Проектирование противоэрозионной инженерно-биологической системы водосбора

        В  соответствии  с тем что высота  гидротехнических  сооружений  менее 5 м, в соответствии  с приложением 1[2], гидротехнические сооружения нашей работы можно отнести к третьему классу капитальности. Для основного расчетного случая и третьего класса сооружений расчетная вероятность превышения (обеспеченность) расчетных максимальных расходов воды составляет 3%. 

      

      

      4.2 Проектирование дамбы обвалования 

        Для защиты территорий от затопления, в данной  работе, в  соответствии  с  отсутствием  водотоков  и  плотной  городской  застройкой, примем схему общего обвалования. Она характеризуется устройством одной дамбы, полностью отгораживающей всю территорию от водохранилища. По условиям работы выбираем незатопляемый тип дамбы обвалования, т.к. она служит для постоянной защиты территории от затопления.

        Дамбу возведем путем отсыпки грунта и его уплотнения на месте, грунт для дамбы возьмем из карьеров в зоне затопляемой береговой полосы. Грунт  для  дамбы – суглинок  берётся  из  карьера  в  зоне  затопляемой  береговой  полосы. Ширину дамбы по гребню назначаем равной 5м с учетом наличия проезжей дороги на гребне, которая служит для наблюдения за дамбой и проведения ремонтных работ в процессе ее эксплуатации.

         Коэффициенты заложения откосов, в соответствии  с таблицей  7 [3],     назначим m₁=2,5  и m₂=2,5 соответственно  для верхового и низового  откосов.

         Защиту откосов дамбы от разрушающего  воздействия волнобоя, льда, дождя  осуществляем путем укрепления  защитной одеждой. Верховой откос в  соответствии  с  наличием  вблизи  строительства  дамбы каменоломного карьера защищаем покрытием в виде каменой наброски; низовой откос  укрепляется  одерновкой.

           Превышение гребня дамбы над  расчетным горизонтом воды в водохранилище:

      h=h_H+ h+a                                                   (4.1)

      где h_H –высота наката ветровых волн расчетной обеспеченности на откос, м

       h -ветровой нагон, принимаем h =0,2м

      а – конструктивный запас возвышение гребня дамбы,

        а=0,5м.

      Высота  наката волны на откос определим  по формуле:

      h_H = 3,2*K₀*C*tga,                                            (4.2)

      где K₀–эмпирический коэффициент, зависящий от типа крепления откоса

      

      K₀= 0,77

      α – угол наклона откоса к горизонту, tgα = 1/m, где m₁ - коэффициент заложения откоса = 0.4

      С – расчетная высота волны, м.

      Расчетная высота волны определяем по формуле:

      С=0,0208*Vв^5/4*L^1/3                                                                 (4.3)

      где Vв - расчетная скорость ветра, Vв =15м/с

      L - длина разгона волны, примем

      L= 3км

      С=0,0208*15^5/4*3^1/3=0,61 м

      h_H =3,2*0,77*0,61*0,4=0,63 м

      h=0,63+0,2+0,5=1,33 м

      Максимальный  расчетный горизонт воды в водохранилище  при НПУ соответствует отметке 40,00 м, т.о. высотная отметка гребня дамбы равна:

      

ГД= НПУ+h = 40+1,33 = 41,33 м

           Трассу обвалования проектируем  по горизонтали поверхности земли 38,0 м, следовательно, высота дамбы равна

      Н=

ГД- ПЗ = 41,33-38,0 = 3,33 м 

         4.3 Отвод поверхностных вод с защищаемой территории 

      При защите территории от затопления большое  значение имеет правильная организация  поверхностного стока. При решении  этого вопроса необходимо предусмотреть следующие мероприятия:

      а) предупреждать поступление на защищаемую территорию поверхностных вод со стороны водораздела;

      б) организовать сток поверхностных (ливневых и талых) вод непосредственно  на самой защищаемой территории;

      в) устраивать аккумулирующие емкости в целях снижения мощностей насосных станций для перекачки поверхностных вод.

           Для предупреждения поступления поверхностных вод на защищаемую территорию со стороны водораздела устраиваем нагорные каналы, перехватывающие сток этих вод. Нагорные каналы, как правило, устраиваются вне защищаемой территории со стороны верхней ее границы. Они делаются  без резких  изломов и поворотов, так как в таких местах  происходит  интенсивное отложение наносов. Вода, собираемая  нагорными  каналами, должна  отводится  за  пределы  защищаемой  территории  и  сбрасываться  в  водохранилище.

           Нагорным каналам придается трапецеидальная  форма поперечного сечения. Ширина по дну зависит от ожидаемого расхода воды. Глубина каналов определяется из гидравлических расчетов с учетом запаса на заиление 0,1 м и превышения бровки канала над наивысшем горизонтом воды 0,25м.

           Заложение откосов каналов зависит  от типа грунта и глубины  каналов и равняется m = 2. Откосы каналов засеивают травами, грунт выемки размещают только на низовой стороне, чтобы не затруднять поступление воды в каналы. Скорость  течения воды  в нагорных  каналах не  должна  превышать предельно допустимой  величины  для данного грунта, в противном случае  предусматривается  крепление  откосов  и  дна.

           Выполним гидравлический расчет  сечения нагорного канала. Для  этого сначала гидрологическими  расчетами определим расчетный  максимальный расход воды весеннего  половодья  в данном сечении по формуле:

      

                                            (4.5)

      где Q_в – максимальный расход весеннего половодья обеспеченности р=3% м³/с;

      А – площадь водосбора до расчетного створа, км²

      А₁ – дополнительная площадь водосбора, учитывающая снижение редукции;

      А₁= 2 км², (для  лесостепной  зоны, в  соответствии с  таблицей  10 [4]);

      К₀- параметр, характеризующий дружность весеннего половодья, зависит от категории рельефа;

      К₀= 0,017 (для второй  категории рельефа [4] );

      hp – расчетный слой суммарного весеннего стока вероятности превышения р-3%, определяемый в зависимости от коэффициента вариации Сv = 0,6 и коэффициента ассиметрии Сs = 1,0, а также среднего многолетнего слоя весеннего стока, принятого по  таблице 10  [2],  h0= 20  мм);

       -коэффициент, учитывающий неравенство статических параметров слоя стока и максимальных расходов;

       = 0,97 (принимаем при р=3%  для лесостепной зоны, по  таблице 9  [4] );

      δ –коэффициент, учитывающий  влияние  озёр  и  водохранилищ;

      δ = 1(Так как в  рассматриваемой  зоне  нет  озёр и водохранилищ );

      δ1 – коэффициент, учитывающий снижение  максимального расхода воды  в залесённых  бассейнах;

                                             δ1=   ,                                                 (4.6)

      где f_л – залесенность водосбора, %   

      f_л =9% (по  природным условиям  данного района);

      δ1=

=0,99;

      δ2 – коэффициент, учитывающий снижение  максимального расхода воды  в заболоченных  бассейнах;

      δ2 = 1 (Так как в рассматриваемой зоне  нет болот);

      

      n – показатель степени редукции;

      n=0,35 (для лесостепной зоны, по  таблице 10 [4]).

           Для перехода от среднего многолетнего  слоя стока h₀  обеспеченности 50% к расчетному слою стока h_р обеспеченности 3% вводится коэффициент перехода Кр3%. величина которого зависит от р% и Сs.

      Кр3% = 3,21; (принимаем по таблице 11 [1]);

      Зависимость  для  определения  hp имеет вид:

      hр3%= h0*Kр3% мм;                                            (4.7)

      hр3%= 90 * 3,21 = 288,9 мм;

      Площадь А принимаем  в  зависимости  от  площади  защищаемой  территории  F  и определяем  по  формуле:

      А=F*К                                                      (4.8)

      где  К – принимается  по  заданию  0,5.  

      А= 988*0,5 = 494га = 4,94 км²

      При  подстановке  найденных  значений параметров  в  формулу  (4.5), можно определить:

      

9,02 м³/сут

      Максимальные  мгновенные расходы воды дождевых паводков  для водосборов с площадями менее 100 км² определяем в соответствии со СНиП 2.01.14-83 по эмпирической формуле

      Q_ло= q_1%* *H_1%* _3%*А                                  (4.6)

      где Q_ло - максимальный расход воды дождевых паводков обеспеченности р%, м³/сут

      q_1% – максимальный модуль стока вероятности превышения р=1%, выраженный  в  долях. 

      q1% = 0,14, (принимаем в зависимости  от гидроморфической характеристики русла приложение  2  таблица 9 [4]);

      H_1%-максимальный суточный слой осадков вероятности превышения р=1%;

      H_1% = 130 мм, (принимаем по таблице 10 [2]);