Lietus ūdens noteces aprēķini

Lietus ūdens novades aprēķinus maziem baseiniem izpilda projektētāji, lai pasargātu būves no applūdināšanas. Aprēķināšanas laikā var izmantot speciālu instrukciju vai balstoties uz nokrišņu stastiku no attiecīgajiem monitorēšanas dienestiem, kā arī balstoties uz varbūtejiem kritiskajiem pieņēmumiem, veicot fizikālus aprēķinus.

Grāvis

Ūdens noteces ātruma vienādojumu un notekas balansa vienādojumu mūsdienās parasti aprēķina ar datoru, kā arī pēc normām, ko pamato vispārināti iepriekš aprēķināti hidrogrāfi un pēc citas pieejamās hidroloģiskās informācijas. Ceļa posmos ar līdzvērtīgiem klimatiskajiem un ģeomorfoloģiskajiem apstākļiem (līdzīga grunts, reljefs, apaugums u. tml.) lietus ūdens noteces daudzuma patēriņa noteikšanai drīkst vadīties pēc moduļu vai patēriņa atkarības no ūdens savākšanas laukuma raksturlīknēm, ievērojot šādus nosacījumus:

1) pastāvīgajām būvēm vadās pēc 25 — 30 natūrpatēriņa datiem, kas vienmērīgi izvietoti laukuma aprēķina diapazonā ar ne mazāk kā 300 gadskārtām;

2) ja natūrpunkos patēriņš pielietotajā raksturlīknē pārsniedz ±30 — 40 %.

Pārsniegšanas varbūtības nosaka atkarībā no hidropāreju daudzuma. Investīciju pamatojumā drīkst vadīties pēc vienkāršotas metodes, piemēram, pēc patēriņa un noteces laukumu moduļa raksturlīknes. Patēriņu nosaka vairākām ūdens savākšanas vietām ar atšķirīgiem laukumiem.

Pastāvīga ūdens plūsmas daudzuma savākšanai, kura mazūdens pārsniedz 10% no maksimālā notekas patēriņa, aprēķinā ņem vērā maksimālā un mazūdens patēriņa summu. Pastāvīgas ūdens plūsmas mazūdens patēriņu aprēķina pēc vidējā ūdens plūsmas ātruma un dzīvā laukuma šķēluma, kas mērīti natūrā.

Gadījumā, kad trase šķērso noslēgtas iedobes, ūdens līmeņa daudzumu pie zemes klātnes jānosaka ņemot vērā notekas maksimālo tilpumu ar pārsniegšanas varbūtību, kas pieņemti caurteku un tiltu projektēšanas normatīvos. Ja pirms būves atrodas ūdens savāktuves tranzītiecirknis (galvenā grava bez būtiskas pieteces no nogāzēm), ņem vērā pietekas transformāciju.

Trapecveida grāvja caurlaides spējas aprēķins

Viss laukums, no kura ūdeņi satek grāvī, ir tā baseins. Grāvja šķērsizmērus izvēlas ar maksimālā ūdens caurlaišanas aprēķinu. Vismazāko grāvja dziļumu aprēķina, pieskaitot pie tā 0,2 m no grāvja augšmalas vai pieskaitot aprēķināto rensteles dziļumu līdz aprēķinātajam ūdens līmenim. Bezrensteles grāvja minimālais gultnes platums ir 0,6 m, purvos 0,8 m.

Grāvja nogāzes veido šādas (1:m):

• 1:1,5 — mālainās gruntīs, smilšmālā, mālsmiltī un lielgraudu un vidēju graudu smiltīs;
• 1:2 — smalkgraudu un putekļainā smiltī, applūdinātās un dūņainās gruntīs;
• 1:1 un stāvāk — šķembu un klints gruntīs.

• 
  Grāvja baseins: 1 - grāvja ass; 2 - grāvis
• 
  Grāvja šķērsizmēri (bez rensteles)

Grāvi plānā izvieto taisnā līnijā — perpendikulāri lietus ūdens noteicošajai plūsmai. Sarežģīta vietējā reljefa apstākļos, lai novērstu grāvja izskalošanu, to neplāno taisnos posmos, bet ar noapaļotiem pagriezieniem ar rādiusu ne mazāku par R=10b, kur b — grāvja gultnes platums. Līknē gultnes platumu nedaudz palielina. Maģistrālo grāvju tīklā tos savieno leņķī ≤45°.

Ūdeni no grāvja izlaiž virzienā no zemes klātnes, kā arī novērš grunts izskalošanu gadījumā, ja grāvis pārplūstu. Tāpēc 5 m no grāvja izejas tā gultni paplašina, bet izplūšanas vietā un tūlīt aiz tās nostiprina atbilstoši gaidāmajam plūsmas ātrumam. Grāvja garenslīpumu turpinājumā veido vienādu ar iepriekšējā iecirkņa slīpumu virzienā no tā sākuma līdz iztekai, lai neapplūdinātu atsevišķus iecirkņus.

Ūdens nolaide no kalna u.c. grāvjiem, rezervēm, purviem ieraktņu ķivetēs vai teknēs ir nepieļaujama. Tādos gadījumos jāparedz speciālas ūdens caurteces būves ķivešu un tekņu vietās pēc individuāliem projektiem. Aprēķina ūdens caurplūdi Q_a pa grāvja šķēlumu aprēķina pēc lietus ūdens plūsmām, ņemot vērā visspēcīgāko lietusgāzi un slīpuma stāvumu, atskaitot ūdeni, kurš iesūcas attiecīgā mazā baseina gruntī.

1:m

Hidroaprēķina galvenā komponente ir faktiskā ūdens caurplūde grāvī Q_f, m³/s, kas vienāda ar grāvja dzīvā šķēluma laukuma $\omega$, m² un ūdensteces vidējā ātruma v, m/s reizinājumu $Q_{f}=\omega v$.

Nepieciešamo grāvja šķēluma laukumu atrod, piemeklējot atbilstošo. Vadoties no vietējiem apstākļiem, sākotnēji pieņem konkrētu šķēluma laukumu un grāvja gultnes slīpumu un atrod ūdens tecēšanas ātrumu, m/s pa to pēc formulas $v=C{\sqrt {Ri}}$, kur C — ūdens noteces koeficients, kas atkarīgs no gultnes raupjuma (sk. tabulu zemāk); R — hidrorādiuss, m; i — gultnes garenslīpums.

$R={\omega \over p}$, kur p — šķēluma samitrinātais perimetrs, m.

$\omega =bh+2{hmh \over 2}=bh+mh^{2}$; $p=b+2d=b+2h{\sqrt {1+m^{2}}}$;

kur m — lielums, kurš rāda, cik reižu nogāzes slīpums ir lielāks par grāvja dziļumu.

Ūdens noteces koeficients C

Grāvja gultnes veids	Hidrorādiuss R, m
	0,05	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50	1,00
Ļoti gludas sienas — betona apdare, salaidumi līdzeni	48,7	54,3	60,4	64,3	67,1	69,5	76,9
Gludas sienas no apskaldīta bruģa	41,0	46,2	52,0	55,7	58,4	60,7	67,8
Bruģis, rupji plēsto akmeņu kārtojums, labi sablīvētas zemes grunts sienas	23,1	27,3	32,2	35,3	37,8	39,7	46,0
Plēsto akmeņu kārtojums, rupja betonēšana	18,6	22,4	26,9	29,9	32,2	34,0	40,0
Vietējās grunts sienas parastā stāvoklī, velēnas segums	13,9	17,3	21,3	24,0	26,0	27,8	33,3
Velēnas nogāzes, gultnes aizsargklājums (šķembu kārtiņa u.tml.)	10,9	13,8	17,4	19,9	21,8	23,4	26,6

Samitrinātā nogāze $d={\sqrt {h^{2}+(mh)^{2}}}=h{\sqrt {1+m^{2}}}$.

Gadījumā, kad vienu x₁ daļa samitrinātā perimetra daļu raksturo koeficients C₁, bet cita daļu x₂ koeficients C₂, pēc uzkrātās projektorganizāciju pieredzes pielīdzināto koeficientu aprēķina $C_{pie}={\sqrt {x_{1}+x_{2} \over {x_{1} \over C_{1}^{2}}+{x_{2} \over C_{2}^{2}}}}$.

Grāvi aprēķina šādi. Nosaka nogāžu stāvumu, gultnes platumu un grāvja dziļumu, nosaka ūdens dziļumu, aprēķina dzīvo šķēlumu, saslapināto perimetru, hidrorādiusu, ūdens tecējuma ātrumu dotajā šķēlumā un faktisko ūdens daudzumu. Ja faktiskais daudzums izrādās ievērojami lielāks par aprēķināto, grāvja izmērus samazina. Bet ja Q_f<Q_a, grāvja garenslīpums vai šķērsizmēri jāpalielina, kuri ietekmē hidrorādiusu. Grāvja dziļuma piemeklēšanu uzskata par pabeigtu, kad faktiskais ūdens daudzums no aprēķinātā atšķiras ne vairāk par 5%. Projektējot liela baseina grāvi, to sadala iecirkņos pa 50 — 150 m un aprēķina nepieciešamos izmērus un grāvja novietojumu katram iecirknim atsevišķi skaitot, ka katrā nākamajā iecirknīgrāvim jāizlaiž ūdens Q'_a, kas pieplūst no visiem iepriekšējiem iecirkņiem plus Q''_a pietekošais ūdens no dotā baseina iecirkņa. Katra šāda iecirkņa ūdens caurplūdes daudzums ir Q_a=Q'_a+Q''_a. Ūdens caurplūdes daudzums grāvī palielinās līdz ar tā garuma palielināšanos. Vislielākais ūdens daudzums ir grāvja beigās, no kurienes arī sāk aprēķinu un tad aprēķina iepriekšējos iecirkņus.