 паводковая волна формируется в направлении «против стока». Поэтому, как и в случае прохождения ливневого фронта в направлении «против стока» по логу водосбора, склон №2 в процессе формирования стока участвует частично. Вследствие того, что часть стока успеет достичь лога водосбора прежде, чем ливневой фронт достигнет линии водораздела на склоне №2.

Форма водосбора, в которой преобладающее влияние на формирование стока оказывают склоны водосбора, должна иметь лог значительно короче склонов. Такая форма естественных водосборов встречается очень редко и, как правило, имеет искусственное происхождение, например, сток с придорожной полосы отвода. Преобладающее количество водосборов в рельефе при пересечении их трассой проектируемой автомобильной дороги имеет протяженность лога водосбора от приблизительно равной суммарной протяженности склонов до вытянутой в направлении протяженности лога. Кроме того, в процессе прохождения ливневого фронта в направлении по протяженности лога («по стоку» или « против стока») в формировании максимального расхода стока принимают участие одновременно оба склона водосбора. Это является основной причиной того, что при прохождении ливневого фронта в направлении по протяженности лога значение максимального расхода больше, чем при прохождении ливневого фронта поперек водосборного бассейна.

Результаты массового численного эксперимента показали, что формирование стока ливневых вод происходит аналогично рассмотренным, т.е. на поверхности водосборного бассейна происходит формирование паводковой волны.

В следующей серии экспериментальных расчетов выявлено влияние скорости прохождения ливневого фронта на величину максимального расхода и объема стока.

Параметры ливня и водосборного бассейна были приняты аналогично, применяемым в экспериментальных расчетах при анализе влияния направления прохождения ливневого фронта. Серия экспериментальных расчетов проводилась при прохождении ливневого фронта как «по стоку», так и «против стока».

Для выявления влияния скорости прохождения фронта, экспериментальные расчеты выполнялись при скоростях прохождения ливневых фронтов 3 км/ч и 10 км/ч.

Рис. 13. Гидрографы стока ливневых вод с водосбора №1, в серии экспериментальных расчетов при различном направлении прохождения ливневого фронта со скоростью 3 км/ч

Рис. 14. Формирование паводковой волны над водосбором №1, при прохождении ливневого фронта в направлении «по стоку в главном логу»,

со скоростью 3 км/ч

Рис. 15. Формирование паводковой волны над водосбором №1, при прохождении ливневого фронта в направлении «против стока в главном логу»,

со скоростью 3 км/ч

Гидрографы стока данной серии экспериментальных расчетов (рис.13) выполнены при скорости прохождения ливневого фронта 3 км/ч. Величина максимального расхода стока, при движении ливневого фронта в направлении «по стоку», составила 5,98 м3/с, а против стока - 5,45 м3/с. Время наступления максимального расхода при движении ливневого фронта «по стоку» составило 33 мин., а при движении ливневого фронта в направлении против стока 30 мин. Следует обратить внимание на отличие формы гидрографа при движении ливневого фронта в направлении по стоку и против стока.

Ветвь подъема гидрографа при движении фронта «по стоку» имеет вогнутый вид, а при движении ливневого фронта «против стока», выпуклый. Что указывает на то, что интенсивность притока к проектируемому водопропускному сооружению во втором случае значительно выше. Но в то же время ветвь сброса гидрографа стока при движении ливневого фронта в направлении «по

Рис. 16. Гидрографы стока ливневых вод с водосбора №1, в

серии экспериментальных расчетов, скорость 10 км/ч

Рис. 17. Формирование паводковой волны над водосбором №1, при прохождении ливневого фронта в направлении «по стоку в главном логу»,

со скоростью 10 км/ч

Рис. 18. Формирование паводковой волны над водосбором №1, при прохождении ливневого фронта в направлении «против стока в главном логу»,

со скоростью 10 км/ч

стоку» имеет выпуклый вид, в отличие от ветви сброса при движении «против стока». Это показывает на то, что приток ливневой воды к сооружению проходит более интенсивно, но менее продолжительно. Формирование паводковой волны в данной серии экспериментальных расчетов представлено на рисунках 14 и 15. Характер формирования максимальных расходов стока указывает на волновую природу формирования стока ливневых вод. При прохождении ливневого фронта против стока максимальный расход стока наступает в тот момент, когда начинается спад глубин потока и возрастают скорости движения ливневых вод по поверхности водосбора. В экспериментальных расчетах, результаты которых представлены на рисунках 16, 17 и 18, ливневой фронт продвигался над водосборным бассейном со скоростью 10 км/ч. Характер формирования гидрографа стока аналогичен процессу формирования при скорости движения ливневого фронта 3 км/ч, т.е. вогнутость и выпуклость соответствующих ветвей подъема и спада гидрографа аналогичны предыдущим экспериментальным расчетам. Но величины максимальных расходов как при движении «по стоку», так и «против стока» превышают величины максимальных расходов при движении ливневого фронта со скоростью 3 км/ч. Величина максимального расхода при движении ливневого фронта по стоку равна 10,11м3/с, а при движении ливневого фронта против стока 9,25 м3/с.

В результате увеличения скорости прохождения ливневого фронта над водосборной площадью при фиксированной длительности ливня слой выпав-

ших осадков на поверхность водосборного бассейна также возрастает. Объясняется это тем, что при движении ливневого фронта со скоростью 3 км/ч и продолжительности ливня 25 мин протяженность самого ливневого фронта составит 1,25 км. А при движении ливневого фронта со скоростью 10 км/ч при той же продолжительности ливня 25 мин, протяженность ливневого фронта составит уже 4,17 км. При прохождении ливневого фронта над водосбором, слой выпавших осадков следует определять исходя из времени прохождения ливневого фронта над водосборным бассейном (рис. 19), которое определится как

(мин), (13)

где: – полное время прохождения ливневого фронта над водосбором, от начала ливня до его окончания, мин; – полный путь, проходимый ливневым фронтом над водосборным бассейном за время ливня, начиная с фронтальной его части от водораздела, заканчивая его тыловой частью над створом проектируемого сооружения автомобильной дороги, определяемый как , км; где: – протяженность лога водосбора, определяется по материалам топографической съемки местности, км; – протяженность ливневого фронта, определяемая как , км.

 Схема формирования расчетной-42

Рис. 19. Схема формирования расчетной продолжительности ливня при прохождении ливневого фронта над водосбором

Анализ влияния метеорологических параметров на процесс стока ливневых вод, выполненный в ранее представленных сериях, показывает, что момент наступления максимального расхода в створе проектируемого водопропускного сооружения на автомобильной дороге непосредственно имеет связь с достижением этого створа паводковой волной. На водосборном бассейне имеет место перемещение створа с максимальным расходом по главному логу, т.е. перемещение паводковой волны. Максимальный расход в сечении лога проектируемого водопропускного сооружения на автомобильной дороге наблюдается в момент достижения максимальным расходом паводковой волной данного сечения.

Из экспериментальных расчетов следует, что за время достижения паводковой волной створа проектируемого водопропускного сооружения следует принимать время достижения максимальным расходом, движущимся по главному логу водосбора, указанного створа

(мин), (14)

где - число уровней времени до момента достижения паводковой волной завершающего створа.

При известном времени достижения паводковой волной завершающего створа водосбора и известной длине главного лога водосбора скорость достижения паводковой волной завершающего створа определится как

(км/мин). (15)

Для выявления степени влияния поверхностных характеристик водосборов на скорость достижения паводковой волной завершающего створа и получения экспериментальных зависимостей были выполнены, путем математического моделирования на ПЭВМ, экспериментальные расчеты.

На основании полученных данных было установлено, что скорость формирования паводковой волны является одной из основных величин, влияющих на формирование максимального расхода и исследовалось следующих факторов на : величины уклона лога - Iлога ; коэффициента шероховатости лога - mлога ; длины лога - Lлога; скорости прохождения ливневого фронта (тучи).

(16)

Графически изменение , представлены на рисунке 20. По результатам многочисленных экспериментов на ПЭВМ для определения была получена следующая зависимость:

, км/мин (17)

где - коэффициент, представляет собой отношение скорости паводковой волны при конкретных параметрах русла к скорости паводковой волны при минимальных параметрах русла и скорости движения тучи, то есть, при , минимальная скорость паводковой волны имеет значение , полученная в экспериментальных расчетах.

Рис. 20. Графики скоростей паводковой волны в зависимости от параметров водосборного бассейна при скорости прохождения ливневого фронта

Из этих данных следует, что коэффициент - есть функция от частных коэффициентов, т.е. и, следовательно, должен учитывать влияние частных коэффициентов .

. (18)

Определение коэффициента , с учетом показателя гладкости русла, целесообразно разделить на три характерных, для встречающихся в практике проектирования автомобильных дорог, пересекаемых русел и логов временных

водотоков, группы: первая группа – сильно заросшее русло в завалах и валунах - ; вторая группа – русла покрытые невысокой луговой растительностью, выгон, пашня, ровный луг с редкой травой - ; третья группа – русла с гладкой, спланированной, хорошо укатанной поверхностью, асфальт, бетон - >30.

Частные коэффициенты характеризуют влияние отдельных параметров, влияющих на формирование паводковой волны:- влияние скорости перемещения ливневой тучи над водосбором; - влияние длины лога; - влияние уклона лога.

По полученным экспериментальным данным формирования паводковой волны были получены следующие зависимости коэффициента скорости при различных показателях гладкости водосбора:

для

, (19)

для

, (20)

для

, (21)

Таким образом, скорость движения паводковой волны в зависимости от скорости прохождения ливневой тучи, длины лога, уклона лога и показателя гладкости лога представляется возможным определить по зависимости (17).

5. РАСЧЕТ СТОКА ЛИВНЕВЫХ ВОД ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА ДОРОГАХ.

В данной главе выполнен анализ результатов экспериментальных расчетов, из которых следует, что длительность ливневого паводка состоит из двух основных периодов: первый период – время подъема паводка, второй период – время спада паводка. Продолжительность периода подъема паводка определяется временем, за которое паводковая волна проходит путь от водораздела до расчетного створа (створа проектируемого сооружения на автомобильной дороге) по руслу главного лога. Второй период – время от момента достижения паводковой волной расчетного створа до полного осушения водосборного бассейна от ливневой воды.

Первый период формирования стока уже рассмотрен. Для этого периода характерно совместное стекание ливневых вод по склонам и руслу водосбора по мере открытия ливневым фронтом площади водосборного бассейна.

Для определения времени спада паводка после прохождения тыловой границы ливневого фронта путем экспериментальных расчетов были получены значения коэффициента времени спада. Коэффициент - есть отношение времени спада паводка после прохождения ливневой тучи над водосборным бассейном ко времени подъема (21).

. (22)

Анализ данных экспериментальных расчетов показал, что основным фактором, влияющим на значение коэффициента , является отношение длины лога к ширине водосборного бассейна в средней части . По полученным осредненным, экспериментальным значениям , был установлен вид эмпирической зависимости, т.е. установить . Для невпитывающей поверхности имеет вид:

. (23)

Таким образом, время спада паводка с учетом коэффициента спада паводка определится как:

. (24)

С целью учета влияния на время спада паводка потерь на впитывание в подстилающий поверхность водосборного бассейна грунт были выполнены экспериментальные расчеты при различных грунтах по степени впитываемости. При этом потери стока на впитывание, а следовательно, и объем стока изменяются от 10 % до 70%, в зависимости от рода подстилающих поверхность водосборного бассейна грунтов.

Анализ материалов математического моделирования стока ливневых вод показывает, что процесс формирования слоя стока с водосборных бассейнов не соответствует принятой на сегодняшний день схеме. То есть, в реальных усло-

виях формирования слоя стока, потери на впитывание не заканчиваются и после прекращения ливня. Покрытая ливневой водой площадь водосборного бассейна, на которой имеют место указанные потери стока, по мере прохождения тыловой границы ливневой тучи над водосбором и, соответственно, ее осушения в результате стока, уменьшается. Процесс потерь фактически прекращается после прекращения стока, а не заканчивается на момент прекращения ливня. Так как сток по поверхности водосборного бассейна направлен от водораздела к расчетному створу, то и осушение поверхности водосборного бассейна происходит в том же направлении. На скорость осушения поверхности водосбора оказывают влияние те же параметры водосборного бассейна, которые рассматривались ранее при получении зависимостей для определения времени спада гидрографа стока, а также впитывающая способность грунта, подстилающего площадь водосборного бассейна. Следовательно, определение слоя стока необходимо выполнять по схеме, представленной на рисунке 21.

Рис. 21. Схема учета потерь на впитывание при формировании слоя стока

По результатам экспериментальных расчетов получены эмпирические зависимости для определения коэффициента спада паводка для каждого вида грунтов:

Категория II, грунт – глины

. (25)

Категория III, грунт – суглинки

. (26)

Категория IV, грунт - супесь

. (27)

Категория V, грунт – пески

. (28)

Таким образом, определив время спада и далее полное время формирования гидрографа, представляется возможным определить величину потерь стока на впитывание для каждого вида грунтов, подстилающих конкретный водосборный бассейн до полного осушения водосборного бассейна.

Существующая в настоящее время методика расчета параметров ливневого стока основана на принципе предельных интенсивностей. Такой подход к решению данной пространственно-временной задачи в то время был оправдан. Так как охватить наблюдением обширнейшие территории, на которых необходимо установить закономерности процесса формирования ливневого стока не представлялось возможным из-за пространственно – временного фактора исследуемого явления. Расчет величины максимального расхода стока выполняется по формуле

, м3/с, (29)



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.