Формулы расчетной интенсивности дождя
Для расчета дождевой сети необходимо найти расчетный расход сточных вод. С этой целью необходимо установить зависимость между расчетной интенсивностью и расчетной продолжительностью дождя.
Для получения формул расчетной интенсивности применяют различную методику, которая зависит от наличия исходных данных. Возможны два случая:
Имеются данные только о среднегодовом слое выпавших осадков, или же данные наблюдений менее 25 лет, что недостаточно для вывода расчетной зависимости.
Имеется большой число наблюдений на метеорологических станциях за длительный период и с помощью расшифровки может быть получена расчетная формула.
В первом случае имеется несколько методов и расчетных зависимостей для получения численного значения параметров A и n. СНиП 2.04.03-85 рекомендована следующая формула для расчета A:
A = 20n∙q20(1 + lgp/lgmr)γ ,
где q20 – интенсивность дождя для данной местности, 20-минутной продолжительности с периодом однократного превышения 1 год, определяется по чертежу 1 СНиП,
n – показатель степени, определяется по табл. 4 СНиП,
mr – среднее количество дождей за год, принимается по табл. 4 СНиП,
γ - показатель степени, принимаемый по табл. 4 СНиП,
p – период однократного превышения расчетной интенсивности дождя, принимаемый по СНиП.
Во втором случае значения A и n определяются по методу, разработанному в АКХ
Поля осадков, коэффициент неравномерности выпадения осадков
|
|
|
Поле атмосферных осадков – участок подстилающей поверхности, увлажненный выпавшими за разные интервалы времени осадками. Поля осадков характеризуются изогиетами – линиями, соединяющими точки с одинаковыми суммами осадков. Чтобы иметь представление о распределении осадков по площади, вычерчивают изогиеты через интервалы 0,1…50 мм.
Сформировавшееся поле обложных дождей характеризуется большой площадью пятна и плавным уменьшением суммы осадков от центра к краям. Изолированные ливневые поля имеют форму, близкую к эллипсу, причем с увеличением площади увеличивается и отношение большой полуоси эллипса к малой. Кратковременные дожди в своих полях имеют отдельные пятна в виде линий или полос. Различают 6 видов систем полос: полосы теплого фронта и теплого сектора циклона, узкого и широкого холодных фронтов, полосы волнового возмущения и полосы за фронтами.
При расчетах расходов дождевого стока с достаточно больших площадей необходимо учитывать: 1. Не вся площадь водосбора покрыта выпадающими осадками, 2. Суммы осадков в различных точках площади неодинаковы. Эти обстоятельства учитывает коэффициент неравномерности выпадения дождя η:
|
|
|
,
где F – площадь бассейна стока, га.
Этот коэффициент можно рассматривать как отношение средней интенсивности осадков по всей площади к максимальной интенсивности в одной точке этой площади. На небольших участках города и на однородной поверхности можно считать η = 1.
Коэффициент стока
Не вся вода, выпавшая на территорию водосбора в виде осадков, превращается в сток. Выделяют следующие виды потерь осадков:
1. Потери на перехват – происходят прежде всего на лесных массивах, составляют примерно 2…10 мм.
2. Испарение в период дождя – имеет небольшую интенсивность – до 0,3 мм/ч, однако продолжается и после прекращения выпадения осадков.
3. Поверхностное задержание – это потери воды на образование пленки и заполнение бессточных неровностей, составляет для песков – 5 мм, для глин - 2,5 мм, для мостовых – 1,6 мм.
4. Инфильтрация в грунт – просачивание осадков. За период выпадения ливня инфильтрация постепенно уменьшается по мере наполнения пор водой. Это процесс можно выразить зависимостью:
,
где q0ин – начальная интенсивность инфильтрации,
qуин – установившаяся интенсивность инфильтрации,
t – время,
k – коэффициент снижения инфильтрации.
Для песчаных слоев инфильтрация к концу первого часа составляет 13…25 мм/ч.
|
|
|
Осадки, достигающие дождеприемников, называются общим слоем стока.
Отношение объема поверхностного стока на водосборе в течение одного ливня к общему объему осадков, выпавших за время этого ливня, называется коэффициентом поверхностного стокаΨ. Для оценки годовых средних объемов стока используют коэффициент годового стока Ψг:
Ψг = Wг/Wг.ос,
где Wг – годовой объем стока,
Wг.ос – годовой объем осадков.
Годовой объем стока:
,
где F – площадь стока,
s0 – количество дождей за теплый период,
hр – высота суточного слоя дождевого стока, ее можно определить по формуле Г.А. Алексеева:
,
где Hр – высота суточного слоя осадков,
H0 – высота слоя начальных потерь.
Годовой объем осадков:
Wг.ос = 10HгF,
где Hг – годовой слой осадков.
Для конкретных расчетов расходов дождевых вод в водоотводящей сети используют еще один вид коэффициента стока – Ψ0, который учитывает поверхностное задержание и инфильтрацию, а также учитывает гидродинамику поступления воды к расчетному сечению. Коэффициент стока в этом случае представляет собой отношение максимальной интенсивности стока определенной повторяемости к средней интенсивности осадков той же повторяемости в предположении соблюдения водного баланса на водосборе, т.е. долю интенсивности осадка, за счет которой достигается максимум стока.
|
|
|
Еще до Великой Отечественной войны Н.И.Беловым была предложена простая формула для определения коэффициента стока, которая и рекомендована СНиП 2.04.03-85:
Ψ0 = zq0,2t0,1,
где z - эмпирический коэффициент, зависящий от вида поверхности стока – коэффициент покрова,
q – интенсивность дождя,
t – продолжительность выпадения дождя.
Г.А. Алексеев предложил другую формулу для коэффициента стока:
.
Значения коэффициента покрова z рекомендуется принимать по табл. 9 и 10 СНиП 2.04.03-85. Например, значение z для водонепроницаемых поверхностей (кровля зданий, асфальтобетон дорог и т.д.) принимается в зависимости от параметра A в формуле q = A/tn. Для водопроницаемых поверхностей коэффициент покрова постоянен, например, для газонов он равен 0,0038, для гравийных дорожек – 0,09 и т.д.
При необходимости расчета коэффициента покрова для территории, имеющей различные виды поверхностей, следует принимать средневзвешенное значение zmid:
zmid = Σ(Fizi/Fобщ),
где Fi – площадь i-того вида покрытия,
Fобщ – общая площадь территории,
zi – коэффициент покрова i-того вида покрытия.
Величина коэффициента стока Ψ0 может приниматься постоянной (≈ 1), если водонепроницаемые поверхности крыш и асфальтовые покрытия составляют более 50 % всей площади.
Формирование дождевого стока
Рассмотрим бассейн стока площадью F, на который выпадает дождь (см. рис). Точка А – наиболее удаленная точка бассейна стока. При выпадении дождя стоки достигают точки Б, образуя линии равного времени добегания воды (изохроны). За 1 минуту точки Б достигают стоки с площади 
f1, за вторую f2 и т.д.
Толщина слоя осадка на площади постепенно изменяется по зависимости на графике. Расход в точке Б по истечении 1-й минуты будет: Q1 = f1h1,
за вторую минуту: Q2 = f1h2 + f2h1,
за третью: Q3 = f1h3 + f2h2 + f3h1 и т.д.
Путем интегрирования расхода получается формула для любого времени T:
,
где it – интенсивность дождя.
Эта формула применима, если T меньше времени добегания воды от точки А (τc).
При T > τc:
.
Наконец, когда дождь кончился, формула стока примет следующий вид:
,
где Tд – продолжительность дождя.
Если площади f равномерно возрастают, т.е. f = F/τc, то максимальный расход будет равен произведению площади стока на среднюю интенсивность дождя при продолжительности t = τc:
,
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 3959; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!