POLTECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Hydrologia terenów zurbanizowanych

Prowadzący: dr inż. Piotr Kuźniar

Wykonał: Michał Krysiak ISIW1

Cel i zakres ćwiczenia:

Godło mapy topograficznej – 253.23 Stary Szelków

Zlewnia znajduje się w okolicy miejscowości Gnojno, gdzie zlokalizowany jest przepust. Jest to północna części województwa mazowieckiego, około 10 km na północ od Pułtuska.

Celem ćwiczenia jest:

- określenie przebiegu linii szkieletowych wskazanego terenu

- wydzielenie zlewni zamkniętej

- wykonanie obliczeń dotyczących danej zlewni

- wykonanie planu zlewni w skali 1:10 000

- wykonanie odpowiednich rysunków.

Wykonano następujące obliczenia:

- wartość przepływu maksymalnego

- wielkość zbiornika retencyjnego

- parametry koryta regulacyjnego cieku

- parametry przepustu.

W celu obliczenia przepływów maksymalnych, o okreśonym prawdopodobieństwie występowania, wykorzystuje sie tzw. postac formuły opadowej wyrażaną wzorem:

gdzie:

f - bezwymiarowy współczynnik kształtu fali (f = 0,60),

- moduł odpływu jednostkowego, na podstawie hydromorfologicznej

charakterystyki koryta rzeki oraz czasu spływu po stokach,

- zastępczy współczynnik spływu,

- maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie przekroczenia 1%, ustalany na podstawie

mapy rozkładu tej wielkości na terenie kraju [mm],

- powierzchnia zlewni [km²],

- współczynnik redukcji przepływów maksymalnych,

- współczynnik zależny od wskaźnika jeziorności - JEZ (przyjęto wartośc równą 1)

Obliczenia zastępczego współczynnika spływu na podstawie charakteru zlewni:

Bilans powierzchni:

Powierzchnie zostały podzielone aby wydzielić zróżnicowanie pod względem pokrycia a także spadku terenu.

Lp.	Typ pokrycia	A [ha]		A*
1	Lasy	550	0,02	11
2	Sady	16	0,17	2,72
3	Drogi	5,3	0,8	4,24
4	Pola	1100	0,07	77
	Razem	1671,3		94,96

Na podstawie mapy topograficznej zlewni określono:

Wzniesienie działu wodnego w punkcie przecięcia się osi suchej doliny [m n.p.m.]

Wg = 107,6 [m n.p.m.]

Wzniesienie przekroju zamykającego rozpatrywaną zlewnię [m n.p.m.]

Wd = 83,5 [m n.p.m.]

Długość cieku :

lc = 7,7 [km]

Długość suchej doliny:

ls = 0,3 [km]

W oparciu o powyższe dane wyznaczono średni spadek:

Hydromorfologiczna charakterystyka koryta rzeki wyraża się wzorem:

gdzie:

- długość cieku [km]

- długość ''suchej doliny'', mierzona od działu wodnego [km]

m - współczynnik szorstkości koryta cieku

- zastępczy spadek obliczany ze wzoru:

Czas spływu wody po stokach dla zlewni o powierzchni większej od 10 km² określa się na podstawie poniższej tabeli:

Czas spływu po stokach dobrano dla regionu nizinnego, z danego zakresu przyjęto średnią wartość:

t_s = 60 [min]

Dla oraz t_s = 60 [min] odczytano moduł odpływu jednostkowego

Na podstawie wyznaczonych wielkości określono wielkość przepływu maksymalnego:

Na podstawie normy PN-S-02204 obliczono dodatkowe natężenie przepływu, powstałe w wyniku urbanizacji części powierzchni wyznaczonej zlewni.

Założono, że zurbanizowane został obszar o powierzchni 20 [ha], dla którego przyjęto współczynnik spływu powierzchniowego na poziomie

Czas miarodajny deszczu obliczamy ze wzoru:

gdzie:

l - długość cieku [m],

v - prędkość przepływu, przyjęto v= 1

- czas koncentracji terenowej [s]

Wstępne natężenie miarodajne opadu deszczu q określa się ze wzoru:

gdzie:

A - stała odczytana z tablic

- miarodajny czas deszczu

Wstępny miarodajny przepływ obliczeniowy:

gdzie:

F- powierzchnia zurbanizowanego dodatkowo obszaru zlewni,

- współczynnik spływu, założono

q - natężenie miarodajne opadu deszczu

Dla podstawie otrzymanych wartości wykonano hydrogram fali powodziowej, wykorzystując założenia:

1. Czas wznoszenia fali powodziowej jest równy miarodajnemu czasowi deszczu

t_w = 10240 [s]

2. Za przepływ kulminacyjny , uważa sie przepływ określony na podstawie formuły opadowej

Q_k =

3. - przepływ dodatkowy, co do wartości równy przepływowi określonemu z normy PN -S-02204

Korzystając ze wzoru na współczynnik kształtu fali , obliczono czas fazy opadania fali wezbraniowej:

Projektowanie koryta regulującego ciek:

Liczone na postawie normy: „Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dn. 30.05.2000 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie”.

Przyjęto trapezowy przekrój koryta.

Założono:

- wysokość h równą 0,7 [m]

- szerokość dna b równą 0,6 [m]

Dla nachylenia bocznych ścian 1 : 1,5 obliczono szerokość górnej krawędzi rowu odwadniającego B

B = 0,6 + 2 x 1,05 = 2,7 [m]

Przyjęto spadek dna koryta na poziomie i = 0,5%

Obliczenia geometryczne koryta regulującego ciek:

Pole przekroju:

Obwód zwilżony:

Promień hydrauliczny:

gdzie:

b – szerokość dna koryta, [m]

h – wysokość koryta, [m]

n – nachylenie zbocza koryta, [-]

Obliczenia hydrauliczne koryta regulującego ciek:

Prędkość przepływu wg wzoru Manninga:

gdzie:

n – współczynnik szorstkości dla rowu trawiastego, n = 0,030

I – spadek linii energii,

Przepływ koryta regulującego ciek:

Obliczenia przepustu kołowego:

Zdolność hydrauliczna przepustu:

gdzie:

m – współczynnik wydatku na wlocie do przepustu, dla wlotu ze skrzydełkami m = 0,33

d – podstawa przekroju prostokątnego przepustu, [m]

– wzniesienie linii energii ponad dno cieku, [m]

– współczynnik Saint – Vernanta,

Po przekształceniu wzoru:

Dla przepływu ze zlewni naturalnej Q = 0,53 m³/s:

Przyjęto średnicę równą D = 0,8 [m] , która będzie zagłębiona na ok. 14 [cm] poniżej dna koryta.

Zbiornik retencyjny:

Obliczenia wykonano według normy PN-S-02204.

Zbiornik należy zaprojektować dla objętości wody uzyskanej z różnicy pomiędzy polami na hydrogramie fali powodziowej.

Przyjęto trapezowy przekrój zbiornika.

Zgodnie z normą PN-S-02204:1997 starano się zachować następujące wymagania:

- najmniejsze napełnienie zbiornika wynosi 0,50 m

- największe napełnienie zbiornika wynosi 1,50 m.

- skarpy zbiornika powinny mieć pochylenie co najmniej 1:2.

- poziom maksymalny wody w zbiorniku powinien znajdować się co najmniej 0,50 m poniżej powierzchni terenu.

Przyjęto:

- wysokość czynną zbiornika retencyjnego h = 1,4 [m]

- wysokość całkowita wynosi H=1,9 [m].

- szerokość kwadratowego dna zbiornika b = 47 [m].

- szerokość zbiornika na powierzchni terenu B = 54,6 [m].

Obliczono rzeczywistą pojemność zbiornika: