Наружная водосточная система

Водостоки наружные, сооружения для отвода атмосферных осадков, выпадающих в данной местности в ближайшие открытые водоемы, или тальвеги. Они представляют собой либо открытые лотки, кюветы и канавы либо подземные трубы. Т. к. сеть водостока заполняется дождевыми водами лишь на короткое время, оставаясь большей частью пустой, то нередко в населенных пунктах ею пользуются также и для отвода других сточных вод.

Расход ливневых вод, поступающих в водостоки, зависит от интенсивности и продолжительности ливней, наблюдаемых за достаточно большой промежуток времени в данной местности, от площади бассейна, рельефа поверхности и ее покрова. В населенных пунктах количество ливневой воды, подлежащей отводу сетью, определяется, с одной стороны, расходом воды, стекающей с поверхности в единицу времени, а с другой, — степенью благоустройства населенного пункта и экономия, соображениями.

Помимо сопоставления возможных убытков и ущерба, создаваемых ливнями, с затратами на сооружение и эксплоатацию при выборе расчетных норм следует учитывать также и затруднения, создаваемые для уличного движения при прохождении ливня. Эти вопросы до сего времени научно еще недостаточно разработаны, вследствие чего и самая задача во многих случаях носит неопределенный характер.

Табл. 1. Шкала осадков по их силам.

Количество осадков определяется измерением толщины слоя воды, выпавшего на горизонтальную поверхность дождемера или плювиографа. Отношение
толщины слоя h в мм ко времени t в мин., в течение которого осадок выпал, называется интенсивностью осадка и обозначается

i =h/t =  мм/мин.

Более удобно интенсивность осадка выражается формулой i = Δ / √t, где величина Δ по предложению проф. П. Горбачева называется «силой осадка»; им же разработана для практические оценки осадков и их классификации шкала осадков по силам (табл. 1). Зависимость между предельной силой равновозможных дождей и их повторяемостью установлена проф. П. Горбачевым уравнением

Δ = μ∛p,

где у — климатическое постоянное число, характеризующее выпадение осадков в данной местности и вычисляемое на основе метеорология, наблюдений, а p — повторяемость осадков данной силы. При недостатке метеорология, наблюдений для определения у в первых приближениях можно пользоваться уравнением

μ = а∛H²,

где H — среднее годовое количество осадков, а величина а равна (по проф. Горбачеву) в среднем 0,046; меняется в пределах 0,0253 - 0,0538. При обработке метеорологических данных за имеющийся период наблюдений (записи самопишущих дождеизмерительных приборов) выбирают наибольшие значения интенсивности и силы дождя для каждой продолжительности ливня. Откладывая на логарифмической сетке по оси х значения времени, а по оси у — интенсивности ливней и соединяя точки одинаковой повторяемости (равновозможных дождей), получают графическое изображение зависимости между интенсивностью и продолжительностью ливня (рис. 5).

При построении в прямоугольных координатах эта зависимость, называемая «кривой дождя», выражается параболой (рис. 6).

Для каждого периода повторяемости получается своя кривая дождя, дающая тем большие значения интенсивности, чем реже за время наблюдений повторяется такой ливень. В основу расчета водостока кладется любая из этих кривых в зависимости от топографии, и климатических условий, а также от последствий, сопровождающих отдельные фазы прохождения дождей и их стока. В городах, где улицы являются естественными путями стока выпавшей воды, различаются следующие фазы:

первая, характеризующаяся образованием поверхностного стока по лоткам мостовых, не препятствующего пешеходному движению;

вторая фаза, характеризуемая образованием сплошного стока воды по мостовой, когда переход через улицу становится невозможным;

третья фаза, когда происходит полное затопление улицы, т. е. наводнение местности, влекущее большой материальный ущерб.

Вторая фаза обычно принимается за расчетную, т. к. с одной стороны, безусловное устранение третьей фазы не всегда бывает возможно по характеру местности и топографическим условиям, а с другой стороны, устройство специальных водостоков, рассчитанных на предотвращение наводнений, при дороговизне сооружения не всегда могут быть обосновано экономически.

Рекомендуемые допустимые периоды переполнения сети, характеризуемого работой труб полным сечением, приведены в табл. 2.

При определении расчетного количества воды, подлежащего отводу, учитываются потери выпавшего количества воды на испарение и поглощение почвой и растительностью, коэффициент этих потерь, называемый «коэффициентом стока», выражается в долях слоя выпавших осадков или объема выпавшей на данную поверхность воды.

Табл. 2. Зависимость допустимого периода переполнения от местных условий.

Величина коэффициента стока зависит от характера почвы, рода поверхностной одежды, климатических условий и времени года, продолжительности и интенсивности дождей и соотношения площадей крыш, дворов, улиц, газонов и прочие, почему коэффициент стока иногда называют коэффициентом застройки. Время, необходимое для пробега воды от самой удаленной точки бассейна, называется временем концентрации стока. Если продолжительность ливня менее времени концентрации, что может иметь место при больших площадях стока,

Табл. 3. Значение коэффициента стока (по Фрюлингу).

то в расчет принимается не вся площадь бассейна F, а только некоторая ее доля F'; отношение площади F', дающей сток при продолжительности ливня менее времени концентрации, ко всей площади бассейна называется коэффициентом замедления стока и обозначается

φ' = F' / F

Если продолжительность ливня равна или более времени концентрации, то коэф. замедления стока равен единице. Расчетная площадь стока, определяемая для каждого участка сети, равна всей площади бассейна, умноженной на соответствующий коэффициент стока.

Расчетные интенсивности ливня определяют его критическую продолжительность, которая измеряется временем пробега от самой удаленной точки бассейна до расчетного сечения. Полное время пробега, или время концентрации, слагается из времени пробега по поверхности до начала водостока и времени пробега но трубам. Первое слагаемое называется временем первоначальной концентрации, и его принимают в зависимости от рода застройки равным 5,7—10 мин. Расчетная интенсивность, исчисленная в мм по формуле:

i = Δ / √Σt

где t — полное время пробега, умножается на переводный модуль стока 166,7 (1 мм/мин дает 166,7 л/ск/га). Умножая исчисленный таким порядком расход с единицы площади на расчетную площадь стока, получают расчетные расходы, для пропуска которых подбираются диаметры и уклоны труб. Наиболее употребительны значения коэффициента стока, разработанные Фрюлингом как для водопроницаемых, так и непроницаемых поверхностей (табл. 3); этому вопросу посвящены работы Геринга, Хойда, Рейнгольда, Белова и др.

При ливнях различной продолжительности отдельные участки сети находятся в разных условиях работы: при коротких ливнях в более тяжелых условиях находятся начальные участки, а при продолжительных дождях работают с переполнением низовые участки. При переполнении труб сеть начинает работать под напором, в связи с чем увеличивается и ее отводоспособность.

Расчетные расходы расчетных ливней как для данного участка сети, так и для низовых его частей определяются методом предельных интенсивностей в зависимости от времени концентрации стока. При расчете сети . по методу предельных интенсивностей и по амер. рациональному методу в принципе предположено уменьшение расчетного расхода с единицы площади для низовых участков сети по сравнению с верховыми. Heyd, Hauff и Breiting еще в 1910 г. предложили для определения дождевого стока при проектировании водосточных сетей диаграмму замедления стока; однако графические способы расчета сети водостока мало распространены как менее точные, чем аналитические, а равно и вследствие трудности их проверки.

Водосточная сеть, состоящая из главных коллекторов и боковых притоков, прокладывается так, чтобы равномерно обслужить всю площадь стока и обеспечить сбор воды с поверхности дворов и мостовых. Зона действия коллектора в городских условиях около 400 м и в заводских — около 200 м. Минимальный диаметр коллекторов — 350—400 мм.

Для водопровода применяются трубы деревянные (во временных сооружениях), керамиковые, бетонные и железобетонные. Трубы больших диаметров, а также находящиеся в условиях, неблагоприятных для железобетона, выполняются из лекального кирпича; при больших размерах водостоков применяются прямоугольные и пятикантные сечения железобетонных труб.

Сброс ливневых вод в водосточную сеть производится через дождеприемники — кирпичные прямоугольные или круглые колодцы глубиной не <1,20 м; нижняя часть дождеприемника устраивается без осадочника и имеет покатое дно. Для задержания крупных предметов и для безопасности движения дождеприемники перекрываются железной приемной решеткой с прозорами в 48 — 50 мм.

Площадь стока на 1 дождеприемник в городских условиях >1 га, в заводских — 7 000 м². Боковые ветки водостока присоединяются к коллекторам через колодцы. Для осмотра, прочистки и ремонта сети ставятся смотровые колодцы (рис. 7). В отличие от канализационных колодцев нижняя часть смотрового колодца почти всегда делается прямоугольной.

Колодец перекрывается плитой или сводами, на которых устанавливается верхняя часть колодца из колец с устройством чугунного люка с крышкой; колодцы должны иметь скобы. Лотки должны быть тщательно выделаны; при диаметре труб до 1 м расстояние между смотровыми колодцами — 75 м; при трубах большего диаметра — до 100 м. При необходимости в некоторых случаях производить сброс воды с гашением энергии падения устраиваются быстротоки и перепады в виде порогов с наклонной или вертикальной стенкой.

В небольших населенных пунктах отвод ливневых вод осуществляется открытыми водостоками, первоначальными участками водостоков являются в этом случае лотки мостовой. Специальные водоотводные канавы вымащиваются камнем, большие каналы либо вымащиваются либо покрываются дерном. Выпуски в водные протоки укрепляются шпунтом и устройством постели из тюфяков, загружаемых камнем.

Эксгшоатация водостоков ограничивается большей частью периодической очисткой дождеприемников и веток, соединяющих их с магистральными трубами, от грязи и мусора. Прочистка коллекторов производится в исключительных случаях. При периодических осмотрах водопроводный спуск в смотровые колодцы допускается во избежание несчастья с рабочими при ливнях только в совершенно ясную погоду. Стоимость устройства сетей водостоков значительно превышает стоимость канализационных сетей вследствие больших диаметров труб.