Методические указания к решению задачи № 2.4

Водосливом называют преграду на пути потока (стенка, перегораживающая канал), через которую переливается жидкость. Такая преграда может служить для измерения расхода по уровню жидкости, устанавливающемуся над ней (напор на водосливе). Различают затопленные и незатопленные водосливы. Если уровень ниже водослива (глубина в нижнем бьефе hнб) не влияет на истечение через водослив, то водослив будет незатопленным, а если влияет, то затопленным.

Основная расчетная формула для определения расхода через водосливы всех типов с прямоугольной формой отверстия

где m - коэффициент расхода водослива, зависящий от его типа, формы, размеров и условий работы; b - ширина водослива; Н - напор на водосливе; σс - коэффициент сжатия; σз - коэффициент затопления.

Для прямоугольного незатопленного водослива с тонкой стенкой без бокового сжатия коэффициент расхода можно найти по формуле Базена

Приближенно можно принимать m=0,42.

По условиям задачи используется водослива с тонкой стенкой без бокового сжатия, поэтому σс=1.

Величину коэффициент затопления σз определяют по формуле

Необходимым условием затопления является превышение уровня нижнего бьефа над гребнем водослива. Однако это условие необходимое, но недостаточное. Вопрос о достаточности этого условия для затопления решается в зависимости от величины относительного перепада Z/P по сравнению с критическим значением этого перепада (Z/P)кр.

При Z/P>(Z/P)кр водослив не затоплен; при Z/P<(Z/P)кр водослив затоплен и при Z/P=(Z/P)кр имеет место критическое состояние, которое является неустойчивым.

При 0,30

Решение.

1. Определим условия затопления.

1.1. Необходимое условие затопления:

hнб=1,2м>Р=1,0 м – условие выполняется.

1.2. Достаточное условие затопления:

Величина относительного перепада Z/P при заданных условиях водослива будет равна

Т.к. 0,30

следовательно водослив затоплен.

2. Определим коэффициент затопления.

При заданных условиях водослива:

hп=hнб-Р=1,2-1=0,2 м; Z=H+Р-hнб=0,65+1-1,2=0,45 м

3. Определяем расход воды в канале.

При заданных условиях водослива m=0,42, b=2 м; H=0,65 м; σс=1; σз=0,966

Ответ:

Q=1,88 м3/с.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 3

Тема: «ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРУБЧАТЫХ КОЛОДЦЕВ И ДРЕНАЖЕЙ»

Задача № 3.1

Расчет трубчатого колодца

Задание

Провести расчет одиночного совершенного трубчатого колодца.

Требуется определить:

1. Приток (дебит) безнапорных вод к трубчатому колодцу (рис. 3.1.1), если диаметр скважины d0, мощность водоносного слоя Н0, допустимая глубина откачки S. Грунт - среднезернистые пески (коэффициент фильтрации k=0,01 см/с).

2. Какое количество воды может принять этот же колодец, если его использовать как поглощающий с доведением глубины воды в нем до h0 (рис. 3.1.2)?



Исходные данные:

Диаметр скважины d0=0,2 м, мощность водоносного слоя Н0=8 м, допустимая глубина откачки S=2 м, глубины воды в поглощающемколодце h0=12 м; грунт – среднезернистые пески, коэффициент фильтрации k=0,01 см/с=0,0001 м/с.

Рис. 3.1.1

Рис. 3.1.2

Методические указания к решению задачи № 3.1

Совершенным называется колодец, пробуренный до водоупора. При откачке воды из колодца глубина в нем будет понижаться. Через некоторое время в колодце установится постоянная глубина h0, а движение фильтрационного потока к колодцу станет установившемся, т.е. приток к колодцу Q будет равен величине откачки.

Приток воды или откачка определяется по формуле

где k - коэффициент фильтрации, зависящий от рода грунта; Н0 - мощность водоносного слоя; h0=H0-S - глубина воды в колодце; S - снижение уровня воды в колодце (глубина откачки); R - радиус влияния колодца; r0 - радиус трубчатого колодца.

Радиус влияния колодца R, м, можно определить по эмпирической формуле Зихарда

где S=H0-h0 - снижение уровня воды в колодце, м (глубина откачки); k - коэффициент фильтрации, м/с.

Поглощающая способность колодца определяется по формуле

Решение

1. Определяем радиус влияния скважины

2. Определяем приток воды к скважине (дебит скважины).

При заданных условиях h0=H0-S=8-2=6 м, r0=d/2=0,2/2=0,1 м

3. Определяем поглощающую способность колодца

Ответ:

1. Приток воды к скважине (дебит скважины) составит Q=1,37 л/с;

2. Поглощающая способность колодца составит Q=3,9 л/с.

Задача 3.2

Задание:

Для перехвата грунтовых вод с целью защиты от подтопления заглубленных сооружений, возводимых на заданном участке местности, предусматриватся устройство головного дренажа.

Определить удельный и суммарный фильтрационные расходы, произвести гидравлический расчет дрены и определить время, потребное для осушения местности в пределах полосы действия дрены.

Исходные данные:

Отметка поверхности земли (в створе дрены) - Ñ1 = 140,0 м

Отметка уровня грунтовых вод (в створе дрены) - ÑУГВ = 139,6 м.

Отметка водоупора (в створе дрены) - Ñ2 = 136,0 м.

Отметка дна начала дрены - Ñ0 = 136,0 м.

Диаметр дрены d - определить.

Длина дрены - l = 150 м.

Грунт - песок среднезернистый.

Коэффициент фильтрации - K = 15,0 м/сутки.

Коэффициент водоотдачи - m = 0,20.

Решение

Расстояние от низа дрены до водоупора

T = Ñ0 - Ñ2 =136,0 –136,0 = 0 м.

Вывод: дрена совершенна (располагается на водоупоре).

Высота непониженного уровня грунтовых вод

H = ÑУГВ - Ñ2 = 139,6 – 136,0 = 3,6 м.

В первом приближении принимаем диаметр дрены d = 200 мм, глубину воды в дрене

Перепадом уровней у дрены пренебрегаем Dh = 0.

Требуемое понижение уровня грунтовых вод у дрены

Радиус влияния дрены (формула (2))

Удельный расход фильтрационных вод (при одностороннем притоке)

Суммарный фильтрационный расход в конце дрены

Формулу для времени, потребного для осушения местности в пределах полосы действия дрены, получаем из формулы К.Лембке

откуда

где Ha – средняя мощность осушаемой зоны

м.

Гидравлический расчет дрены

Расход определяется по формуле Шези

Площадь живого сечения потока

Гидравлический радиус

м.

Коэффициент Шези по формуле Маннинга

Коэффициент шероховатости для полиэтиленовых труб n = 0,0086

Во избежание затопления трубы ее продольный уклон в минеральных грунтах должен быть не менее 0,0005 (стр. 29). Принимаем Io = 0,001 (заглубление трубы относительно верхнего конца на длине l = 150 м – 0,15 м). Тогда пропускная способность трубы составит:

При диаметре дрены d = 150 мм расчетный расход воды в дрене (285 м3/с) практически не изменится.

Расчет пропускной способности трубы

м.

м1/2/c.

Окончательно принимаем d = 150 мм, Io = 0,001.

Задача 3.3

Задание:

Для защиты от подтопления подвала сооружения, имеющего в плане вид прямоугольника, предусматривается устройство кольцевого дренажа.

Определить удельный и суммарный фильтрационные расходы, произвести гидравлический расчет дрены и построить кривую депрессии по внешним границам кольцевого дренажа.

Исходные данные:

Отметка поверхности земли - Ñ1 = 240,0 м.

Отметка уровня грунтовых вод - ÑУГВ = 239,0 м.

Отметка водоупора - Ñ2 =220,0 м.

Размеры сооружения в плане:

- длина - l = 30 м;

- ширина - b = 12 м.

Грунт участка местности - супесь.

Коэффициент фильтрации - K = 0,3 м/сутки.

Диаметр дрены - d = 0,10 м.

Решение

Мощность водоносного слоя

H = ÑУГВ - Ñ2 =239,0 –220,0 = 19,0 м.

Принимаем отметку заложения низа дрены (в верхней точке А) Ñ = 236,0 м (4 м ниже поверхности земли).

Понижение уровня грунтовых вод у дрены

Глубина погружения дрены от уровня грунтовых вод

Радиус влияния дрены

Удельный расход дрены (радиус дрены r = d/2 =0,05 м):

Общий расход в конце дрены

Q = q(l1 + l2) = 0,209(b + 2×2 + l + 2×2) = 0,209(12 + 30 + 8) = 10,45 м3/сутки.

Гидравлический расчет дрены

Расход определяем по формуле Шези

Принимаем уклон дрены I0 = 0,001 (см. задачу № 1).

По таблице для асбоцементных труб коэффициент шероховатости n = 0,0092.

Площадь живого сечения потока

Гидравлический радиус

Коэффициент Шези

Пропускная способность дрены

Окончательно принимаем (конструктивно) диаметр дрены d = 100 мм.

Определение ординат кривой депрессии и ее абсолютных отметок

Ординаты кривой депрессии определяем по формуле (9) или по упрощенному уравнению (40), отсчитывая ординаты от уровня воды в дрене.

H = S0 = 2,95 м.

Расчет производим в табличной форме.

x Абс. отм. кривой депрессии, м Ñ + 0,05 + Z= = 236,05 + Z
0,1754 0,419 1,26 – 0,05 = 1,21 1,24 237,3
0,3509 0,592 1,78 – 0,05 = 1,73 1,75 237,8
0,5263 0,725 2,18 – 0,05 = 2,13 2,14 238.2
0,7018 0,838 2,51 – 0,05 = 2,46 2,47 238,5
0,8772 0,937 2,82 – 0,05 = 2,76 2,76 238,8
5,7 3,00 – 0,05 = 2,95 2,95 239,0

5,7
x м
Z м

Приложение 1

Предельные расходы Q, л/с и скорости v, м/с в водопроводных трубах

Диаметр условного прохода D (мм) Трубы
Стальные Чугунные
Q v Q v
11,7 1,15 9,4 1,15
16,6 1,19 15,0 1,18
21,8 1,12 25,3 1,40
29,2 1,30 - -
46,0 1,34 45,8 1,42
71,0 1,34 73,5 1,46
1,35 1,48
1,35 1,53
1,36 1,56

Приложение 2

Удельные сопротивления S0, с2/м6 и расходные характеристики К, м3/с для бывших в эксплуатации водопроводных труб при скорости v 1,2 м/с

Диаметр условного прохода D ( мм ) Трубы
Стальные Чугунные
S0кв Ккв S0кв Ккв
0,076 0,0565
76,4 0,114 96,7 0,102
30,65 0,181 37,1 0,164
20,8 0,219 - -
6,96 0,379 8,09 0,352
2,19 0,675 2,53 0,628
0,85 1,085 0,95 1,097
0,373 1,637 0,437 1,512
0,191 2,288 0,219 2,14

Приложение 3

Значение поправочного коэффициента К1 в зависимости от средней скорости движения потока v

v, м/с 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60
K1 1,41 1,33 1,28 1,24 1,20 1,175 1,15 1,13 1,115
v, м/с 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 1,00 1,10 1,20
K1 1,10 1,085 1,07 1,06 1,05 1,04 1,03 1,015 1,00

Приложение 4

Коэффициент сопротивления всасывающих клапанов с сеткой

d, мм
ξкл 8,5 5,2 4,4

Приложение 5

Значения модулей расхода Кп и скорости Wп для труб круглого сечения, вычисленные по формуле Маннинга (при n=0,013 )

d, м 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,2 1,4 1,5
Kn, л/с
Wn, м/с 13,68 16,57 19,23 21,77 24,07 26,31 30,53 34,47 38,2

Приложение 6

Допустимые наименьшие скорости vmin для бытовых сточных вод при наибольшем расчетном наполнении труб диаметром d

d, мм 150-250 300-400 450-500 600-800 900-1200 130-150
vmin, м/с 0,7 0,8 0,9 1,0 1,15 1,3

Приложение 7

Допустимое наполнение трубопроводов h/d в зависимости

от диаметров труб d

d, мм 150-300 350-450 500-900 >900
h/d 0,6 0,7 0,75 0,8




2185600671999473.html
2185676558049582.html
    PR.RU™