Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Курсовой проект - Проектирование инженерной защиты территории от затопления и подтопления - файл 1.doc


Курсовой проект - Проектирование инженерной защиты территории от затопления и подтопления
скачать (469 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc469kb.16.11.2011 23:29скачать

содержание

1.doc

Введение

В работе требуется обосновать и запроектировать мероприятия инженерной защиты городской территории одного из жилых районов города N от затопления и подтопления водами водохранилища и грунтовыми водами.

Под инженерной защитой понимается комплекс инженерных сооружений, инженерно-технических, организационно-хозяйственных и социально-правовых мероприятий, обеспечивающих защиту хозяйственных объектов и территорий от затопления и подтопления.

Затопление ─ это образование свободной поверхности воды на участке территории в результате повышения уровня водотока водоема или подземных вод.

Подтопление ─ это такое положение уровня грунтовых вод или вод сезонной верховодки, которое приводит к нарушению хозяйственной деятельности данной территории, и при котором проявляется неблагоприятное воздействие воды на подземные части зданий и сооружений, на почвы и грунты, а также на общее санитарное состояние территории.

В качестве основных средств инженерной защиты территории от затопления водами водохранилищ и подтопления грунтовыми водами применяются оградительные дамбы, искусственные повышения территории, сооружения по регулированию и отводу поверхностного стока за пределы обвалованной территории (нагорные каналы, дождевая канализация, насосные станции), системы защитных дренажей, перехватывающих фильтрационный поток со стороны водохранилища и грунтовый поток со стороны водораздела.

Для обоснования и расчета мероприятий инженерной защиты выполняется анализ природных и техногенных условий территории и на его основе проводится оценка составляющих водного баланса.

1 Природные условия территории


1.1 Общие сведения о территории города


Город N ─ крупный промышленный центр Волгоградской области. Расположен в 200 км от Волгограда на правом берегу реки Волги. Численность населения составляет около 200 тыс. чел. Плотность населения ─ 55 чел/га. Город разделен на промышленные и жилые районы. Селитебная территория занимает 87% общей площади жилого района и делится на три жилых района(№1, №2, №3), прочие (внеселитебные) территории ─ 13%. Микрорайоны застроены в основном пяти- и девятиэтажными домами, имеется несколько кварталов одно- и двухэтажной застройки коттеджного типа с приусадебными участками.

После создания водохранилища затоплению и подтоплению подвергнется жилой район №1, план территории которого представлен на листе 1. Нижняя граница района соответствует отметке 13.50 м, верхняя границе соответствует отметке 22,00 м, средняя протяженность территории вдоль нижней границы составляет 4,4 км, площадь района в указанных границах определяется по плану и составляет 797 га.

После строительства водохранилища максимальная отметка уровня воды в нем составит 15,0 м, таким образом часть городской территории окажется затопленной и часть - подтопленной.

Защиту территории жилого района №1 предполагается осуществить с помощью устройства дамбы обвалования, выполнения мероприятий по отводу поверхностного стока, устройства защитного дренажа, перекачки поверхностных и дренажных вод за пределы обвалованной территории. Основание дамбы обвалования планируется запроектировать по отметке 13,00 м.


1.2 Климат и рельеф


Климат данного района резко континентальный, с довольно суровой зимой и жарким, засушливым летом ( таблицы 1,2,3,4).


Таблица 1 ─ Среднемесячные температуры воздуха (градусы)

Месяц

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

Ср. год

Темпе-

ратура

-8,9

-8,6

-2,3

8,6

17,2

22,0

24,5

23,0

16,2

8,2

0,5

-6,3

7,8


Амплитуда колебаний среднемесячных температур 33,4 градуса, а максимальных и минимальных достигает 75,6 градуса.

Безморозный период продолжается около 165..169 дней. Теплый период со средними температурами выше 10 начинается около 30 апреля и заканчивается 10 октября.

Осадков выпадает мало. Выпадение их по годам сильно колеблется.


Таблица 2 ─ Распределение осадков (мм) по месяцам в средний год (р=50%)

Месяц

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

Год

Осадки

19

16

14

17

32

32

31

22

22

17

26

26

274



Осадков в год обеспеченности дефицита водного баланса р=3% выпадает 420мм.

Среднегодовая относительная влажность воздуха составляет порядка 70%, а в летние месяцы она снижается до 52 % и меньше. Дефицит влажности воздуха в летние месяцы достигает 17…18 мм.

В вегетационный период наибольшая повторяемость ветров приходится на юго-восточное направление. В период с апреля по июль ветры нередко принимают характер суховеев с температурами 25…40 градусов и низкой относительной влажностью. Скорости ветров составляют от 4 до 16 м/с.

Низкая относительная влажность воздуха и ветры способствуют сильной испаряемости с водной поверхности.


Таблица 3 ─ Испаряемость с водной поверхности (мм) в средний год (p=50%)

Месяц

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

Год

Испаряе-

мость

6

7

13

56

140

175

222

180

109

51

16

5

980



Испаряемость с водной поверхности в год обеспеченности дефицита водного баланса p=3% составляет 690 мм.

Рельеф местности изображен на плане и подлежит описанию.

Почвенный покров представлен маломощными светло-каштановыми почвами. Подстилающими породами являются верхнечетвертичные отложения.

Рассматриваемая территория располагается на правом берегу реки Волги, на первой надпойменной террасе. В геоморфологическом отношении большая часть территории располагается на ровной слабо расчлененной поверхности, которая плавно спускается к реке. Относительные высотные отметки территории изменяются от 8 до 25 м. Общий уклон направлен в сторону реки и составляет

icp=0,031;

imax=0,0067;

imin=0,0017.


1.3 Геологическое строение


В геологическом строении территории жилого района №1 принимают участие современные четвертичные и верхнечетвертичные аллювиальные отложения и нижнемеловые отложения. Четвертичные отложения в верхней части представлены супесями. Ниже залегают мелко- и среднезернистые пески. Мощности слоев и коэффициенты фильтрации представлены в таблице 4.


Таблица 4 ─ Геологическое строение территории жилого района №1

Наименование пород

Литология

Мощность, м

Коэффициент фильтрации

1. Современные четвертичные отложения (аллювиальные alQ4)

супеси

2

0,6

2. Верхнечетвертичные отложения

(аллювиальные alQ3)

пески

От 9,5 до 18,0

12,4

3. Нижнемеловые отложения

глины

340

0,001


Относительная отметка регионального водоупора 2,00 м.

На рисунке 1 строится геологический разрез по линии А─А, показанной на листе 1, в горизонтальном масштабе 1: 20000. Вертикальный масштаб 1: 200.


1.4 Гидрогеологические условия


Подземные воды образуют единый грунтовый поток, дренируемый рекой Волга и имеющий общую свободную депрессионную поверхность.

В буровой скважине №1 подземные воды скрыты на глубине 6,8 м от поверхности земли. Средний уклон поверхности грунтовых вод составляет 0,001.

Расход потока подземных вод со стороны водораздела, приходящийся на 1 м его ширины, определяется по формуле:

Q1 = ω×V = ω ×k×I = 1×H×k×I, (1)

где Q1 – расход подземных вод (м3/сут на 1 погонный метр);

k ─ коэффициент фильтрации (8,5 м3/сут);

I ─ уклон поверхности потока (0,001);

H ─ средняя глубина грунтового потока в пределах городской территории (6,88 м);

T1и Т2 – превышения УГВ над водоупором по границам защищаемой территории (м) (рисунок 2)

H = (Т12)/2 ,

H = (5,76+8,0)/2 = 6,88 м .

Q1 = 1×6,88×8,5×0,001 = 0,058 м3/сут на 1 п. м .



Поверхность земли


УГВ

2 Техногенные условия территории


2.1 Функциональное зонирование территории


В генеральном плане города предусматривается зонирование территории по ее организации и назначению: селитебная зона, промышленная зона, коммунально-складская зона, зона предприятий местной и пищевой промышленности, зона внешнего транспорта, прибрежная зона отдыха.

Зона промышленных предприятий располагается к востоку от селитебной территории и не оказывает прямого влияния на техногенные условия жилого района №1. Коммунально-складская зона и предприятия пищевой промышленности размещаются параллельно селитебной территории, в том числе и в жилом районе №1.

Баланс площадей территории района представлен в таблице 5:


Таблица 5 ─ Баланс площадей территории района

№ п/п

Вид использования территории

F, га

%




^ СЕЛИТЕБНАЯ ТЕРРИТОРИЯ

693,39

87,0

1

Жилая застройка

541,96

68,0

2

Участки общественных учреждений и предприятий обслуживания

35,86

4,5

3

Зеленые насаждения

43,84

5,5

4

Улицы, площади, дороги, автостоянки

67,75

8,5

5

Неиспользуемые земли

3,98

0,5




^ ПРОЧИЕ ТЕРРИТОРИИ

103,61

13,0

6

Промышленные предприятия

75,72

9,5

7

Коммунально-складские объекты

27,89

3,5




ВСЕГО

797

100


В условиях проектных границ территория района составляет 797 га. Из них селитебной территории 693,39 га, прочие неселитебные территории 103,61 га.

В настоящие время население рассматриваемого района 43835 человек, что соответствует плотности населения 55 чел/га (N = 55 чел/га ×797га).


2.2 Характеристики водообеспечения территории


Водоснабжение территории осуществляется от водозабора, расположенного на реке Волга. Вода подается в город насосной станцией второго подъема после очистки на очистных сооружениях. Норма водопотребления (М) на 1 человека 330 л/сут, которая распределяется следующим образом:

─ питьевая вода – 90 л/сут на 1 чел;

─ хозяйственная вода (холодная) – 170 л/сут на 1 чел;

─ хозяйственная вода (горячая) – 70 л/сут на 1 чел.

Расчетный среднесуточный расход питьевой и хозяйственной воды составит:

Q = N×M , (2)

где N ─ численность населения района (тыс. чел.);

M ─ норма водопотребления на 1 чел/сут ( л/сут).

Q = 43835×330 = 14500000 л/сут = 14500 м3/сут .

Водопроводные сети.

Общая протяженность водопроводных сетей LВ составит:

LВС = lВС×F , (3)

где lВС ─ удельная протяженность сетей (0,2 км/га);

F ─ площадь района (797 га).

LВ = 797×0,2 = 159,4 км =159400м;.

Общие утечки из сетей водоснабжения составят:

WВС = WВ×LВC , (4)

где WВ ─ удельные утечки из сетей водоснабжения (1,25×10-3 м3/сут на 1 пог. м сети);

LВC ─ общая протяженность водопроводных сетей в метрах.

WВС = 1,25×10-3×159400 = 199,3 м3/сут .

Утечки из водопроводных сетей в %-ах от величины водоподачи составляют:

WВС% = (WВС/Q)×100% , (5)

где WВС ─ общие утечки из сетей водоснабжения;

Q ─ расчетный среднесуточный расход питьевой и хозяйственной воды.

WВС% = (199,3/14500) ×100% = 1,4% .


Теплосети.

Общая протяженность теплопроводных сетей LТ составит:

LТ = lТ×F , (6)

где lТ ─ удельная протяженность сетей (0,25 км/га);

F ─ площадь района (797 га).

LТ = 797×0,25 = 199,25 км =199250м..

Общие утечки из сетей теплоснабжения составят:

wСТ = wТ×LТ , (7)

где wТ ─ удельные утечки из сетей теплоснабжения (1,25×10-3 м3/сут на 1 пог. м сети);

LТ ─ общая протяженность теплопроводных сетей в метрах.

wСТ = 1,25×10-3×199250 = 249,1 м3/сут .

Утечки из теплопроводных сетей в %-ах от величины теплоподачи составляют:

wСТ% = (wТВ/Q)×100% , (8)

где wСТ ─ общие утечки из сетей теплоснабжения;

Q ─ расчетный среднесуточный расход питьевой и хозяйственной воды.

wСТ% = (249,1/14500) ×100% = 1,7% .

Канализация.

Удельная протяженность канализационных сетей района составляет 0,15 км/га. Общая протяженность канализационных сетей LК составит:

LК = lК×F , (9)

где lК ─ удельная протяженность сетей (0,15 км/га);

F ─ площадь района (797 га).

LК = 797×0,15 = 119,55 км =119550м.

Общие утечки из сетей канализации составят:

wСК = wК×LК , (10)

где wК ─ удельные утечки из сетей канализации (1,5×10-3 м3/сут на 1 пог. м сети);

LК ─ общая протяженность канализационных сетей в метрах.

wСК = 1,5×10-3×119550 = 179,3 м3/сут .

Утечки из канализационных сетей в %-ах от величины водоподачи составляют:

wСК% = (wСК/Q)×100% , (11)

где wСК ─ общие утечки из сетей канализации;

Q ─ расчетный среднесуточный расход питьевой и хозяйственной воды.

wСК% = (179,3/14500)×100% = 1,2% .


Потеря воды при авариях рассчитываются на основании данных о количестве аварий на сетях коммуникаций и потерь воды при авариях. Приблизительно потери воды при авариях можно принять равными 0,1% от эксплуатационных потерь.

Характеристика системы водообеспечения территории приводится в таблице 6.


Таблица 6 ─ Характеристика водоснабжения территории

Характеристика

канализаций

^ НАИМЕНОВАНИЕ КОММУНИКАЦИЙ

Водопровод

Тепловые сети

Канализация

1. Удельная протяженность, км/га

0,2

0,25

0,15

2. Общая протяженность, км

159,4

199,25

119,55

3. Удельные утечки, м3/сут на 1 пог. м сети

1,25×10-3

1,25×10-3

1,5×10-3

4. Общие утечки, м3/сут

199,3

249,1

179,3

5. Утечки при авариях WАВ, м3/сут

0,199

0,249

0,179


Общие эксплуатационные и аварийные утечки из водонесущих коммуникаций составят:

WУТ = WСВ+WТВ+WКВ+WАВ , (12)

где WАВ ─ сумма утечек при авариях водопроводных, тепловых и канализационных сетей.

WУТ = 199,3+249,1+179,3+0,199+0,249+0,179=628,327 м3/сут;

WУТ = 628,327 м3/сут * 365 дней = 229339,4 м3/год.


2.3 Подтопление городской территории

Подтопление городской территории формируется под влиянием факторов природного и техногенного происхождения.

К природным относятся атмосферные осадки и поток грунтовых вод, поступающий со стороны водораздела. К техногенным можно отнести подпор грунтовых вод водохранилищем, утечки из водонесущих коммуникаций, полив зеленых насаждений, нарушение естественного оттока поверхностных вод, вызванное городской застройкой и неудовлетворительной работой дождевой канализации.

Для решения вопросов о возможном подтоплении территории грунтовыми водами и разработки защитных мероприятий выполняются расчеты подпора потока грунтовых вод водохранилищем (рисунок 3).

Расчет подпора грунтовых вод водохранилища выполняется при установившемся движение грунтовых вод со стороны водораздела по формуле:

y1 = √x/l1(h12-h22) + (h2+y2)2 -h1 ,



Рисунок 3 - Схема к расчету подпора грунтовых вод

Расчеты сводятся в таблицу 8


Таблица 8 ─ Расчет подпора грунтовых вод в водохранилище

x, м

l1, м

h1, м

h2, м

y2, м

y1, м

Отметка

кривой подпора, м

0

2200

6,2

4

9

6,80

15,00

300

2500

6,5

4

9

6,62

15,12

510

2710

6,71

4

9

6,50

15,21

820

3020

7,02

4

9

6,32

15,34

1090

3290

7,29

4

9

6,17

15,47

1240

3440

7,44

4

9

6,09

15,53

1480

3680

7,68

4

9

5,97

15,65

1800

4000

8

4

9

5,81

15,81



3 Водный баланс территории с оценкой инфильтрационного питания подземных вод

в условиях техногенных воздействий


Величина инфильтрационного питания за год рассчитывается по балансовому уравнению:

G = MОР×FОР+wУТС×((F-FПР×δПР)-FН×δН×β)-EC×FПР , (13)

где G ─ объем инфильтрационного питания грунтовых вод по всей территории района в тыс.м3/год;

MОР ─ оросительная норма зеленых насаждений м3/га в год (2000 м3/га);

FОР ─ площадь поливаемых зеленых насаждений в га;

wУТ ─ общие (эксплуатационные и аварийные) утечки из водонесущих коммуникаций в тыс.м3/год;

ОС ─ атмосферные осадки за расчетный год м3/га в год;

F ─ площадь территории в га;

FПР ─ общая площадь проницаемых поверхностей рассматриваемой поверхности в га (FН= FПР= 0,5×F);

FН ─ общая площадь непроницаемых поверхностей рассматриваемой поверхности в га;

δПР ─ коэффициент стока с проницаемых поверхностей (δПР=0,15);

δН ─ коэффициент стока с непроницаемых поверхностей (δН=0,85)

β ─ коэффициент учитывающий сток с непроницаемых поверхностей в дождевую канализацию (β=0,5);

EC ─ суммарное испарение с проницаемых поверхностей за расчетный год м3/га в год.

Общая площадь полива на территории жилого района составляет 50% от площади зеленых насаждений, т.е. 21,92 га.

Средневзвешенная оросительная норма принимается равной 2000 м3/га.

В качестве расчетного принимается год обеспеченности величины дефицита водного баланса р=3%, для которого OС =4200 м3/га, испарение с водной поверхности ЕО=6900 м3/га. Суммарное испарение с проницаемых поверхностей (зеленые насаждения) определяется по формуле:

, (14)

где ЕО – испарения с водной поверхности в м3/га;

кб – биологический коэффициент (0,8).

EС = 69000,8=5520 м3/га,

Результаты расчетов инфильтрационного питания в год при обеспеченности р=3% дефицита водного баланса представлены в таблице 8.


Таблица 8 Расчеты инфильтрационного питания

№ п/п

Составляющие

Величина тыс.м3/год

%

1

расчетные осадки ОС×((F-FПР×δПР)-FН×δН×β)

2385,0

89,73

2

поступления из водонесущих коммуникаций wУТ

229,3

8,63

3

поливные воды MОР×FОР

43,8

1,64




итого

2658,1

100

4

суммарное испарение -EC×FПР

-2199,7







всего G

458,4





Таким образом, осадки составляют 89,73 %, утечки из водонесущих коммуникаций - 8,63 %, поливные воды -1,64 %, на испарение и транспирацию тратится 82,75 % всех грунтовых вод.

Для дальнейших расчетов инфильтрационное питание представляется в виде интенсивности инфильтрационного питания

(15)

где Р – интенсивность инфильтрационного питания в м/сутки;

^ G – инфильтрационное питание (м3/год);

F – площадь района (м2);

T – число суток в году.

= 0,00158 м / сут.


4 Обоснование инженерной защиты городской территории от затопления и подтопления


Анализ природных и техногенных условий рассматриваемой территории показывает, что эта территория подвержена затоплению и подтоплению.

В состав намечаемых мероприятий по инженерной защите жилого района №1 входит:

  • обвалование оградительной дамбы

  • защита от притока поверхностных вод со стороны водораздела с помощью нагорного канала

  • организованный сбор и быстрый отвод поверхностных вод на защищаемой территории с помощью дождевой канализации

  • устройство защитного дренажа

  • перекачка поверхностных и дренажных вод за пределы обвалованной территории

от затопления и подтопления


4.1 Класс сооружений инженерной защиты и выбор расчетной обеспеченности

Классы сооружений инженерной защиты назначаются, как правило, не ниже классов защищаемых объектов в зависимости от их хозяйственной значимости.

Класс основных гидротехнических сооружений водоподпорного типа назначается в зависимости от высоты сооружения, от типа грунтов основания, социально-экономической ответственности и последствий возможных гидродинамических аварий [СНиП 33-01-2003, ст.5, пт.1].

Для селитебной территории с плотностью жилой застройки от 2100 до 2500 м2/га (в нашем случае она составляет 2200 м2/га) класс защитных сооружений назначается в зависимости от максимального расчетного напора на водоподпорные сооружения [СНиП 33-01-2003, таблица Б.3 – класс защитных сооружений].

Напор – это разница уровней перед сооружением и за сооружением, то есть разница уровней между НПУ (НПУ=15 м) и высотой основания дамбы обвалования (13м). Напор в нашем случае составляет 2м, что меньше 5 м. Следовательно, назначается III класс защитного сооружения [СНиП 33-01-2003, таблица Б.3 – класс защитных сооружений].

Высота сооружения (дамбы обвалования) 2 м, что меньше 5 м. Следовательно, назначается III класс защитного сооружения для любого типа грунтов основания [СНиП 33-01-2003, таблица Б.1 – класс основных гидротехнических сооружений в зависимости от их высоты и типа грунтов оснований].

Число постоянно проживающих людей, которые могут пострадать от аварии гидротехнических сооружений в нашем случае составляет менее 500 человек, число людей, условия жизнедеятельности которых могут быть нарушены при аварии гидротехнических сооружений - менее 2000 человек, размер возможного материального ущерба без учета убытков владельца гидротехнических сооружений – от 1 до 10 млн. МРОТ, территория распространения последствий аварии – пределы одного муниципального образования. Следовательно, назначается III класс защитного сооружения [СНиП 33-01-2003, таблица Б.4 – класс гидротехнических сооружений в зависимости от последствий возможных гидродинамических аварий].

Следовательно, класс сооружения - .

По классу сооружения и расчетному случаю назначается ежегодная вероятность Р,% превышения расчетных максимальных расходов воды [СНиП 33-01-2003, таблица 2 – ежегодные вероятности Р,%, превышения расчетных максимальных расходов воды]. В работе рассматривается основной расчётный случай. Для сооружения III класса для основного расчетного случая максимальный расход воды составляет 3%.


4.2 Проектирование дамбы обвалования


На защищаемой территории отсутствуют овраги и водотоки. Городская застройка расположена плотно, без разделения на независимые участки. В этих условиях принимается схема общего обвалования. По условиям работы выбирается незатопляемый тип дамбы.

Грунт для дамбы – супесь, берется из карьеров проектируемых в зоне затопленной береговой полосы. Дамба возводится путем отсыпки грунта и его уплотнением на месте механизмами.

Ширина дамбы по гребню назначается 4 м с учетом наличия проезжей дороги на гребне, служащей для наблюдения за дамбой и проведения ремонтных работ в процессе ее эксплуатации.

Заложение откосов дамб при напоре до 3 м назначаются с учетом физико-механических свойств грунтов [СНиП 2.06.03-85, пт.6.11, таблица 10]. В нашем случае заложение для верхового откоса m1=2,5; низового – m2 =2,5.

Для защиты низового откоса дамбы от разрушительного воздействия волн, льда, ветра, ливневых осадков и плавающих предметов осуществляется крепление каменной наброской; для защиты верхового откоса дамбы от разрушительного воздействия ветра и ливневых осадков осуществляется крепление одерновкой в клетку с посевом травы в клетках по слою растительной земли.

Превышение гребня дамбы над НПУ воды в водохранилище определяется по формуле:

, (16)

где Δhset - ветровой нагон воды (0,1 м);

а – конструктивный запас (а = 0,5 м) [СНиП 2.06.03-85, пт.6.5].

hrun1% - высота наката ветровых волн на откос обеспеченностью 1%, определяется по формуле:

, (17)

где к0 – эмпирической коэффициент, зависящий от типа крепления откоса (для каменной наброски к0=0,77);

α- угол наклона откоса к горизонту tg α=0,4;

С – расчетная высота волны (м), определяется по формуле:

, (18)

где Vв - расчетная скорость ветра (16 м/с);

^ L - длина разгона волны (3 км);

С=0,0208165/431/3=0,96 м,

hrun 1 % =3,2·0,77·0,96·0,4=0,95 м,

hS=0,95+0,1+0,5=1,55 м.

Высотная отметка гребня определяется по формуле:

Hгр=Hнпу+ hS (19)

Hгр = 15,0+1,55=16,55 м.

Высоту дамбы (Н) находят как разницу отметок гребня дамбы и земли:

Н=16,55-13,0=3,55 м.

Поперечный разрез дамбы представлен на рисунке 4.

Объём земляных работ определяем по формуле:


VЗ = L1×S+L2×S+L3×S,

. где L1, L2, L 3 ─ длины участков дамбы обвалования в метрах;

S ─ площадь поперечного сечения дамбы, равная 46,12 м2;

S = (4+21,9)×3,55 = 46,13 м2.

VЗ=1250××46,13+5100×46,13+×46,13×850=267554м3


4.3 Отвод поверхностных вод с защищаемой территории


При отводе поверхностного стока предусматриваются следующие мероприятия:

  1. предупреждение поступления на защищаемую территорию поверхностных вод со стороны водораздела;

  2. организация стока поверхностных / ливневых и талых вод непосредственно с защищаемой территории;

  3. устройство аккумулирующей емкости в целях уменьшения мощности насосных станций для перекачки поверхностных вод.

Для предупреждения поступления поверхностных вод на защищаемую территорию со стороны водораздела, устраиваются нагорные каналы. Собираемые нагорными каналами воды, самотеком отводятся за пределы защищаемой территории в водохранилище. Нагорным каналам придается трапецеидальная форма поперечного сечения. Ширина по дну канала не меньше 0,5 м (в нашем случае принимаем 0,6 м). Глубина канала определяется гидравлическим расчетом с учетом запаса на заиление (0,1 м) и превышения бровки над наивысшим горизонтом воды (0,3 м). Уклон дна канала принимается с учетом рельефа местности, от 0,0005 до 0,005.

Гидравлический расчет сечения нагорного канала в конце его рабочей части (ПК18+90).

Максимальный расход весеннего половодья определяется по формуле:

[2, с 13, формула 33] :

, (23)

где QB – максимальный расход весеннего половодья обеспеченности p=3% (м3/с);

^ А – площадь водосбора до расчетного сбора (км2).(А=0.84 км2).

А1 – дополнительная площадь водосбора учитывающая уменьшение редукции (для степной зоны принимается 10 км2);

k0 – параметр, характеризующий дружность весеннего половодья, (k0=0,017);

hр – расчетный слой суммарного весеннего стока, вероятности превышения обеспеченности р=3%, определяемый в зависимости от коэффициента вариации СV и коэффициента асимметрии СS, а также среднего многолетнего слоя весеннего стока. hр, определяется по таблице 10;

^ Таблица 10 Гидрологические характеристики водосборного бассейна

Область

h0, мм

СV при А>200 км2

Залесённость fл, %

р, при р=3%

q1%

Н1%, мм

Самарская

60

0,6

9

0,74

0,18

72


 - коэффициент учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов воды (для рассматриваемого случая при р=3% =0,97);

 - коэффициент, учитывающий влияние озер и водохранилищ;

1 – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в залесённых бассейнах;

^ 2 – коэффициент, учитывающий понижение максимального расхода воды в заболоченных бассейнах;

n – показатель степени редукции (для степной зоны n = 0,35).

В рассматриваемой зоне заозёренность и заболоченность небольшая, =1, 2=1.

Коэффициент 1 определяется по формуле:

, (25)

где fл – заселенность водосбора (доли /единицы).



Для перехода от среднемноголетнего слоя стока h0 обеспеченности р=50% к расчетному слою стока hp обеспеченности р=3% вводится коэффициент перехода kp (kp зависит от р=3% и СS)

CS=2CV (26)

(27)

kP – определяется по таблице 11.

Таблица 11 Значения коэффициента kp при СS=2СV и р=3%

С/V

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

kp

2,39

2,66

2,94

3,21

3,51

3,80


Для водосборных площадей менее 200 км2, в табличное значение коэффициента вариации СV вводится поправочный коэффициент,

, (28)

где - поправочный коэффициент (для площадей водосбора 0 – 50 км2 = 1,25).

С'V=1,25·0,6=0,75

В нашем случае kp=2,8.

hp=60·2,8=168 мм



Максимальный мгновенный расход воды дождевых паводков для водосборов менее 100 км2 определяется по эмпирической формуле [2, с.17, формула 48]:

, (29)

где Qло - максимальный расход воды дождевых паводков обеспеченности р = 3%, м3/с;

q1% - максимальный модуль стока вероятности – р = 1%, (q1% = 0,18);

 - сборный коэффициент стока, зависящий от характера грунтов водосбора, суточного слоя осадков, площади водосбора и уклона водосбора ( = 0,15);

H1% - максимальный суточный слой осадков в мм вероятности р = 1% определяемый по данным ближайшей метеостанции (H1%=72мм);

 - коэффициент, учитывающий влияние озер и водохранилищ (=1);

p - переходный коэффициент от вероятности превышения р = 1% к вероятности р = 3% (p = 0,74);

А - расчетная площадь водосбора, км2 (0,84 км2).

м/с3

Qло > QВ

При равномерном движении воды в канале расход Q м/с3 определяется по формуле Шези [4 с. 55, формула 1]:

, (30)

где - площадь живого сечения канала (м2);

С – коэффициент Шези (м1/2/с);

^ R – гидравлический радиус (м);

i – уклон канала.

Коэффициент Шези определяется по формуле:

, (31)

, (32)

где n – коэффициент шероховатости, (n=0,035) [4, с. 52, табл. 3].

,

где h – глубина воды в канале (м);

h – глубина канала (м).

Для определения глубины воды в канале:

  1. задаются различные значения глубин воды в канале;

  2. находят гидрологический радиус.

, (34)

где  - смоченный периметр;

 - площадь живого сечения.

Результаты сведены в таблицу 12.

Таблица 12 Определение глубины воды в канале

h, м

, м2

, м

R, м

y

С, м 1/2

i

Q, м/с3

Vм/с

0,50

0,68

2,40

0,28

0,3

19,5

0,0005

0,16




1,00

2,1

4,20

0,5

0,29

23,4

0,0005

0,78




1,50

4,2

6,0

0,7

0,28

25,8

0,0005

2,03




1,20

2,88

4,92

0,58

0,29

24,4

0,0005

1,21

0,42


Посчитав для разных значений глубины воды в канале расход Q, строим график, по которому определяем глубину воды для расхода Q=1,21 м3/с.

h=1,20 м.

м3

V=0,42 м/с, (0,3 м/с < 0,42 м/с < 1 м/с).



Поперечный разрез и продольный профиль рабочей части нагорного канала представлен на рисунке 5

Необходимо подсчитать объём земляных работ на рабочей части. Он считается как произведение площади сечения канала на его длину от ПК 0 до ПК 38

VЗем р К = .


4.4 Выбор схемы типа и конструкции защитного дренажа

На защищаемой территории жилого района города N с учетом рельефа местности, гидрогеологических условий, характера защиты (от затопления и подтопления), расположение защищаемой территории относительно от береговой линии водохранилища, в качестве расчетной применяется однолинейная схема защитного дренажа в виде береговой дрены [лист 1]; тип дренажа горизонтальный, по конструкции закрытый, трубчатый.


4.5 Фильтрационные расчеты защитного дренажа

Фильтрационные расчеты выполняются для:

  1. положения УГВ на защищаемых территориях при создании водохранилища;

  2. определение прогноза рационального расположения дренажа, его типа, заглубления и длинны;

  3. определение расходов дренажных вод подлежащих сбросу или перекачке.

Рассматриваемая плоская задача фильтрации в условиях установившегося движения береговой дрены несовершенного типа




Для определения расхода применяется формула С. Ф. Аверьянова, с поправкой, учитывающей инфильтрационное питание.

, (35)

, (36)

Q1 – расход грунтовых вод, поступающих со стороны водораздела (м3/сутки на 1 погонный метр);

, (37)

где lд – расстояние от дренажа до уреза воды на откосе;

, (38)

где m1, k1 – мощность (м) и коэффициент фильтрации (м/сутки) первого слоя соответственно;

m2, k2 – мощность (м) и коэффициент фильтрации (м/сутки) второго слоя соответственно.

m1=НПУ-Нос.д.+2=53,0-51,0+2=4 м;

m2= Нос.д-2-Водоупор=51,0-2-40,0=9 м.;

м

R = 40+24,74=64,74 м.

, (39)

где qР – расход воды поступающий в дрену за счет инфильтрационного питания (м3/сутки на 1 погонный метр);

^ F – площадь городской территории (м2);

Lд – длина дрены (м).

м3/сутки на 1 погонный метр,

Т2 – средняя мощность фильтрационного потока на участке от дрены до уреза водохранилища (м).

, (40)

^ H – превышение НПУ в водохранилище над водоупором (м);

h0 – превышение уровня воды в дрене над подошвой водоупора (м);

м3/сутки на 1 погонный метр.

Положение депрессионной кривой в сторону водораздела определяется по формуле С.Ф. Аверьянова:

, (41)

где k – коэффициент дренируемой толщи k=k23/сутки на 1 погонный метр);

d – диаметр дрены, принимается от 0,6 до 0,8 м (мы берём d= 0,8 м);

х – расстояние от дрены до расчетного сечения (м);

hх – искомая величина напора над водоупором в любой точке на расстоянии х от дрены (м).

, (42)

, (43)



, (44)

где Т1 – средняя мощность потока со стороны водораздела на участке от дренажа до расчетного сечения х (м).

В уравнении (41) не учтено влияние на положение депрессионной кривой инфильтрации грунтов, атмосферных осадков и хозяйственно-промышленных вод. Это влияние может быть учтено следующими зависимостями:

, (45)

где , (46)

(с учетом инфильтрации депрессионная кривая будет выше)

где h/х – ордината депрессионной кривой с учетом инфильтрации на расстоянии х от дрены (м);

^ Р – интенсивность инфильтрационного питания (м/сутки);

В – расстояние от дрены до границы области питания (м);

Т – мощность фильтрационного потока (м).

, (47)

В первом приближении глубину заложения дренажа можно принять от 3 до 4 метров (в рассматриваемом случае принимается равной 6,0 м).

Расчет положения депрессионной кривой сводиться в таблицу 13.

Таблица 13 Таблица к расчету депрессионной кривой при работе дренажа

х, м



х





(1+α1/ αх) Qх

(1+α1)кТ1)

hх, м

h/х, м

200

6,49

0,971

1,014

11,60

0,23

6,71

7,86

500

6,49

0,988

1,006

29,00

0,57

7,02

9,68

1100

6,49

0,995

1,003

63,80

1,25

7,58

12,61

1626

6,49

0,996

1,002

94,31

1,85

8,04

14,49

2004

6,49

0,997

1,001

116,23

2,28

8,34

15,44

2304

6,49

0,997

1,001

133,63

2,62

8,57

15,95

По данным таблицы 12 строится депрессионная кривая от дрены в сторону водораздела на гидрогеологическом разрезе (рис.1).

На рассматриваемой территории должна обеспечиваться норма осушения 2 метра. Норма осушения выполняется, следовательно, дренаж запроектирован правильно.

4.6 Проектирование дренажа в плане и вертикальной плоскости

Дренаж проектируетя в виде однолинейной горизонтальной дрены, прокладываемой параллельно дамбе обвалования в непосредственной близости от нее, на расстоянии 40 м от уреза воды водохранилища. Дренаж трубчатый несовершенного типа, общая протяженносмть его составляет 6340 м. Концевые участки дренажа в целях предупреждения обходной фильтрации пролены вдоль концевых учасков дамбы обвалования. По середине трассы дренажа предусматривается устройство перекачной насосной станции, которая разделяет его на две части Д1 и Д2, имеющих уклон в сторону насосной станции.

Насосная станция, предназначенная для перекачки дренажных и поверхностных вод, проектируется совершенного типа с подземной частью в виде железо-бетонного резервуара и надземной частью из кирпича. Подземная часть разделяется перегородкой на два отсека, для раздельного приема дренажных и ливневых вод. В плане насосная станция имеет круглую форму. По трассе дренажа предусматривается устройство смотровых колодцев которые устраиваются не реже 50-100 м ( в зависимости от диаметра дренажа) на прямолинейных участках, на каждом повороте и при изменении уклонов. Для отвода поверхностных вод предусматривается кювет у низового откоса дамбы. Примем, что глубина выемки 0,6 м и ширина по дну 0,4 м, заложение откосов 1:1,5.

По трассе дренажа показываются пикеты, нулевой пикет предусматривается у насосной станции. Уклон дрены принимается с учетом уклона поверхности земли по трассе дрены и с учетом минимальнодопустимых уклонов. Правильность выбора уклона проверяется гидравлическим расчетом из условий недопущения размыва и заиления.


4.7 Гидравлический расчет защитного дренажа

Гидравлический расчет трубчатого дренажа заключается в определении диаметров труб и глубины их наполнения водой. Расчет проводится по формулам равномерного движения и при безнапорном движении воды. При этом трубы рассматриваются как безнапорные, для которых коэффициент шероховатости n=0,0125.

Гидравлический расчет проводится по участкам. Расход в устье дрены расчитывается следующим образом:

, (47)

где Qрасч. – расход воды в устье (м3/с);

q – расход в дрене (м3/сут. на 1 погонный метр);

L – длина ветви дрены (м).

, (48)

где к - расходная характеристика (м3/с);

I – уклон.

F1(а)= Qрасч./ Qп; (49)

h/d должно быть от 0,7 до 0,9

V=F2(a)Vп; (50)

Vп= Qп/ω; (51)

Результаты сводятся в таблицу 14


Таблица 14 Результаты гидравлических расчетов дренажа

Расстояние от истока до расчетного сечения, м

Расчётный расход Q,

м3

Внутренний диаметр,

м

ω, м2

Площадь сечения

Относительное наполнение

h/d

Глубина воды h, м

V скорость течения м/с

830

0,079

0,4

0,12566

0,73

0,29

0,82

2000

0,190

0,6

0,28274

0,78

0,47

0,82

3200

0,303

0,7

0,38485

0,81

0,57

0,93

Трубы железо-бетонные, раструбные. Нормальные расчетные условия коэффициент шероховатости 0,0125. Стандартные диаметры труб в таблице15.

Таблица 15 Технические характеристики железобетонных безнапорных дренажных труб

Внутренний диаметр, мм

Внешний диаметр, мм

Длинна трубы, мм

400

500

5000

500

620

5000

600

720

5000

700

860

5000

800

960

5000

900

400

5000

1000

1200

5000

1200

1420

5000

1400

1620

5000

1600

1840

5000

Дренажные обсыпки в горизонтальных дренажах подбираются таким образом, чтобы частицы дренируемого грунта не кольматировали обсыпку и не вымывались в дренажную трубу. Кроме этого материал самих дренажных обсыпок не должен просыпаться в водоприемные отверстия труб. Диаметр круглых водоприёмных отверстий принимается диаметром 15 мм, толщина слоя фильтрационной обсыпки, исходя из условий производства работ не должна приниматься менее 15 см.

Продольный профиль дренажной ветви Д1, а также поперечное сечение береговой дрены Д1 на пикете 20 представлены на рисунке 7-8.


4.8 Определение параметров насосной станции и объема регулирующего резервуара

В целях удешевления строительства и эксплуатации защитных сооружений дренажная и водосточная сеть обслуживаются общей насосной станцией. Ливневые воды отличаются большими, но кратковременными расходами, кроме того, они несут много взвешенных твёрдых частиц, поэтому для их перекачки целесообразно установить специальные насосы, которые вступают в работу только в период ливней. В целях оптимизации режимов откачки при насосной станции предусматривается водосборный, регулирующий резервуар. Расчетный максимальный приток воды к насосной станции определяется по формуле:

Qнст=Qф+Qпов , (52)

где Qф - расход фильтрационных вод, отводимых береговой дреной (м3/с);

Qпов – расход поверхностных, дождевых вод (м3/с);

, (53)

где q – удельный расход береговой дрены м3/сут на 1 погонный метр;

Lд – длина береговой дрены.

м3/с,

Максимальные расходы дождевых вод определяются по методу предельных интенсивностей. Расчётную интенсивность дождя определяют по формуле:

; (54)

где n – показатель степени, определяемый по картам изолиний (для Поволжья n=0,66);

q20 – интенсивность дождя соответствующая его двадцатиминутной продолжительности, при повторяемости один раз в год, определяется по карте изолиний (для Самары q20=72 л/с с га);

^ С – климатический коэффициент (для Поволжья С=1);

Р – период однократного превышения расчетной интенсивности дождя (Р=0,5);

t – расчетная продолжительность дождя, равная продолжительности протекания поверхностных вод по поверхности и трубам до расчетного участка (t=60 мин.).

л/с с га

При водосбросных площадях, превышающих 200 га, в полученные значения вводится понижающий коэффициент, учитывающий неравномерность интенсивности дождя по площади, к=0,7

, (55)

qd=0,7·24,37=17,06 л/с с га

Расход дождевых вод определяется по формуле:

, (56)

где ^ F – расчетная площадь стока (га);

ср -среднее значение коэффициента стока (ср=0,27);

Qпов=17,06·0,27·765=3784,8 л/с.

Расход фильтрационных вод, отводимых береговой дреной в несколько раз меньше, чем расход поверхностных дождевых вод, поэтому для перекачки фильтрационных вод предусматривается отдельный насос, расход которого определяется по формуле:

, (57)

где n – коэффициент использования суточного времени (n = 0,9).

м3

Для перекачки дождевых вод предусматриваются специальные насосы. Для снижения мощности насосной станции и выравнивания режима ее работы, при насосной станции предусматривается водосбросный регулирующий резервуар. Полезный объём регулирующего резервуара определяется по формуле Ю. А. Юшкаускаса:

, (58)

где ^ Qнп – расчетная подача насоса (м3/с);

tц – наименьшая продолжительности цикла работы насоса (с), (tц = 3600 с).

Таблица 16 Зависимость количества насосов от расхода поверхностных вод

Расход, м3

Число насосов N, штук

1,5

2

2-3

3

Более 3

4

В нашем случае Qпов=3,78 м3/с, следовательно N=4 (используя таб.16). Тогда с учетом коэффициента использования суточного времени насосом, расход одного насоса определяется по формуле:

, (59)

Qнп=3,78/(0,9·4)=1,05 м3

Wр=0,25·3600·1,05=945 м3

Тогда трансформированный расчетный расход насосов, перекачивающих поверхностные дождевые воды, с учетом наличия регулирующего резервуара определяется по формуле:

, (60)

где Qпов – расчетный расход стока (м3/с);

Wр – регулирующая емкость резервуара (м3);

Wс – объем стока (м3), определяемый по формуле:

, (61)

где t – расчетная продолжительность дождя (3600 с).

Wс=3,78·3600=13608 м3



Насосы, перекачивающие через дамбу в водохранилище фильтрационные воды, отводимые береговой дреной, должны создавать напор:

, (62)

где ОГД – отметка гребня дамбы (м);

ОК – отметка дна водопроводного колодца береговой дрены, принимается на 1 м глубже низа трубы береговой дрены (м).

Ннф=54,43-46,40=8,03 м.

Насосы, перекачивающие поверхностные дождевые воды должны иметь напор:

, (63)

где ОГД – отметка гребня дамбы (м);

ОР – отметка дна регулирующего резервуара, равна отметке дна водопроводного колодца (м).

Ннп=54,43-46,40=8,03 м. Тогда Ннп=Ннф

Заключение

Комплекс мероприятий инженерной защиты территории от затопления и подтопления, содержит как инженерно-технические, так и организационные мероприятия.

  1. В качестве основного мероприятия инженерной защиты городской территории от затопления предусматривается дамба обвалования незатопляемого типа, проходящая по отметке со стороны нижней границы защищаемой территории. Ширина дамбы по гребню принята равной 5 метров. Отметка гребня дамбы выше горизонта воды в водохранилище на 1,43 м и равна 54,43 м. Заложение откосов 1:2,5. Общая длина дамбы составляет 7200 м. Объём земляных работ составил около 268 тыс. м3.

  2. Организованный сбор и быстрый отвод поверхностных вод. Для предупреждения поступления на защищаемую территорию поверхностных вод со стороны водораздела устраиваются нагорные каналы. Предусматривается 1 ветвь канала длиной 3800 м. Заложение откосов канала 1:1,5, глубина каналов 1,6 м, ширина по дну канала 0,6 м. Объём земляных работ по рабочей части составил около 18 тыс. м3. Для организации стока поверхностных, ливневых и талых вод, на защищаемой территории проектируется водосточная сеть.

  3. Для защиты городской территории от подтопления грунтовыми водами, проектируется береговой горизонтальный дренаж. Дрена располагается вблизи дамбы обвалования (на расстоянии 40 м от уреза воды в водохранилище) и перехватывает поток грунтовых вод со стороны водораздела и воды, фильтрующийся из водохранилища в сторону защищаемой территории. Протяженность береговой дрены составляет 6340 м, уклоны 0,001 – 0,0035, диаметр труб 400 – 700 мм, минимальная глубина заложения дренажа – 5,0 м. Береговая дрена проектируется из железобетонных труб с круглыми водоприёмными отверстиями, диаметром 15 см.

  4. К организационным мероприятиям относят: сокращение эксплуатационных и аварийных потерь из водонесущих коммуникаций, нормирование поливов зеленых насаждений и приусадебных участках.

Предлагаемый состав и параметры инженерных мероприятий обеспечивают защиту от затопления водами водохранилища и понижение УГВ до требуемой величины на всей рассматриваемой территории.


Библиографический список

  1. СНиП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения 2004-01-01

  2. СНиП 2.06.03-85 Мелиоративные системы и сооружения 1985-12-17

  3. СНиП 2.08.03-85 Мелиоративные системы и сооружения/Госстрой СССР. — М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1986. с 1 июля 1986 г.



  4. СТП ННГАСУ 1-2-98. Стандарт предприятия. Система студенческой проектной документации. Титульный лист. – Н.Новгород. : Изд-во ННГАСУ, 1998.

  5. СНиП 2.01.14 – 83 Определение расчетных гидрологических характеристик

  6. СНиП 2.06.15 – 85 Инженерная защита территории от затопления и подтопления

  7. СНиП 2.06.03 – 85* Мелиоративные системы и сооружения.

  8. СНиП 2.06.01– 86 Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования.

  9. СНиП 2.06.05 – 84 Плотины из грунтовых материалов.

  10. СНиП 2.04.02 – 84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.

  11. СНиП 2.04.03 – 85 Канализация. Наружные сети и сооружения.

  12. По гидравлическим расчетам [Текст]: справочник / П. Г. Киселёв, А. Д. Альтикуль, Л. В. Данильченко [и др.]; под ред. П. Г. Киселёва. – М.: Энергия, 1974. – 312 с.









Скачать файл (469 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации