Обучение онлайн
Обучение онлайн
Вебинары и видеокурсы
присоединяйтесь!
Журнал "Зелёная стрела"
Меню раздела

Экспресс-методика вычисления расхода дождевых вод для объектов ландшафтного строительства

Отведение поверхностных вод на приусадебном участке – одна из важнейших задач при проектировании сада. Ландшафтные работы немыслимы без этого. Чтобы в дальнейшем избежать осмысливания вопроса – "а откуда на участке вода?" – необходимо предусмотреть всё заранее. Начав с дождевых вод. Вера Зыкова и Константин Криулин расскажут на примере как это сделать.

Одной из основных задач комплексного инженерного благоустройства территории является организация отведения поверхностных вод. Неполное и недостаточно быстрое водоотведение ведет к затоплению территории, что является причиной разрушения дорожных покрытий и строительных конструкций, затрудняет движение пешеходов и транспорта, приводит к вымочке газонов. Быстрая количественная оценка поверхностного стока имеет практическую значимость для специалистов в сфере ландшафтного проектирования.

Нормативным документом для вычисления расхода дождевых вод является новая редакция СП 32.13330.2018 «СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения» [1] (дата введения 26.06.2019). Методики расчета, ориентированные на ландшафтное строительство, в настоящее время отсутствуют, в то время как функциональность ландшафтной инфраструктуры и ее продуктивный потенциал сегодня привлекает все больше внимания.
Для наглядности количества проводимых операций по расчету расхода дождевых вод, а также для отображения взаимосвязи расчетных параметров была составлена блок-схема (рисунок 1), описывающая методику расчета из СП 32.13330.2018.

Если вы читаете эту статью, вам может быть интересна эта программа:

Географическое положение определяет 4 исходных параметра расчета, а именно интенсивность дождя q_20, среднее количество дождей за год m_r, показатель степени γ, и параметр n. Данные об интенсивности дождя определяются по рисунку А.1 [1] (рисунок 2) обязательного приложения к СП. Определение численного значения значительно затруднено из-за низкого разрешения карты, особенно для небольших населенных пунктов. В материалах нормативного документа отсутствует карта дождевых районов, по которым выбираются параметры расчета.

Рисунок 1. Блок-схема, описывающая методику расчета из СП 32.13330.2018

Для определения интенсивности дождя q_20 более удобно использовать электронный ресурс [2], который основывается на данных справочного пособия А. М. Курганова [3, табл. 6]. Данные метеостанций, представленные в справочном пособии, оцифрованы и привязаны к их координатам. Электронный ресурс позволяет быстро найти интенсивность дождя 20-минутной продолжительности для населенных пунктов. Информация для Санкт-Петербурга, полученная с помощью электронного ресурса, представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Определение интенсивности дождя q_20

 

Расчет по нормативной методике является массивным из-за необходимости определения множества параметров расчета, причем эти параметры могут выбираться проектировщиком из диапазона, что существенно влияет на результаты расчета. Кроме того, в методике не отражено влияние уклона поверхности, типа покрытия и длины протекания на время концентрации дождевых вод. СП рекомендует принимать время поверхностной концентрации t_con равным 2-3 минутам [1, п. 7.4.5] (рисунок 3).

Рисунок 3. Формулы для определения продолжительности протекания дождевых вод по СП32.13330.2018

 

Предлагаемая экспресс-методика ориентирована на ландшафтные объекты площадью бассейна до 150 га, имеющие благоприятные условия расположения коллекторов дождевой канализации. Краткий метод расчета применим к условиям городов с расчетной интенсивностью дождя q_20<120 л/с.
Краткий метод основан на нормативной методике, но при этом учитывает другие параметры, влияющие на количество сточных вод в коллекторах дождевой канализации. При расчете по экспресс-методу берутся в расчет геометрические параметры водосборной площади и уклон поверхности. Зависимость расхода дождевых сточных вод от данных параметров доказывается результатами натурных наблюдений Г. Д. Дубелира [4] (рисунок 4), на основе которых и выведены расчетные зависимости экспресс-методики (рисунок 5).

Рисунок 4. Определение времени концентрации

Рисунок 5. Материалы экспресс-методики

 

Формула экспресс-методики отражает влияние длины протекания по поверхности и уклона в отличие от формул нормативной методики. При этом алгоритм вычислений сводится к определению средневзвешенного коэффициента покрова и подстановке индивидуальных параметров объекта в единственную формулу (рисунок 6).

Рисунок 6. Упрощение расчета расхода дождевых вод по экспресс-методике

 

Расчет по экспресс-методике дает однозначный результат, что экономит время специалиста на оценку конкретных условий и тонкостей расчета. Далее приводятся расчеты с помощью экспресс-методики, где приведено сравнение результатов расчета со значениями, которые можно получить при вычислениях по СП 32.13330.2018 (рисунок 7).
Рассматриваемый объект представляет собой холм сложной формы, высота которого достигает почти 7 метров. Для водоотведения с южного и западного склонов проектом предусматривается система водоотведения из открытого бетонного лотка общей протяженностью 275 м, проходящего внизу слона по границе участка.

Рисунок 7. Сравнение результатов расчета по экспресс-методике и по СП 32.13330.2018

В таблице выше выделены минимальный (1,23 л/с) и максимальный (2,65 л/с) результаты, которые можно получить по расчету нормативной методики. Они различаются более чем в два раза. При этом результат краткого метода находится в пределах результатов, которые можно получить по СП. Подчеркнутые в таблице параметры расчета использовались при выводе коэффициентов экспресс-методики для конкретных городов. Расчетный расход в этой строке наиболее близок к результату экспресс-методики. В данном случае результат краткого метода на 27% превышает соответствующий результат нормативной методики. Такое отклонение закономерно: крутые склоны холма будут обеспечивать очень быстрое стекание дождевых вод с поверхности. В то время как нормативная методика предлагает время концентрации 2-3 минуты, расчет по экспресс-методике с учетом уклона и длины протекания показывает, что стекание с вершины холма до лотка равно всего лишь 8 секундам.

В данном примере водосбор относительно длинный, а длина протекания с верхних точек до лотка малая. Время концентрации поверхностного стока ничтожно мало. Таким образом, расчет СП будет занижать расход дождевых вод за счет завышения времени концентрации.
Итак, уклон и геометрические характеристики водосборного бассейна оказывают существенное влияние на расход дождевых сточных вод. Для наглядной демонстрации данной зависимости были рассмотрены удельные расходы с площадей единичной протяженности для парка в Санкт-Петербурге для уклонов поверхности от 5 до 300‰ (рисунок 8). Под единичной протяженностью понимается участок водосбора, с длиной по коллектору равной 1 м, шириной, равной пути протекания по склону.
Поверхность с уклоном 20‰ будет давать в 1,4 раза больший расход дождевых вод, чем поверхность с уклоном 5‰, поверхность с уклоном 300‰ – уже в 2,9 раза больший расход для рассматриваемого объекта.


Рисунок 8. Зависимость удельного расхода дождевых вод от уклона поверхности

Статья написана в соавторстве с Верой Зыковой.

Список литературы
1 СП 32.13330.2018. Канализация. Наружные сети и сооружения. СНиП 2.04.03-85. М.: Минстрой России, 2018. 104 с.
2 Определение интенсивности дождя (q20) для России и СНГ [Электронный ресурс] // ГК "Аргель". 2017. URL: http://www.vo-da.ru/tool/rain (дата обращения 27.09.2019)
3 А. М. Курганов. Таблицы параметров предельной интенсивности дождя для определения расходов в системах водоотведения. Справочное пособие // М.: Стройиздат. 1984. 108 с.
4 Максимальный сток с малых бассейнов. Сборник статей под редакцией Дубелира Г. Д.  // М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство. 1940.

Автор: