Hydraulika i hydrologiawste/HiH_zaoczne/01cw.pdfHydraulika i hydrologia ćwiczenia Zad.3–Ustalićpołożenie krzywej depresji i wydatek w zaporze z rdzeniem i z drenażem, posadowionej

Zad.1 – Sprawdzić możliwość wyparcia filtracyjnego gruntu w dnie wykopu i oszacować wielkość dopływu wody do wykopu o wymiarach w planie 10 x 10 m.

Hydraulika i hydrologiaćwiczenia

8,00

6,00

4,00

-1,00

Piaskiśrednioziarnistek = 0,0004 m/s


Zad.2 – Ustalić położenie krzywej depresji i wydatek w zaporze jednorodnej (bez uszczelnienia) z drenażem, posadowionej na podłożu nieprzepuszczalnym.

Dane:

- współczynnik filtracji gruntu w korpusie zapory kz=2 m/dobę,

- długość zapory L=1 km,

- położenie wody dolnej h2=0 m


Przebieg krzywej depresji w zaporze jednorodnej z drenażem posadowionej na podłożu nieprzepuszczalnym


Zad.3 – Ustalić położenie krzywej depresji i wydatek w zaporze z rdzeniem i z drenażem, posadowionej na podłożu nieprzepuszczalnym.

Dane:

- współczynnik filtracji gruntu w korpusie zapory kz=2 m/dobę,-

- współczynnik filtracji rdzenia kr = 0,08 m/dobę,


- grubość rdzenia w koronie 1=2 m, w podstawie 2= 5 m,



Ustalenie położenia krzywej depresji w zaporze z rdzeniem (kz < 100kr) posadowionej na podłożu nieprzepuszczalnym

Zad.4 – Ustalić położenie krzywej depresji i wydatek w zaporze z rdzeniem i z drenażem, posadowionej na podłożu nieprzepuszczalnym.

Dane:

- współczynnik filtracji gruntu w korpusie zapory kz=2 m/dobę,-

- współczynnik filtracji rdzenia – ił – kr = 10-3 m/dobę,


- grubość rdzenia w koronie 1=2 m, w podstawie 2= 5 m,




Zadanie – Zbiornik retencyjno-wsiąkowy.

• Herbert Dreiseitl, Wolfgang Geiger - Nowe sposoby odprowadzania wód deszczowych, Oficyna Wydawnicza Projprzem-EKO, Bydgoszcz 1999,

• Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie. Dz.U. Nr 43/1999, poz. 430,

• Roman Edel – Odwodnienie dróg, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2000,

• Zalecenia projektowania, budowy i utrzymania odwodnienia drogowych konstrukcji oporowych, Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad, Warszawa 2009



Metoda granicznych natężeń deszczu. Wiadomości wstępne.

Zlewnię określa się na podstawie topografii obszaru, z którego spływawoda pochodząca z opadów atmosferycznych. Obszar zlewni jest zwykleodnoszony do istniejącego na jej terenie cieku. Zlewnią może być także obszarprzyporządkowany odcinkowi drogi, budowli inżynierskiej, na przykładmostowi, przepustowi lub konstrukcji oporowej. Dlatego wyróżnia się zlewniędrogi, mostu, przepustu, konstrukcji oporowej.

Każdą zlewnię (w tym również zlewnię cząstkową) charakteryzują trzy podstawowe parametry:• powierzchnia (F),• współczynnik spływu (ψ),• współczynnik opóźnienia odpływu (φ).


Wyznaczanie zlewni. Zlewnię wyznacza się z mapy topograficznej, najlepiej w skali 1:1000. Granice zlewni określa sięanalizując na mapie spływy wód powierzchniowych (przyjmowane prostopadle do warstwic). Po naniesieniu granicy zlewni na mapę, oblicza się jej powierzchnięoraz przyjmuje współczynniki spływu i opóźnienia odpływu.


Współczynnik spływu jest stosunkiem ilości wody deszczowej, któraodpływa po powierzchni zlewni do ilości, która spadła na tę powierzchnię.

Wartość współczynnika spływu zależy od szeregu czynników, z którychnajważniejszymi są:- sposób zagospodarowania powierzchni zlewni,- wielkość nachylenia jej powierzchni (podłużnego spadku terenu),- przepuszczalnośćwierzchnich warstw gruntu.

Współczynnik spływu - charakteryzuje każdą zlewnię, wyraża stosunek ilości wody deszczowej, która spłynie z danej powierzchni do ilości wody, która spadła na tę powierzchnię.


WspWspóółłczynnik spczynnik spłływuywu 1op

sp

QQ



Współczynnik opóźnienia odpływu określa opóźnienie rozpoczęciapowierzchniowego spływu wody względem czasu rozpoczęcia opadu. Zwyklewspółczynnik ten oblicza się ze wzoru:

w którym:F – powierzchnia zlewni [ha],n – współczynnik zależny od spadku i kształtu powierzchni zlewni, równy:n = 8 – dla dużych spadków i ześrodkowanej zlewni,n = 6 – dla średnich warunków (długość zlewni dwa razy większa od jej szerokości, spadki terenu pozwalają na osiągnięcie prędkości spływu wód równej około 1,2 m/s),n = 4 – dla niedużych spadków i wydłużonej zlewniPrzy małych zlewniach, o powierzchni do kilku ha, dla zwiększenia bezpieczeństwa budowli, stosuje się w obliczeniach odpływu sekundowego ze zlewni, współczynnik opóźnienia odpływu φ = 1.

n F1

Określenie odpływu ze zlewni. Po określeniu powierzchni zlewni, ustala się wartość sekundowego odpływu powierzchniowego, który wystąpi na niej po opadzie atmosferycznym:

FqQO

QO – odpływ sekundowy [dm3/s],φ – współczynnik opóźnienia odpływu [-],ψ – współczynnik spływu [-],

F – powierzchnia zlewni [ha],q – natężenie deszczu miarodajnego [dm3/s ha],


Dane wyjściowe.

•• natężenie i prawdopodobieństwo pojawienia się deszczu,• współczynniki spływu, • czas trwania deszczu,

• wielkość i sposób uszczelnienia zlewni częściowych (tzn. elementów zlewni całkowitej stanowiących odrębne jednostki obliczeniowe), • cieki wodne jako odbiorniki.

„Rocznik hydrologiczny” IMGW-PIB, przepisy

Projekt zagospodarowania terenu, wizje terenowe, analiza map i zdjęć lotniczych.


natnatężężenie opadu [mm/min] enie opadu [mm/min] –– wysokowysokośćśćopadu opadu hh [mm] przypadaj[mm] przypadająąca na jednostkca na jednostkęęczasu czasu tt

czczęęstotliwostotliwośćść wystwystęępowania opadu powania opadu -- C, C,

• jest to okres czasu wyrażony w latach, w którym wystąpi opad o danym lub większym natężeniu.

Opad

thJ

%1001C

p PrawdopodobiePrawdopodobieńństwo stwo pojawienia sipojawienia sięę deszczu pdeszczu p-- określa, ile razy w przeciągu stulecia zostanie osiągnięte przekroczenie danego natężenia opadu.


NatNatężężenie opadu zaleenie opadu zależży od:y od:--czasu trwania,czasu trwania,--czczęęstotliowostotliowośścici wystwystęępowania,powania,--zasizasięęgu.gu.

odwodnienie przez muldy i rowy c=1 rok,odwodnienie przez muldy i rowy w obrębie miast c=10 lat,odcinki drogi w wykopach zależnie od jej ważności c=10- 20 lat,najniższe punkty niwelety c= 5 lat,kanalizacje drugorzędne c=2 lata,kolektory i burzowce c= 5 lat,kanalizacje w niekorzystnych warunkach terenowych c= 10 lat,kanalizacje odwadniające pas dzielący dwie jezdnie c= 4 lata

Prawdopodobieństwo wystąpienia deszczu miarodajnego w zależności od klasy drogi:p=10% (c=10 lat) – drogi klas A lub Sp=20% (c=5 lat) – drogi klasy GPp=50% (c=2 lata) – drogi klas G lub Zp=100% (c=1 rok) – drogi klas L lub D

ROZPORZĄDZENIEMINISTRA TRANSPORTU I GOSPODARKI MORSKIEJ

z dnia 2 marca 1999 r.w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi

publiczne i ich usytuowanie.(Dz. U. z dnia 14 maja 1999 r.)

Częstotliwość wystąpienia opadu:

Natężenie deszczu miarodajnego

667,0m

q

tA

q

C – okres w latach, w którym następuje jednorazowe przekroczenie danego natężenia opadu;

H – roczna suma opadów [mm];tm – czas miarodajny trwania opadu [min];

667,0

3 2631,6

mtHCq

Aq – parametr zależny od prawdopodobieństwa pojawienia się opadu oraz od średniej rocznej wysokości opadu

Wzór Błaszczyka


Natężenie deszczu miarodajnego obliczyć można na podstawie wzoru:

667,0d

q

tA

q

q – natężenie deszczu miarodajnego [dm3/s/ha],Aq – parametr zależny od częstotliwości (prawdopodobieństwa) pojawiania się deszczu miarodajnego (p) oraz opadu normalnego (Pn) [-],td – czas trwania deszczu miarodajnego [min.].

Prawdopodobieństwo pojawiania się deszczu miarodajnego (p), jakie należy przyjmować w obliczeniach zależy od szczegółowych przepisów w zakresie odwadnianych obiektów, np. w drogownictwie (p) ustala się na podstawie Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie. Dz.U. Nr 43/1999, poz. 430.w zależności od klasy drogi.


Dotyczy to odwodnienia nie tylko samej drogi, lecz również innych budowli z drogą powiązanych (rowy, przepusty, konstrukcje oporowe itp.)

Wartości prawdopodobieństwa pprzyjmowane dla ulic

Wartości prawdopodobieństwa pprzyjmowane dla dróg pozamiejskich


Wartości parametru Aq do wyznaczenia natężenia deszczu miarodajnego:


Natężenie deszczu miarodajnego obliczyć można na podstawie wzoru:

667,0d

q

tA

q

q – natężenie deszczu miarodajnego [dm3/s/ha],Aq – parametr zależny od częstotliwości (prawdopodobieństwa) pojawiania się deszczu miarodajnego (p) oraz opadu normalnego (Pn) [-],td – czas trwania deszczu miarodajnego [min.].

Prawdopodobieństwo pojawiania się deszczu miarodajnego (p), jakie należy przyjmować w obliczeniach zależy od szczegółowych przepisów w zakresie odwadnianych obiektów, np. w drogownictwie (p) ustala się na podstawie Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie. Dz.U. Nr 43/1999, poz. 430.w zależności od klasy drogi.


Czas trwania deszczu miarodajnego td [min] według metody granicznych natężeń deszczu równa się czasowi spływu ts [min] pojedynczej cząstki deszczu z punktu najdalej odległego w stosunku do przekroju obliczeniowego:

321 ttttt sd

t1 – czas spływu cząstki deszczu po powierzchni terenu do urządzeniaodwadniającego [min],t2 – czas przepływu cząstki deszczu w urządzeniu odwadniającym [min],t3 – czas opóźnienia ruchu cząstki deszczu w urządzeniu odwadniającymzależny od materiału z jakiego wykonane zostało urządzenie iwynosi: t3 = 0,20 × t2 – gdy jest wykonane w gruncie rodzimym orazt3 = 0,10 × t2 – gdy jest wykonane z betonu [min].


1

11 v

Lt

Czas spływu cząstki deszczu po powierzchni zlewni t1 [min] oblicza sięwedług wzoru:

L1 – droga spływu pojedynczej cząstki deszczu po terenie zlewni z punktuna jej granicy do przekroju urządzenia odwadniającego (określona zmapy) [m],v1 – prędkość spływu cząstki deszczu po powierzchni zlewni [m/min].


602

22 vLt

Czas przepływu cząstki deszczu t2 w rowie odwadniającym oblicza się według wzoru:

L2 – droga przepływu cząstki deszczu w rowie odwadniającym [m],v2 – prędkość przepływu cząstki deszczu w urządzeniu (rowie)odwadniającym [m/s], obliczona ze wzoru:

21

32

21

dh IRn

v

n – współczynnik szorstkości (np. dla betonu n = 0,012÷ 0,014 [m-1/3s],dla gruntu n = 0,025 ÷ 0,035 [m-1/3s],

Id – spadek podłużny dna rowu, przyjmowany stosownie do nachylenia terenu, ale niemniejszy niż Id ≥ 0,002; Rh – promień hydrauliczny [m] (Rh=A/Oz)


Obliczenie odpływu ze zlewni:Zestawienie powierzchni:- Droga

A1=7*72=504m2=0,0504ha- Parking

A2=17*35m2=595m2=0,0595ha- Budynek

A3=20*60=1200m2=0,12ha- Tereny zielone

A4=4420m2=0,4420ha

Współczynniki spływu:- Droga 1=0,90 [-]- Parking 2=0,85 [-]- Dach budynku 3=0,90 [-]- Tereny zielone 4=0,15 [-]


Obliczenie średniego współczynnika odpływu ze zlewni:

- Droga A1=7*72=504m2=0,0504ha- Parking A2=17*35m2=595m2=0,0595ha- Budynek A3=20*60=1200m2=0,12ha- Tereny zielone A4=4420m2=0,4420ha

Współczynniki spływu:- Droga 1=0,90 [-]- Parking 2=0,85 [-]- Dach budynku 3=0,90 [-]- Tereny zielone 4=0,15 [-]

40,06719

35,270244201200595504

15,0442090,0120085,059590,0504

1

1

n

ii

n

iii

A

A


Obliczenie natężenia deszczu miarodajnego:667,0

d

q

tA

q

Przyjmuję prawdopodobieństwo deszczu miarodajnego p=10%

Stąd dla strefy Gdańska (opad normalny do 800 mm) parametr Aq=1013 mm


Obliczenie natężenia deszczu miarodajnego: 667,0d

q

tA

q

Obliczam czas trwania deszczu miarodajnego td 321 ttttt sd

t1 – czas spływu cząstki deszczu po powierzchni terenu do urządzeniaodwadniającego [min],t2 – czas przepływu cząstki deszczu w urządzeniu odwadniającym [min],t3 – czas opóźnienia ruchu cząstki deszczu w urządzeniu odwadniającymzależny od materiału z jakiego wykonane zostało urządzenie i wynosi:t3 = 0,20 × t2 – gdy jest wykonane w gruncie rodzimym orazt3 = 0,10 × t2 – gdy jest wykonane z betonu [min].


Obliczenie natężenia deszczu miarodajnego: 667,0d

q

tA

q

t1 – czas spływu cząstki deszczu po powierzchni terenu do urządzeniaodwadniającego [min],

1

11 v

Lt

Przyjmuję (dla uproszczenia): L1=135 m (przekątna zlewni)v1 = 10 m/min,

Stąd t1 [min] wynosi:

5,1310135

1

11

vLt


t2 – czas przepływu wody w urządzeniu odwadniającym [min]

602

22 vLt

Przyjmuję: L2=50 m (długość rowu)

21

32

21

dh IRn

v


Ponieważ parametry rowu odwadniającego zależą od obliczonej ilości wód opadowych, a na tym etapie obliczeń nie znamy tej ilości, dlatego należy wstępnie przyjąć parametry koryta.Koryta wykonane w gruncie rodzimym przyjmuje się najczęściej w postaci rowu (zagłębienia) o szerokości w dnie nie przekraczającej 0,50 -1,00 m i głębokości 0,05 – 0,10 m. Koryto z prefabrykatów betonowych ma zwykle przekrój owalny o szerokości około 0,50 m i głębokości nie przekraczającej 0,08 m.

Przyjmuję:Szerokość w dnie b=0,5 m, napełnienie h=0,1 m,Skarpy o nachyleniu (1:m) 1:1

A=(b+mh)h = 0,06 m2

Oz=b+2h(1+m2)1/2= 0,78 mRh=A/Oz = 0,06/0,78 = 0,077 m


27,0002,0077,0030,011 2

132

21

32

2 dh IRn

v

09,36027,0

50602

22

vLt

Obliczam prędkość przepływu wody w rowie v2 [m/s]

Stąd czasy t2 i t3 [min] wynoszą:

62,009,320,020,0 23 tt


21,1762,009,350,13321 ttttd

Czas trwania deszczu miarodajnego td [min] wynosi:

a natężenie deszczu miarodajnego q [dm3/s/ha]:

15283,15121,171013

667,0667,0 d

q

tA

q


Dysponując wartością natężenia deszczu miarodajnego, powierzchnią zlewni oraz uśrednionym współczynnikiem odpływu można obliczyć wielkość odpływu ze zlewni QO [dm3/s]:

Ostatecznie przyjęto odpływ ze zlewni równy QO = 41,0 dm3/s.

85,406719,015240,011 FqFqQO


423376021,170,4160 dO tQV

42620283423376021,1700180,01524233760 dzz tqAVV

W związku z tym, że czas spływu ts jest równy czasowi trwania deszczu td, całkowita objętość V [dm3] dopływu wody do zbiornikawyniesie:

Uwzględniając objętość opadu spadającą bezpośrednio na powierzchnię zbiornika - potrzebna objętość zbiornika Vz [dm3] wynosi:

Vz = 42620 [dm3] = 42,62 m3

Średnia głębokość zbiornika: 24,0180/62,42/ AVh zz

hz = 0,24 [m]


0063,01801095,621

21 5

inf AkQ

Obliczenia infiltracji wody do gruntuZałożenia:- Statyczne zwierciadło wód gruntowych znajduje się przynajmniej 1 m poniżej dna zbiornika,- Piasek drobny k = 6 m/d = 6,95*10-5 m/s

][2[min]113][62650063,062,42

infinf hs

QVt z

[m3/s]

Stąd czas potrzebny do opróżnienia zbiornika wynosi:


46inf 10208,518010787,5

21

21 AkQ

Obliczenia infiltracji wody do gruntuZałożenia:- Statyczne zwierciadło wód gruntowych znajduje się przynajmniej 1 m poniżej dna zbiornika,- Piasek pylasty k = 0,5 m/d = 5,787*10-6 m/s

][23[min]1364][8183510208,562,42

4inf

inf hsQVt z

[m3/s]

Stąd czas potrzebny do opróżnienia zbiornika wynosi:

Documents

Hydraulika i hydrologiawste/HiH_zaoczne/01cw.pdfHydraulika i hydrologia ćwiczenia Zad.3–Ustalićpołożenie krzywej depresji i wydatek w zaporze z rdzeniem i z drenażem, posadowionej