TOM I/4 OBLICZENIA HYDRAULICZNO- HYDROLOGICZNE

Transkrypt

1 NAZWA I ADRES ZAMAWIAJĄCEGO ul. Lechicka 24; Katowice PRZEDSIĘBIORSTWO USŁUGOWO HANDLOWE DROG-MEN JEDNOSTKA PROJEKTOWA UL. SZYB WALENTY 32; RUDA ŚLĄSKA TEL biuro@drog-men.pl NAZWA INWESTYCJI RODZAJ OPRACOWANIA BRANŻA/ STUDIUM WYKONANIE PROGRAMU FUNKCJONALNO UŻYTKOWEGO DLA PRZEBUDOWY DROGI WOJEWÓDZKIEJ NR 921 NA ODCINKU OD DROGI KRAJOWEJ NR 78 DO GRANICY MIASTA ZABRZE TOM I PROGRAM FUNKCJONALNO-UŻYTKOWY TOM I/4 OBLICZENIA HYDRAULICZNO- HYDROLOGICZNE DROGOWA/ KONCEPCJA ZESPÓŁ OPRACOWUJĄCY IMIĘ I NAZWISKO NR UPRAWNIEŃ DATA PIECZĄTKA I PODPIS PROJEKTOWAŁ: cz. drogowa mgr inż. Anna Tybura Świadectwo 06/ TERMIN EGZEMPLARZ NR

2 SPIS TREŚCI 1. ROZDZIAŁ I- DANE OGÓLNE Przedmiot Inwestycji Podstawa prawna opracowania Materiały wyjściowe do opracowania ROZDZIAŁ II- OPIS STANU ISTNIEJĄCEGO Lokalizacja przedmiotowej inwestycji Opis stanu istniejącego ROZDZIAŁ III- ROZWIĄZANIA PROJEKTOWE Przyjęte parametry techniczne drogi Przyjęte parametry techniczne obiektów inżynierskich Przepust P1 na rowie w km 1+400, lewostronnym dopływie rz. Bierawki, pod ul. Knurowską w Kuźni Nieborowskiej 8 2. Przepust P2 na rowie w km 0+425, lewostronnym dopływie Most M1 na rz. Bierawce w km ciągu ul. Knurowskiej w Kuźni Nieborowskiej Przepust P3 na Cieku z Krywałdu w km 0+125, lewostronnym dopływie pot. Knurówka pod ul. Rybnicką w Krywałdzie Przepust P4 na rowie w km 0+080, lewostronnym dopływie do rowu opaskowego pot. Knurówka pod ul. Niepodległości w Knurowie Przepust P5 na cieku Czarnawka (lewostronny dopływ potoku Knurówka Przepust P6 na Rowie Bojkowskim w km 1+960, lewostronnym dopływie pot. Ornontowickiego pod ul. Księdza Roboty w Gierałtowicach Przepust P7 na rowie w km 1+780, lewostronnym dopływie pot. Ornontowickiego, pod ul. Gierałtowicką w Przyszowicach Przepust P8 na rowie w km 1+400, lewostronnym dopływie II rzędu potoku Jasienica w Przyszowicach (poprzez inny rów, z którym łączy się tuż przed wylotem do pot. Jasienica), pod ulicą Gierałtowicką w Przyszowicach Przepust P9 na rowie w km 0+960, lewostronnym dopływie pot. Jasienica, pod ulicą Gierałtowicką w Przyszowicach Przepust P10 pomiędzy rowami drogowymi, pod ulicą Makoszowską w Przyszowicach Most M2 na starym korycie ujściowego odcinka pot. Cienka w ciągu ul. Makoszowskiej w Przyszowicach 63 2

3 1. Rozdział I- Dane ogólne 1.1. Przedmiot Inwestycji. Przedmiotem opracowania jest Projekt Wstępny dla przebudowy drogi wojewódzkiej nr 921 na odcinku od drogi krajowej nr 78 do granicy z miastem Zabrze Podstawa prawna opracowania. Umowa zawarta w dniu r nr WI-K/P/140806/1/1 pomiędzy Zarządem Dróg Wojewódzkich w Katowicach, a P.U.H DROG-MEN, ul. Szyb Walenty 32, Ruda Śląska Materiały wyjściowe do opracowania. - pełnomocnictwo z ZDW w Katowicach, - zasadnicza pozyskania z PODGiK 1:500; - opis przedmiotu zamówienia; - inwentaryzacja stanu istniejącego; - Dziennik Ustaw nr 43, poz w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie, - Wytyczne projektowania skrzyżowań drogowych Cz. I i Cz. II - dokumentacja zdjęciowa, - normy i normatywy. 2. Rozdział II- Opis stanu istniejącego Lokalizacja przedmiotowej inwestycji. Przedmiotowy odcinek drogi wojewódzkiej nr 921 zlokalizowany jest na terenie gmin Pilchowice, Knurów, Gierałtowice w powiecie gliwickim. Początek zakresu opracowania zlokalizowany jest w miejscowości Kuźnia Nieborowska, a koniec w miejscowości Przyszowice. Na rysunku nr 1 przedstawiono lokalizację odcinka Opis stanu istniejącego. 3

4 Ogólny opis zagospodarowania terenu Przedmiotowy odcinek drogi wojewódzkiej nr 921 przebiega przez następujące miejscowość: - Kuźnia Nieborowska, - Krywałd, - Knurów, - Gierałtowice, - Przyszowice. Droga wojewódzka w większości przebiega przez teren zabudowany, gdzie główna zabudowa stanowi domu jednorodzinne, oraz w mniejszej ilości zabudowa wielorodzinna. Ukształtowanie istniejącego terenu można zaliczyć do płaskiego z niewielkimi wzniesieniami. Początek odcinka drogi położony jest na terenie Parku Cysterskich Kompozycji Krajobrazowych, do skrzyżowania z DW 924. Na przedmiotowym odcinku wzdłuż jezdni występuje luźna zabudowa jednorodzinna. Jezdnia posiada przekrój drogowy wraz z poboczami gruntowymi oraz rowami przydrożnymi. Od skrzyżowania z DW 924 w kierunku miejscowości Knurów wzdłuż drogi zostały zabudowane ciągi piesze. Szerokość ciągów pieszych jest zmienna od 1,50 do 2,00 m. Nawierzchnię ciągów pieszych można zaliczyć, jako przeciętną. Na wjeździe do miejscowości Knurów zostało zabudowane ronda na skrzyżowaniu ulic Rybnicka, Feliksa Michalskiego, Wilsona, Niepodległości. Na rondzie został wykonany dodatkowy pas ruchu dla pojazdów skręcających w prawo. Średnica zewnętrzna istniejącego ronda wynosi 40,00 m. a szerokość pasa ruchu wynosi 6.50 m. Na dalszym odcinku drogi zostały zabudowane chodniki po obu stronach jezdni. Kolejne skrzyżowanie typu rondo zostało wykonane na przecięciu ulic Niepodległości, Kopalniana, Dworcowa i 1-go Maja. Średnica ronda wynosi 35,00 m oraz szerokość jezdni wynosi 5,00 m. Ostatnie skrzyżowanie typu rondo na przedmiotowym odcinku zostało zlokalizowanej na połączeniu z łącznicą autostrady A-1. Średnica ronda wynosi 40,00 m. Na przedmiotowym odcinku występują liczna skrzyżowania z drogami (ulicami), które nie posiadają wymaganych parametrów technicznych. W tym przypadku, szczególną uwagę należy poświęcić na interpretowania skrzyżowania w celu przypisania ich do dróg publicznych lub do dróg wewnętrznych zgodnie z ustawą o 4

5 Drogach Publicznych. Taką analizę przeprowadzono na podstawie otrzymanych miejscowych planów zagospodarowania przestrzennego, a w celu potwierdzenia przyjętych rozwiązań wystąpiono do zarządców dróg o potwierdzenie dróg publicznych i wewnętrznych. Na przedmiotowym odcinku drogi wojewódzkiej zaobserwowano problemy w poruszania się pojazdów na trzej skrzyżowaniach: - skrzyżowanie z ul. Zwycięstwa (DW 924) w miejscowości Kuźni Nieborowskiej, - skrzyżowanie z ul. Stachury, Ks. Roboty w m. Gierałtowice, - skrzyżowanie z ul. Gierałtowicką, Korfantego w m. Gierałtowice. Ciąg drogi Dw 921 przecina się z istniejącą DK nr 44 w miejscowości Przyszowice, z tym przypadku skrzyżowanie z DK 44 zostało wyłączone z zakresu opracowania. Dodatkowo w trzech miejscach następuję przecięcie istniejącej jezdni z liniami kolejowymi. Z przeprowadzonych wywiadów wynika, że tylko jedno przecięcie zaliczana jest do terenów PKP, a pozostałe linie należą do Zakładów Górniczych. Wzdłuż całego odcinka występują istniejące obiekty inżynierskie w postaci przepustów pod drogą oraz obiektów mostowych. Istniejące przepusty zostały umieszone na istniejących ciekach w celu umożliwienia przeprowadzenia wód pod korpusem drogowym. Stan techniczny obiektów jest zmiennych od złych do dobrych. Obiekty te są zlokalizowane w ciągu drogi: km 0+280,45 [P1] przepust na rowie, lewostronnym dopływie rz. Bierawki km ,77 [M1] most na rz. Bierawce km 1+148,73 [P2] przepust na rowie, lewostronnym dopływie rz. Bierawki km 2+189,58 [P3] przepust na Cieku z Krywałdu km 3+813,18 [P4] przepust na rowie, lewostronnym dopływie pot. Knurówka km 3+989,06 [P5] przepust na cieku Czarnawka km 9+703,29 [P6] przepust na Rowie Bojkowskim km ,96 [P7] przepust na rowie, lewostr. dopływie pot. Oenontowickiego km ,12 [P8] przepust na rowie, lewostronnym dopływie pot.jasienica km12+988,35 [P9] przepust na rowie, lewostronnym dopływie pot.jasienica km ,37 [P10] przepust pomiędzy rowami drogowymi km ,30 [M2] most na starym korycie pot. Cienka. 5

6 3. Rozdział III- Rozwiązania projektowe Przyjęte parametry techniczne drogi. Podstawowymi założeniami do opracowania projektu było przyjęcie następujących parametrów technicznych dla drogi zgodnie z opisem przedmiotu zamówienia oraz w oparciu o Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej (Dz.U. Nr 43 /1999 r. Poz. 430) w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie: klasa drogi przy - G kategoria ruchu - KR5 (jezdnia) szerokość pasa ruchu - 3,50 m szerokość chodnika - 2,00m przekrój poprzeczny -1/2 nawierzchnia jezdni - podatna prędkość projektowa - V p= km/h prędkość miarodajna - V m= km/h szerokość pobocza - 1,25 m. szerokość zatoki autobusowej - 3,00 m, skos zjazdowy 1:8, wjazdowy 1:4 szerokość zjazdu indywidualnego - 4,00 6,00m szerokość zjazdu publicznego - 5,00-7,00 m. 6

7 3.2. Przyjęte parametry techniczne obiektów inżynierskich. Zestawienie obiektów inżynierskich na drodze DW 921 (założenia do przebudowy) L.p Km drogi / miejscowość 0+280,45 Kuźnia Nieborowska 1+714, ,36 Kuźnia Nieborowska 1+148,73 Kuźnia Nieborowska 2+189,58 Krywałd 3+813,18 Knurów 3+989,06 Knurów 9+703,29 Gierałtowice ,96 Przyszowice ,12 Przyszowice ,35 Przyszowice ,37 Przyszowice ,3 Przyszowice Ciek km obiekt długość rów km 1+400, lewostronny dopływ rz. Bierawki rz. Bierawki km most M1 37,17 m Rów km 0+425, lewostronny dopływ rz. Bierawki Ciek z Krywałdu km 0+125, lewostronny dopływ pot. Knurówka rów km 0+080, lewostronny dopływ pot. Knurówka Ciek Czarnawka km 0+080, lewostronny dopływ pot. Knurówka Rów Bojkowski km 1+960, lewostronny dopływ pot. Ornontowickiego rów km 1+780, lewostronny dopływ pot. Ornontowickiego, rów km 1+400, lewostronny dopływ II rzędu pot. Jasienica Wymagane światło min spadek dna przepust P1 15,81 m Dmin = 1200 mm i p min = 0,5% Lmin = 12,5 m Hmin = 4,11 m przepust P2 16,60 m Dmin = 1000 mm i = 2% przepust P3 30,44 m Dmin = 1200 mm i p min = 0,5% przepust P4 15,30 m Dmin = 800 mm i p min = 0,5% przepust P5 21,60 m Dmin = 1400 mm i p min = 2% przepust P6 15,17 m Dmin = 1400 mm i = 1% przepust P7 14,00 m Dmin = 1000 mm i p min = 0,5% przepust P8 (wybór wariantu z uwagi na warunki terenowe) 15,70 m Dmin = 1200 mm ramiak Bmin1,5xHmin1,0m Okular 2 x Dmin = 1000 mm - i p min = 0,5% rów km 0+960, lewostronny dopływ pot. Jasienica przepust P9 29,30 m Dmin = 1400 mm i p min = 0,5% pomiędzy rowami drogowymi stare koryto ujściowego odcinka pot. Cienka (aktualnie nieczynne) przepust P10 13,90 m Dmin = 800 mm i p min = 0,5% most M2 (przebudowa na przepust) 13,61 m Ramiak Bmin1,5 xhmin1,5m Bmin2,0 xhmin1,5m i p min = 0,3% 7

8 OKREŚLENIE PARAMETRÓW OBIEKTÓW INŻYNIERSKICH MOSTÓW I PRZEPUSTÓW 1. Przepust P1 na rowie w km 1+400, lewostronnym dopływie rz. Bierawki, pod ul. Knurowską w Kuźni Nieborowskiej (na odcinku projektowanej przebudowy drogi DW 921 w km 0+280,45) W tym rejonie droga przebiega przez tereny niezabudowane, leśne. Cała zlewnia rowu obejmuje również tereny niezabudowane, częściowo leśne, a częściowo rolnicze (pola uprawne i łąki). Rów zarówno po stronie wlotu jak i wylotu z przepustu ma bardzo zarośnięte skarpy wysokimi trawami i krzewami. 1.1.Obliczenie przepływu miarodajnego w rowie w przekroju wlotu do przepustu pod drogą Do przekroju obliczeniowego rów obejmuje obszar o powierzchni F 2 = 2,5 km 2. Jest to teren o charakterze rolniczym. W skład tej powierzchni głównie wchodzą: użytki zielone, pola uprawne i nieużytki F r = 2,0 km 2. las - F L = 0,50 km 2. - zbiornik wodny na terenie lasu F j = 0,02 km 2. Charakterystyka fizyczno-geograficzna zlewni rowu do przekroju obliczeniowego 8

9 Parametr fizyczno-geograficzny wartość Powierzchnia zlewni F 1 2,5 km 2 Długość cieku 3,30 km Długość dopływów 2,50 km Rzędna najwyższego wniesienia w zlewni W g 255,00 m npm Rzędna w przekroju obliczeniowym W d 227,00 m npm Obliczenie przepływu formułą opadową Maksymalny przepływ o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się określony jest wzorem Q p = f F 1 φ H 1 A λ p δ j f = 0,6 bezwymiarowy współczynnik kształtu fali na obszarze całego kraju za wyjątkiem pojezierzy φ = 0,50 współczynnik odpływu zależny od rodzaju gleby (dla glin piaszczystych), H 1 = 80 mm maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie 1% λ 1% = 1 kwantyl rozkładu tej zmiennej dla prawdopodobieństwa 1% dla makroregionu wyżyny Wyżyna Śląska 3c, δ j współczynnik redukcji jeziornej F1 maksymalny moduł odpływu jednostkowego zależny jest od hydromorfologicznej charakterystyki koryta cieku Φ r i czasu spływu po stokach t. Hydromorfologiczna charakterystyka koryta określona jest wzorem Φ r = (1000 L) : [ m I 1/3 rl A ¼ (φ H 1 ) ¼ ] δ j = 1 dla wskaźnika jeziorności JEZ = A j : A = 0,02 : 2,5 = 0,008 m = 9 miara szorstkości koryta (dla stałych i okresowych cieków wyżynnych meandrujących o częściowo nierównym dnie) Średni spadek zlewni do przekroju obliczeniowego I rl = (W g W d ) : L I rl = 0,6(255,00 227,00) : 3,30 = 5 Φ r = (1000 3,30) : [9 5 1/3 2,5 ¼ (0,50 80) 1/4 ] Φ r = 3300 : (9 1,71 1,26 2,51) = 3300 : 49 = 67,3 Φ r = 70 Hydromorfologiczna charakterystyka stoków określona jest wzorem Φ s = (1000 l s) 1/2 : [ m s i 1/4 s (φ H 1 ) 1/2 ] l s = 1 : 1,8 ρ ρ = (L + l) : A L = 3,3 km długość cieku wraz z suchą doliną L dop = 2,5 km A = 2,5 km 2 powierzchnia zlewni ρ = 5,8 : 2,5 = 2,32 l s = 1 : 1,8 2,32 = 0,24 m s = 0,10 miara szorstkości stoków porośniętych lasem m s = 0,15 miara szorstkości dla łąk i nieużytków m s śr = (0,15 2,0 + 0,1 0,5) : 2,5 = 0,14 Średni spadek stoków i s = (W g W d ) : A 1/2 = (255,00 227,00) : 2,50 =11,2 Φ s = (1000 0,24) 1/2 : [ 0,14 11,2 1/4 (0,50 80 ) 1/2 ] Φ s = 240 1/2 : [ 0,14 1,82 6,32 ] = 15,5 : 1,6 = 9,7 Φ s = 07 to t s = 130 min Wartość maksymalnego modułu odpływu jednostkowego F 1 dla 9

10 Φ r = 70 i t s = 130 min F 1 = 0,0282 Q 1% = 0,6 0,0282 0, ,5 1 1 = 1,70 m 3 /s Maksymalny przepływ o prawdopodobieństwie p: Q p% = Q 1% λ p% Przepływ Q n% λ p% Q n [m 3 /s] Q 1% 1 1,70 Q 2% 0,894 1,52 Q 3% 0,826 1,40 Q 10% 0,631 1,07 Q 20% 0,515 0, Określenie parametrów przepustu P1 na rowie Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Zakładamy przepust rurowy betonowy o nie zatopionym wlocie i wylocie, Przepływ miarodajny Q m = Q 1% = 1,70 m 3 /s I. Sprawdzenie parametrów przepustu o średnicy D = 1000 mm: - spadek dna i min. = 0,5% = 0,005 - długość przepustu około 15,81 m Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu (dla przepływu w ruchu jednostajnym) Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ 1/n = 60 współczynnik szorstkości dla przewodów betonowych wygładzonych F p - pole powierzchni przekroju przepływu, v p - średnia prędkość przepływu, B szerokość zwierciadła wody, P obwód zwilżony, R = F p : P promień hydrauliczny, i spadek podłużny dna t śr napełnienie Q natężenie przepływu. Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 Vp[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,80 0,12 0,93 0,13 0,25 1,06 0, ,40 0,98 0,30 1,37 0,22 0,36 1,42 0, ,50 1,00 0,39 1,57 0,25 0,39 1,65 0, ,75 0,87 0,64 2,09 0,31 0,46 1,95 1, ,90 0,60 0,75 2,50 0,30 0,45 1,90 1,43 Przyjmując zalecenia w/w Rozporządzenia, w przewodzie pracującym niepełnym przekrojem głębokość wody nie powinna być większa niż 75% jego wysokości lub średnicy. 10

11 Przy średnicy 1,0 przy założeniu minimalnego spadku i min. = 0,5% nie mieści się przepływ miarodajny Q max = 1,70 m 3 /s Parametry ruchu krytycznego Q : [D 2 (g D) ½ ] = 1,70: [1,0 2 (9,81 1,0) ½ ] = 1,70 : (1,0 3,13) = 1,7 : 3,13 = 0,54 h kr / D = 0,75 to h kr = 0,75 m F kr / D 2 = 0,6319 to F kr = 0,63 m 2 h kr = 0,75 m = h dop = 0,75 hp = 0,75 m Obliczenie spadku krytycznego i kr = (g n 2 P): (α B R 1/3 ) h kr = 0,75 m F kr = 0,63 m 2 n = 0,017 współczynnik szorstkości dla powierzchni betonowych α = 1,1 współczynnik energii kinetycznej Saint-Venanta P = 2,09 m obwód zwilżony przepustu R = 0,30 promień hydrauliczny B = 0,87 m szerokość zwierciadła wody w przepuście i kr = (9,81 0, ,09) : (1,1 0,87 0,30 1/3 ) = (9,81 0, ,09) : (1,1 0,87 0,67 ) i kr = 0,0059 : 0,64 = 0,009 = 9 Założony spadek podłużny dna przepustu i p = 5 < i kr = 9 Zależność przepływu w przepuście od wysokości strumienia spiętrzonego przed przepustem przy zachowaniu warunków ruchu krytycznego H o = [Q m : (m b kr (2g) ½ ] 2/3 Wg tabeli 3.1 zał. nr 1 do Rozporządzenia dla przepustów kołowych o nie zatopionym wlocie i wylocie, dla wlotu ze skrzydłami ukośnymi, współczynnik m t = 0,33 H o = [1,7 : (0,33 0,87 19,62 ½ ) ] 2/3 H o = (1,7 :1,27) 2/3 = 1,17 m H o = 1,17 m > h p = 1,0 m Obliczona wysokość strumienia spiętrzonego jest większa od założonej średnicy, więc należy przyjąć, że założona średnica D = 1,0 m nie spełnia warunków. II. Sprawdzenie parametrów przepustu o średnicy D = 1200 mm: - spadek dna i min. = 0,5% = 0,005 - długość przepustu około 15,81 m Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu (dla przepływu w ruchu jednostajnym) Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 V p[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,89 0,12 1,01 0,12 0,24 1,00 0, ,40 1,13 0,33 1,48 0,22 0,36 1,53 0, ,60 1,29 0,57 1,88 0,30 0,45 1,90 1, ,80 1,13 0,80 2,29 0,35 0,49 2,08 1, ,90 1,04 0,91 2,51 0,36 0,50 2,12 1,93 Przyjmując zalecenia w/w Rozporządzenia, w przewodzie pracującym niepełnym przekrojem głębokość wody nie powinna być większa niż 75% jego wysokości lub średnicy. 11

12 Przy średnicy 1,2 napełnienie maksymalne nie powinno przekroczyć 0,90 m, przy założonym spadku minimalnym dna i min. = 0,5% przepływ miarodajny Q 1% = 1,7 m 3 /s pomieści się przy głębokości 0,8 m. v p = 2,08 m/s < v p max = 3,5 m/s Parametry ruchu krytycznego Q : [D 2 (g D) ½ ] = 1,7 : [1,2 2 (9,81 1,2) ½ ] = 1,7 : (1,44 3,43) = 1,7 : 4,94 = 0,344 h kr / D = 0,600 to h kr = 0,72 m F kr / D 2 = 0,4920 to F kr = 0,71 m 2 Prędkość przepływu w przewodzie przepustu w warunkach ruchu krytycznego v p = Q m / F kr W przepustach o wysokości do 1,5 m v p 3,5 m/s F kr = 0,71 m 2 pole przekroju strumienia w przepuście prowadzącym wodę niepełnym przekrojem przy głębokości krytycznej v p kr = 1,7 : 0,71 = 2,4 m/s v p kr = 2,4 m/s < v p max = 3,5 m/s Obliczenie spadku krytycznego i kr = (g n 2 P): (α B R 1/3 ) h kr = 0,72 m F kr = 0,71 m 2 n = 0,017 współczynnik szorstkości dla powierzchni betonowych α = 1,1 współczynnik energii kinetycznej Saint-Venanta P = 2,13 m obwód zwilżony przepustu R = 0,33 promień hydrauliczny B = 1,18 m szerokość zwierciadła wody w przepuście i kr = (9,81 0, ,13) : (1,1 1,18 0,33 1/3 ) = (9,81 0, ,13) : (1,1 1,18 0,69 ) i kr = 0,006 : 0,89 = 0,0067 = 7 Założony spadek podłużny dna przepustu i p = 5 < i kr = 7 Zależność przepływu w przepuście od wysokości strumienia spiętrzonego przed przepustem przy zachowaniu warunków ruchu krytycznego H o = [Q m : (m b kr (2g) ½ ] 2/3 Wg tabeli 3.1 zał. nr 1 do Rozporządzenia dla przepustów kołowych o nie zatopionym wlocie i wylocie, dla wlotu ze skrzydłami ukośnymi, współczynnik m t = 0,33 H o = [1,7 : (0,33 1,18 19,62 ½ ) ] 2/3 H o = (1,7 :1,72) 2/3 = 0,99 m H o = 0,99 m < h p = 1,20 m Obliczona wysokość strumienia spiętrzonego jest mniejsza od założonej średnicy, więc należy przyjąć, że założona średnica D = 1,20 m spełnia warunki. Obliczenie stanowiska dolnego Przy przepływie niepełnym przekrojem, dla przepustów o nie zatopionym wlocie i wylocie głębokość w przekroju wylotowym wynosi : i p = 5 < i kr = 7 to h wyl = (0,7 0,8) h kr h wyl = 0,75 h kr = 0,75 0,72 = 0,54 m F wyl = 0,50 m 2 v wyl = Q m : F wyl = 1,7 : 0,50 = 3,4 m/s Wypad z wylotu przepustu powinien być umocniony na długości L w min = 3 D = 3 1,2 m = 3,60 m 12

13 Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu prefabrykatami betonowymi lub narzutem kamiennym zalanym betonem, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą Podsumowanie Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Obliczony przepływ miarodajny ze zlewni naturalnej w rowu przy ujściu do przekroju przepustu w km wynosi Q m = Q 1% = 1,70 m 3 /s Sprawdzono parametry hydrauliczne przepustu rurowego betonowego o średnicy D = 1,2 m Z wyliczeń wynika, że dla założonego przepływu Q m = 1,7 m 3 /s przepust rurowy o średnicy D= 1,2 m jest wystarczający. - przepust betonowy rurowy o nie zatopionym wlocie i wylocie, - średnica D = 1200 mm - długość części przelotowej około L p = 15,81 m - głębokość normalna przy przepływie miarodajnym wyniesie h 0 = 0,80 m < h dop = 0,75h p = 0,90 m - głębokość krytyczna h kr = 0,72 m (powyżej której w przepuście będzie panował ruch spokojny) - minimalny spadek podłużny dna przepustu i p min = 0,5% - spadek krytyczny i kr = 0,7 % > i p min = 0,5 (przy spadku mniejszym od krytycznego w przepuście będzie panował ruch spokojny) - wysokość energii spiętrzonego strumienia przed przepustem H o = 0,99 m < h p = 1,20 m - prędkość przepływu na wylocie v wyl = 3,4 m/s - niezbędne umocnienie wypadu z wylotu przepustu w obrębie dolnego stanowiska, na długości L w min = 3 B = 3 1,2 m = 3,6 m. Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu prefabrykatami betonowymi lub narzutem kamiennym zalanym betonem, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą. 13

14 2. Przepust P2 na rowie w km 0+425, lewostronnym dopływie rz. Bierawki pod ul. Rybnicką w Kuźni Nieborowskiej. (na odcinku projektowanej przebudowy drogi DW 921 w km 1+148,73) Rów przebiega przez teren leśny od stawów w lesie do rz. Bierawki. Długość odcinka od stawu do rzeki wynosi 530 m. Jest to odprowadzalnik nadmiaru wód, z przesiąków lub zrzutu wód ze stawów. W tym przypadku nie zachodzi potrzeba obliczeń przepływów, można by zasięgnąć informacji o gospodarce wodnej stawów zatwierdzonej w pozwoleniu wodnoprawnym. W tym przypadku należałoby dobrać średnicę przepustu w oparciu o Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie. Zgodnie z 43 ust. 1 pkt 2 przewody przepustów o przekrojach prostokątnych, owalnych i kołowych powinny mieć szerokość w świetle dla dróg klasy GP, G i Z nie mniejsza niż 0,8 m. Jednak z uwagi na obecne parametry przepustu i nieznajomość zasad gospodarki wodnej na stawach wskazane jest założenie przepustu kołowego o średnicy D = 1000 mm. Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu o średnicy D = 1000 mm dla przepływu w ruchu jednostajnym. Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ 1/n = 60 współczynnik szorstkości dla przewodów betonowych F p - pole powierzchni przekroju przepływu, 14

15 v p - średnia prędkość przepływu, B szerokość zwierciadła wody, P obwód zwilżony, R = F p : P promień hydrauliczny, i spadek podłużny dna t śr napełnienie Q natężenie przepływu. - przy minimalnym spadku dna i p = 0,5% = 0,005 Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 V p[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,80 0,12 0,93 0,13 0,25 1,05 0, ,40 0,98 0,30 1,37 0,22 0,36 1,53 0, ,50 1,00 0,39 1,57 0,25 0,39 1,65 0, ,75 0,87 0,64 2,09 0,31 0,46 1,95 1,25 - przy założonym spadku dna i p = 2% = 0,02 - długość przepustu 16,6 m Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 V p[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,80 0,12 0,93 0,13 0,25 2,12 0, ,40 0,98 0,30 1,37 0,22 0,36 3,05 0, ,50 1,00 0,39 1,57 0,25 0,39 3,30 1, ,75 0,87 0,64 2,09 0,31 0,46 3,90 2,50 Wypad z wylotu przepustu powinien być umocniony na minimum na długości L w min = 3 D = 3 1,0 m = 3,0 m Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu prefabrykatami betonowymi, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą Podsumowanie Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Przedmiotowy rów przebiega przez teren leśny od stawów w lesie do rz. Bierawki. Jest to odprowadzalnik nadmiaru wód, z przesiąków lub zrzutu wód ze stawów. Szczegółowe informacje o przepływach, tj. o gospodarowaniu wodą w stawach zawarte są w pozwoleniu wodnoprawnym dla tych stawów. W tym przypadku należałoby dobrać średnicę przepustu w oparciu o Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie. Zgodnie z 43 ust. 1 pkt 2 przewody przepustów o przekrojach prostokątnych, owalnych i kołowych powinny mieć szerokość w świetle dla dróg klasy GP, G i Z nie mniejsza niż 0,8 m. 15

16 Jednak z uwagi na obecne parametry przepustu i nieznajomość na danym etapie zasad gospodarki wodnej na stawach wskazane jest założenie przepustu kołowego o średnicy D =1000 mm. Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu o średnicy D = 1000 mm wykazało, że przy założonym spadku dna i p = 2% i dopuszczalnym napełnieniu 0,75h p = 0,75 m przepływ maksymalny wyniesie Q max = 2,50 m 3 /s Założona długość przepustu L p = 16,6 m Wskazane jest umocnienie wypadu z wylotu przepustu w obrębie dolnego stanowiska, na długości L w min = 3 B = 3 1,0 m = 3, m tj. skarp i dna rowu płytami ażurowymi, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą. 16

17 3. Most M1 na rz. Bierawce w km ciągu ul. Knurowskiej w Kuźni Nieborowskiej (na odcinku projekt. przebudowy drogi DW 921 od km 1+714,19 do 1+751,36) Most na rzece Bierawce zlokalizowany jest na terenach leśnych. Koryto rzeki w obrębie mostu jest uregulowane. Istniejący obiekt mostowy jest jednoprzęsłowy. Rzeka przepływa w wąskim jarze szerokości górą około 25 m i głębokości około 4,5 m licząc od dna rzeki Określenie przepływu miarodajnego w przekroju projektowanego mostu. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia r. z późn. zmianami (dz. U. Nr 63 z r. i Dz. U.z r. poz. 608) Dział II rozdział 2 pkt 1 18 ust. 3 mosty w ciągu dróg głównych i zbiorczych powinny być zaprojektowane na przepływ miarodajny o prawdopodobieństwie p = 0,5 % Obliczenie przepływu miarodajnego. Do obliczeń zastosowano metodę obszarowych równań regresji dla zlewni większych niż 50 km 2 w południowej części kraju. Zlewnia wyznaczona została na podstawie mapy hydrograficznej w skali 1: Powierzchnia zlewni A = 110,0 km 2 Długość cieku wraz z suchą doliną do działu wodnego L = 24,8 km 17

18 Maksymalny przepływ o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się określony jest wzorem: Q p = β 1 A 0,92 H 1 1,11 φ 1,07 I r 0,1 ψ 0,35 (1+ JEZ) 2,1 (1+B) -0,47 λ p A = 110,0 km 2 powierzchnia zlewni cieku β 1 = 0, wartość parametru odczytana z tablic dla określonego regionu kraju φ = 0,50 współczynnik odpływu zależny od rodzaju gleby (gliny piaszczyste), I r spadek cieku ψ średnie nachylenie zlewni H 1 = 80 mm maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie 1% odczytany z atlasu hydrologicznego B = 0 wskaźnik zabagnienia (nie występują w znaczącej wielkości) λ p = 1 kwantyl rozkładu tej zmiennej dla prawdopodobieństwa 1% odczytany z tablicy 2.5 Wytycznych... JEZ = 0 współczynnik redukcji jeziornej, w przypadku braku jezior w zlewni, których powierzchnia jest równa lub większa niż 1% powierzchni zlewni Spadek cieku I r= (W max W min) : L = (310,00m npm 221,00 m npm ) : 24,8 = 3,6 Średnie nachylenie zlewni Ψ = (W max W min) : A ½ = (310,00m npm 221,00 m npm) : 110,0 1/2 = 89 : 10,48 = 8,5 Q 1% = 0, ,0 0, ,11 0,5 1, 07 3,6 0,1 8,5 0,35 1 2,1 1-0,47 1 Q 1% = 0, ,52 129,55 0,48 1,14 2, = 33,8 m 3 /s Q 1% = 33,8 m 3 /s Korzystając z kwantyli rozkładu zmiennej λ p w 12 regionach Polski obliczymy przepływy o prawdopodobieństwie p = 0,5% Dla p = 0,5 % λ p = 1,1 dla makroregionu Wyżyna Śląska Q p = λ p Q 1% Q 0,5% = 33,8 1,1 = 37,2 m 3 /s Q 0,5% = 37,2 m 3 /s 3.3. Określenie poziomu przepływu Q 0,5% w przekroju niezabudowanym. Rzeka przepływa w wąskim jarze szerokości górą około 25 m i głębokości około 4,5 m licząc od dna rzeki. Prędkość wody dopływającej do przekroju obliczeniowego 2/3 ½ v o = 1/n R o u o 1/n - współczynników szorstkości wynosi: 1/n = 30 dla rzek w średnich warunkach przepływu, koryto czyste, skarpy porosłe trawą 1/n = 25 dla powierzchni z obfitym zielskiem i pojedynczymi krzakami 1/n = 15 dla powierzchni j.w. dodatkowo drzewa u o = 0,001 spadek podłużny zwierciadła wody R o = F/P promień hydrauliczny Powierzchnia przepływu F i obwód zwilżony P określone w oparciu o przekrój koryta rozrysowany w skali 1:100 na podstawie aktualnych pomiarów geodezyjnych. Szerokość dna b = 5,70 m Przepływ dla danego napełnienia t śr koryta rzeki Q = v o F Zestawienie parametrów hydraulicznych rz. Bierawki w nie zabudowanym przekroju mostu 18

19 L.p. Rz.[mnpm] t śr [m ] B [m ] F [m 2 R o [m 2/3 v ] P [m ] R ] o 1/n [m/s] Q[m 3 /s] Koryto główne [ og ] ,12 1,20 8,60 8,58 9,50 0,90 0, ,88 7, ,11 2,20 12,40 19,08 14,00 1,36 1, ,13 21, ,61 2,70 15,40 26,03 17,00 1,53 1,33 27,5 1,16 30, ,81 2,90 16,30 29,20 18,50 1,58 1, ,16 33, ,91 3,00 16,70 30,85 19,00 1,62 1, ,18 36, ,01 3,10 17,50 32,58 19,50 1,67 1,41 26,5 1,18 38, ,10 3,20 17,90 34,25 20,00 1,71 1,43 26,5 1,20 41,10 Przy głębokości w korycie głównym 3,10 m : Q o = 38,40 m 3 /s Q 0,5% = 37,20 m 3 /s Na podstawie przeprowadzonych obliczeń ustalono: Q m= Q 0,5% = 37,20 m 3 /s Q og = 37,20 m 3 /s v og = 1,18 m/s h og śr = 3,10 m B og = 17,50 m 3.3. Obliczenie światła mostu Określenie minimalnego światła mostu Z uwagi na fakt, że rozmyciu może ulec wyłącznie dno rzeki pod mostem do obliczenia minimalnego światła mostu zastosowano wzór: L min = Q oz : ( μ h v) h = h og śr = 3,10 m średnia głębokość w korycie głównym rzeki μ = 0,83 współczynnik zwężenia dla mostów (ze skrzydłami prostopadłymi do osi drogi) (zał. nr 1 do Rozporządzenia Ministra T.i G.M. z r., ) v prędkość wody pod mostem, założono prędkość nierozmywającą dna Dla glin średniozwięzłych v nr = 0,8 m/s h 1/5 = 0,8 3,10 1/5 = 1,0 m/s Ponieważ prędkość przepływu w korycie niezabudowanym v og = 1,18 m/s > v nr = 1,0 m/s założono do obliczeń v og. Koryto rzeki na tym odcinku jest uregulowane, posiada umocnioną stopę skarpy płotkiem wiklinowym, dla takiego umocnienia prędkość dopuszczalna wynosi v dop = 1,2 m/s. L min = 37,20 : ( 0,83 3,10 1,18) = 12,23 12,5 m Obliczenie spiętrzenia przed mostem Spiętrzenie przy nierozmytym przekroju mostowym. z = K αv 2 / 2g + α o (v o 2 v s 2 ) / 2g v o = 1,18 m/s średnia prędkość w przekroju niezabudowanym przy przepływie Q m v s - średnia prędkość powyżej mostu po spiętrzeniu α - współczynnik Saint Venanta K - współczynnik strat α i K - zgodnie z zał. nr 1 do Rozporządzenia Ministra T. i G.M. z r. α = 1 + M (α o 1) M = Q s / Q m 19

20 Q s przepływ w części koryta niezabudowanego odpowiadającej powierzchni przekroju mostowego brutto F m br F ogm = 32,58 m 2 F s = 30,33 m 2 Q s = F s v = 30,33 1,18 = 35,8 m 3 /s M = 35,8 / 37,2 = 0,96 K = 0,08 α = 1 + 0,96 (1,2 1) = 1,18 W pierwszym przybliżeniu zakładamy v o = v s z = K αv 2 / 2g = 0,08 1,18 1,18 2 / 2 9,81= 0,007 m 0,01 m Spiętrzenie przed mostem z = 0,01 m Powierzchnia przekroju koryta głównego rzeki przed mostem z uwzględnieniem piętrzenia wynosi 32, ,5 0,01 = 32,75 m 2, co stanowi 100,5 % powierzchni pierwotnej (różnica powierzchni mniejsza niż 5%), więc obliczona wartość spiętrzenia nie wymaga korekty Określenie rzędnej spodu konstrukcji mostu. Przyczółki mostu będą usytuowane na skarpach koryta głównego - przy rzędnej wody Q 0,5% - 204,00 m npm - B = 17,50 m - minimalny rozstaw przyczółków mostu L = 12,5 m - spiętrzenie wody przed mostem z r = 0,01 m Minimalne wzniesienie dolnej krawędzi konstrukcji projektowanego mostu nie powinno być mniejsze niż zalecane w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 20 kwietnia 2007 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie (art.58) zgodnie z zaleceniem administratora rzeki powinno wynosić 1,0 m nad poziom zwierciadła wielkiej wody miarodajnej: 204,00 m npm + 0,01 m + 1,0 m = 205,01 m npm Rzędna spodu konstrukcji mostu nie powinna być niższa od rzędnej 205,00 m npm 3.4. Podsumowanie Z obliczeń hydrologicznych i hydraulicznych oraz założeń projektowych wynika: - wielka woda miarodajna Q 0,5% = 37,20 m 3 /s - napełnienie koryta w przekroju niezabudowanym h o = 3,10 m - rzędna napełnienia w korycie głównym niezabudowanym przy przepływie Q 0,5% wynosi 204,01 m npm - szerokość lustra wody przy przepływie Q 0,5% wynosi B og = 17,5 m - prędkość przepływu w korycie niezabudowanym v o = 1,18 m/s - obliczone minimalne światło poziome mostu przy zachowaniu przepływu dopuszczalnego L min = 12,50 m - spiętrzenie wody przed mostem z = 0,01 m - obliczone minimalne światło pionowe mostu H min = 4,11 m - min. rzędna spodu konstrukcji mostu 205,02 m npm 20

21 4. Przepust P3 na Cieku z Krywałdu w km 0+125, lewostronnym dopływie pot. Knurówka pod ul. Rybnicką w Krywałdzie. (na odcinku projektowanej przebudowy drogi DW 921 w km 2+189,58) W tym rejonie droga przebiega przez tereny o mało intensywnej zabudowie. Po stronie południowej drogi znajduje się zabudowa luźna, a po stronie północnej są tereny rolne. Przed wlotem do przepustu koryto cieku jest głębokie, naturalne, przy górze skarp rosną drzewa. Na lewym brzegu cieku wzdłuż drogi wpada krótki odcinek rowu wyłożonego płytami chodnikowymi od przepustu ramowego. Poniżej wylotu z przepustu koryto, znajdujące się w dolince, jest całkowicie zarośnięte chaszczami, krzewami i drzewami Obliczenie przepływu miarodajnego w Cieku z Krywałdu w km 0+125, w przekroju wlotu do przepustu pod drogą Do ujścia do cieku Knurówka zlewnia cieku obejmuje obszar o powierzchni F 2 = 1,65 km 2. W skład tej powierzchni aktualnie wchodzą: - użytki zielone i nieużytki F r = 0,50 km 2. - tereny leśne - F L = 0,625 km 2. - zbiorniki wodne F os = 0,025 km 2. - zabudowa luźna F z = 0,50 km 2. Charakterystyka fizyczno-geograficzna zlewni cieku z Krywałdu Parametr fizyczno-geograficzny 21 wartość Powierzchnia zlewni F 1 1,65 km 2 Długość cieku 2,00 km Długość dopływów 3,7 km

22 Rzędna najwyższego wniesienia w zlewni W g Rzędna w przekroju obliczeniowym W d 240,00 m npm 223,50 m npm Obliczenie przepływu formułą opadową Maksymalny przepływ o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się określony jest wzorem Q p = f F 1 φ H 1 A λ p δ j f = 0,6 bezwymiarowy współczynnik kształtu fali na obszarze całego kraju za wyjątkiem pojezierzy φ = 0,50 współczynnik odpływu zależny od rodzaju gleby (dla glin piaszczystych), H 1 = 80 mm maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie 1% λ 1% = 1 kwantyl rozkładu tej zmiennej dla prawdopodobieństwa 1% dla makroregionu wyżyny Wyżyna Śląska 3c, δ j współczynnik redukcji jeziornej F1 maksymalny moduł odpływu jednostkowego zależny jest od hydromorfologicznej charakterystyki koryta cieku Φ r i czasu spływu po stokach t. Hydromorfologiczna charakterystyka koryta określona jest wzorem Φ r = (1000 L) : [ m I 1/3 rl A ¼ (φ H 1 ) ¼ ] Jako jezioro uwzględniono osadniki δ j = 0,97 dla wskaźnika jeziorności JEZ = A j : A = 0,025 : 1,65 = 0,015 m = 9 miara szorstkości koryta (dla stałych i okresowych cieków wyżynnych meandrujących o częściowo nierównym dnie) Średni spadek zlewni do przekroju obliczeniowego I rl = (W g W d ) : L I rl = (240,00 223,5) : 2,0 = 8,2 Φ r = (1000 2,0) : [9 8,2 1/3 1,65 ¼ (0,50 80) 1/4 ] Φ r = 2000 : (9 2 1,13 2,51) = 2000 : 51,1 = 39,1 40 Φ r = 40 Hydromorfologiczna charakterystyka stoków określona jest wzorem Φ s = (1000 l s) 1/2 : [ m s i 1/4 s (φ H 1 ) 1/2 ] l s = 1 : 1,8 ρ ρ = (L + l) : A L = 2,0 km długość cieku wraz z suchą doliną L dop = 3,7 km A = 1,65 km 2 powierzchnia zlewni ρ = 5,7 : 1,65 = 3,45 l s = 1 : 1,8 3,45 = 0,16 m s = 0,25 miara szorstkości stoków wybrukowanych i osiedlach o zabudowie 20% m s = 0,10 miara szorstkości stoków porośniętych lasem m s = 0,15 miara szorstkości dla łąk i nieużytków m s śr = (0,25 0,50 +0,15 0,50 + 0,1 0,62) : 1,625 = 0,16 Średni spadek stoków i s = (W g W d ) : A 1/2 = (240,00 223,50 ) : /2 = 16,5 : 1,28 = 12,9 Φ s = (1000 0,16) 1/2 : [ 0,16 12,9 1/4 (0,50 80 ) 1/2 ] Φ s = 160 1/2 : [ 0,16 1,89 6,32 ] = 12,6 : 1,91 = 6,6 Φ s = 6,6 to t s = 68 min Wartość maksymalnego modułu odpływu jednostkowego F 1 dla 22

23 Φ r = 40 i t s = 68 min F 1 = 0,0519 Maksymalny przepływ o prawdopodobieństwie p = 1% Q 1% = 0,6 0,0519 1, ,50 0,97 1 = 2,00 m 3 /s Przepływ ze zlewni naturalnej w cieku z Krywałdu przy ujściu do cieku Knurówka: Maksymalny przepływ o prawdopodobieństwie p: Q p% = Q 1% λ p% Przepływ Q n% λ p% Q n [m 3 /s] Q 1% 1 2,0 Q 2% 0,894 1,79 Q 3% 0,826 1,65 Q 10% 0,631 1,26 Q 20% 0,515 1, Określenie parametrów przepustu P3 na cieku z Krywałdu Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Zakładamy przepust rurowy betonowy o nie zatopionym wlocie i wylocie, Przepływ miarodajny Q m = Q 1% = 2,0 m 3 /s Przyjęte parametry przepustu: - przepust rurowy betonowy o średnicy D = 1200 mm - spadek dna i min. = 0,5% = 0,005 - długość przepustu około 30,44 m Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu (dla przepływu w ruchu jednostajnym) Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ 1/n = 60 współczynnik szorstkości dla przewodów betonowych F p - pole powierzchni przekroju przepływu, v p - średnia prędkość przepływu, B szerokość zwierciadła wody, P obwód zwilżony, R = F p : P promień hydrauliczny, i spadek podłużny dna t śr napełnienie Q natężenie przepływu Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 V p[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,89 0,12 1,01 0,12 0,24 1,00 0, ,40 1,13 0,33 1,48 0,22 0,36 1,53 0,50 23

24 3. 0,60 1,29 0,57 1,88 0,30 0,45 1,90 1, ,80 1,13 0,80 2,29 0,35 0,49 2,08 1, ,90 1,04 0,91 2,51 0,36 0,50 2,12 1, ,95 0,97 0,96 2,63 0,36 0,50 2,12 2,04 Przyjmując zalecenia w/w Rozporządzenia, w przewodzie pracującym niepełnym przekrojem głębokość wody nie powinna być większa niż 75% jego wysokości lub średnicy. Przy średnicy 1,2 napełnienie maksymalne nie powinno przekroczyć 0,90 m, co odpowiada w przybliżeniu maksymalnemu przepływowi Q max = 2,0 m 3 /s Parametry ruchu krytycznego Q : [D 2 (g D) ½ ] = 2,0 : [1,2 2 (9,81 1,2) ½ ] = 2,0 : (1,44 3,43) = 2,0 : 4,94 = 0,405 h kr / D = 0,650 to h kr = 0,78 m F kr / D 2 = 0,5404 to F kr = 0,78 m 2 Prędkość przepływu w przewodzie przepustu w warunkach ruchu krytycznego v p = Q m / F kr W przepustach o wysokości do 1,5 m v p 3,5 m/s F kr = 0,78 m 2 pole przekroju strumienia w przepuście prowadzącym wodę niepełnym przekrojem przy głębokości krytycznej v p kr = 2 : 0,78 = 2,56 m/s v p = 2,45 m/s < v p max = 3,5 m/s Obliczenie spadku krytycznego i kr = (g n 2 P): (α B R 1/3 ) h kr = 0,78 m F kr = 0,78 m 2 n = 0,017 współczynnik szorstkości dla powierzchni betonowych α = 1,1 współczynnik energii kinetycznej Saint-Venanta P = 2,29 m obwód zwilżony przepustu R = 0,34 promień hydrauliczny B = 0,97 m szerokość zwierciadła wody w przepuście i kr = (9,81 0, ,29) : (1,1 0,97 0,34 1/3 ) = (9,81 0, ,29) : (1,1 0,97 0,7 ) i kr = 0,0065 : 0,747 = 0,0087 = 9 Założony spadek podłużny dna przepustu i p = 5 < i kr = 9 Zależność przepływu w przepuście od wysokości strumienia spiętrzonego przed przepustem przy zachowaniu warunków ruchu krytycznego H o = [Q m : (m b kr (2g) ½ ] 2/3 Wg tabeli 3.1 zał. nr 1 do Rozporządzenia dla przepustów kołowych o nie zatopionym wlocie i wylocie, dla wlotu ze skrzydłami ukośnymi, współczynnik m t = 0,33 H o = [2,0 : (0,33 1,20 19,62 ½ ) ] 2/3 H o = (2,0 :1,75) 2/3 = 1,09 m H o = 1,09 m < h p = 1,20 m Obliczona wysokość strumienia spiętrzonego jest mniejsza od założonej średnicy, więc należy przyjąć, że założona średnica D = 1,20 m spełnia warunki. Obliczenie stanowiska dolnego Przy przepływie niepełnym przekrojem, dla przepustów o nie zatopionym wlocie i wylocie głębokość w przekroju wylotowym wynosi : i p = 5 < i kr = 9 to h wyl = (0,7 0,8) h kr h wyl = 0,75 h kr = 0,75 0,78 = 0,59 m F wyl = 0,57 m 2 v wyl = Q m : F wyl = 2,0 : 0,57 = 3,50 m/s 24

25 Wypad z wylotu przepustu powinien być umocniony na długości L w min = 3 D = 3 1,2 m = 3,60 m Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu prefabrykatami betonowymi lub narzutem kamiennym zalanym betonem, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą Podsumowanie Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Obliczony przepływ miarodajny ze zlewni naturalnej w cieku z Krywałdu przy ujściu do cieku Knurówka wynosi Q m = Q 1% = 2,0 m 3 /s Sprawdzono parametry hydrauliczne przepustu rurowego betonowego o średnicy D = 1,2 m Z wyliczeń wynika, że dla założonego przepływu Q m = 2,0 m 3 /s przepust rurowy o średnicy D= 1,2 m jest wystarczający. - przepust betonowy rurowy o nie zatopionym wlocie i wylocie, - średnica D = 1200 mm - długość części przelotowej około L p = 30,44 m - głębokość normalna przy przepływie miarodajnym wyniesie h 0 = 0,93 m h dop = 0,75h p = 0,90 m - głębokość krytyczna h kr = 0,78 m (powyżej której w przepuście będzie panował ruch spokojny) - minimalny spadek podłużny dna przepustu i p min = 0,5% - spadek krytyczny i kr = 0,9 % > i p min = 0,5 (przy spadku mniejszym od krytycznego w przepuście będzie panował ruch spokojny) - wysokość energii spiętrzonego strumienia przed przepustem H o = 1,09 m < h p = 1,20 m - prędkość przepływu na wylocie v wyl = 3,5 m/s - niezbędne umocnienie wypadu z wylotu przepustu w obrębie dolnego stanowiska, na długości L w min = 3 B = 3 1,2 m = 3,6 m. Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu prefabrykatami betonowymi lub narzutem kamiennym zalanym betonem, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą. 25

26 5. Przepust P4 na rowie w km 0+080, lewostronnym dopływie do rowu opaskowego pot. Knurówka pod ul. Niepodległości w Knurowie. (na odcinku projektowanej przebudowy drogi DW 921 w km 3+813,18) Przepust zlokalizowany jest w terenie niezabudowanym. Po południowej stronie drogi jest las, a rów przebiegający przez las przed wlotem do przepustu jest wąski, zrośnięty krzewami i drzewami. Natomiast poniżej wylotu z przepustu po stronie północnej drogi koryto rowu jest głębokie około 3,0 m, regularne, dobrze utrzymane, na odcinku około 6 m umocnione płytami ażurowymi, dalej wykoszone skarpy. Tuż poniżej drogi na lewym brzegu rowu jest wylot Obliczenie przepływu miarodajnego w rowie w km 0+080, do ujścia do rzeki Knurówki Do ujścia do cieku Knurówka zlewnia cieku obejmuje obszar o powierzchni F 2 = 0,42 km 2. W skład tej powierzchni aktualnie wchodzą: - tereny leśne - F L = 0,42 km 2. - zbiorniki wodne F os = 0,05 km 2. Charakterystyka fizyczno-geograficzna zlewni cieku z Krywałdu Parametr fizyczno-geograficzny wartość Powierzchnia zlewni F 1 0,42 km 2 Długość cieku 1,30 km Długość dopływów 0,26 km 26

27 Rzędna najwyższego wniesienia w zlewni W g Rzędna w przekroju obliczeniowym W d 240,00 m npm 226,0 m npm Obliczenie przepływu formułą opadową Maksymalny przepływ o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się określony jest wzorem Q p = f F 1 φ H 1 A λ p δ j f = 0,6 bezwymiarowy współczynnik kształtu fali na obszarze całego kraju za wyjątkiem pojezierzy φ = 0,50 współczynnik odpływu zależny od rodzaju gleby (dla glin piaszczystych), H 1 = 80 mm maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie 1% λ 1% = 1 kwantyl rozkładu tej zmiennej dla prawdopodobieństwa 1% dla makroregionu wyżyny Wyżyna Śląska 3c, δ j współczynnik redukcji jeziornej F1 maksymalny moduł odpływu jednostkowego zależny jest od hydromorfologicznej charakterystyki koryta cieku Φ r i czasu spływu po stokach t. Hydromorfologiczna charakterystyka koryta określona jest wzorem Φ r = (1000 L) : [ m I 1/3 rl A ¼ (φ H 1 ) ¼ ] δ j = 0,82 dla wskaźnika jeziorności JEZ = A j : A = 0,05 : 0,45 = 0,11 m = 9 miara szorstkości koryta (dla stałych i okresowych cieków wyżynnych meandrujących o częściowo nierównym dnie) Średni spadek zlewni do przekroju obliczeniowego I rl = (W g W d ) : L I rl = (240,00 226,0) : 1,3 = 11 Φ r = (1000 1,30) : [9 11 1/3 0,45 ¼ (0,50 80) 1/4 ] Φ r = 1300 : (9 2,22 0,82 2,51) = 1300 : 41,1 = 31,6 30 Φ r = 30 Hydromorfologiczna charakterystyka stoków określona jest wzorem Φ s = (1000 l s) 1/2 : [ m s i 1/4 s (φ H 1 ) 1/2 ] l s = 1 : 1,8 ρ ρ = (L + l) : A L = 1,3 km długość cieku wraz z suchą doliną L dop = 0,26 km A = 0,45 km 2 powierzchnia zlewni ρ = 1,56 : 0,45 = 3,47 l s = 1 : 1,8 3,47 = 0,16 m s = 0,10 miara szorstkości stoków porośniętych lasem Średni spadek stoków i s = (W g W d ) : A 1/2 = (240,00 226,00 ) : 0,45 1/2 = 14 : 0,67 = 21 Φ s = (1000 0,16) 1/2 : [ 0,1 21 1/4 (0,50 80 ) 1/2 ] Φ s = 160 1/2 : [ 0,1 2,14 6,32 ] = 12,6 : 1,35 = 9,3 Φ s = 9,3 to t s = 120 min Wartość maksymalnego modułu odpływu jednostkowego F 1 dla Φ r = 30 i t s = 120 min F 1 = 0,0595 Maksymalny przepływ o prawdopodobieństwie p = 1% 27

28 Q 1% = 0,6 0,0595 0, ,50 0,82 1 = 0,53 m 3 /s Przepływ ze zlewni naturalnej w rowie przy ujściu do cieku Knurówka: Maksymalny przepływ o prawdopodobieństwie p: Q p% = Q 1% λ p% Przepływ Q n% λ p% Q n [m 3 /s] Q 1% 1 0,53 Q 2% 0,894 0,47 Q 3% 0,826 0,44 Q 10% 0,631 0,33 Q 20% 0,515 0, Określenie parametrów przepustu P4 na rowie Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Przepływ miarodajny Q m = Q 1% = 0,53 m 3 /s Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie 43 ust. 1 pkt 2 przewody przepustów o przekrojach prostokątnych, owalnych i kołowych powinny mieć szerokość w świetle dla dróg klasy GP, G i Z nie mniejsza niż 0,8 m. Sprawdzenie warunków hydraulicznych przepustu rurowego o średnicy D = 800 mm Przyjęte parametry przepustu: - przepust o nie zatopionym wlocie i wylocie - przepust betonowy o średnicy D = 900 mm - spadek dna i min. = 0,5% = 0,005 - długość przepustu około 15,30 m Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu (dla przepływu w ruchu jednostajnym) Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ 1/n = 60 współczynnik szorstkości dla przewodów betonowych F p - pole powierzchni przekroju przepływu, v p - średnia prędkość przepływu, B szerokość zwierciadła wody, P obwód zwilżony, R = F p : P promień hydrauliczny, i spadek podłużny dna t śr napełnienie Q natężenie przepływu 28

29 Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 V p[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,69 0,10 0,83 0,12 0,24 1,00 0, ,40 0,80 0,25 1,26 0,20 0,34 1,44 0, ,60 0,69 0,40 1,67 0,24 0,38 1,60 0, ,80-0,50 2,51 0,20 0,34 1,44 0,72 Przyjmując zalecenia w/w Rozporządzenia, w przewodzie pracującym niepełnym przekrojem głębokość wody nie powinna być większa niż 75% jego wysokości lub średnicy. Przy średnicy 0,8 napełnienie maksymalne nie powinno przekroczyć 0,60 m, co odpowiada w przybliżeniu maksymalnemu przepływowi Q max = 0,53 m 3 /s Parametry ruchu krytycznego Q : [D 2 (g D) ½ ] = 0,53 : [0,8 2 (9,81 0,8) ½ ] = 0,53 : (0,64 2,80) = 0,53 : 1,79 = 0,296 h kr / D = 0,550 to h kr = 0,44 m F kr / D 2 = 0,4426 to F kr = 0,28 m 2 Prędkość przepływu w przewodzie przepustu w warunkach ruchu krytycznego v p = Q m / F kr W przepustach o wysokości do 1,5 m v p 3,5 m/s F kr = 0,28 m 2 pole przekroju strumienia w przepuście prowadzącym wodę niepełnym przekrojem przy głębokości krytycznej v p kr = 0,53 : 0,28 = 1,90 m/s v p = 1,90 m/s < v p max = 3,5 m/s Obliczenie spadku krytycznego i kr = (g n 2 P): (α B R 1/3 ) h kr = 0,44 m F kr = 0,28 m 2 n = 0,017 współczynnik szorstkości dla powierzchni betonowych α = 1,1 współczynnik energii kinetycznej Saint-Venanta P = 1,35 m obwód zwilżony przepustu R = 0,21 promień hydrauliczny B = 0,79 m szerokość zwierciadła wody w przepuście i kr = (9,81 0, ,35) : (1,1 0,79 0,21 1/3 ) = (9,81 0, ,35) : (1,1 0,79 0,59 ) i kr = 0,0038 : 0,513 = 0,0074 = 7,5 Założony spadek podłużny dna przepustu i p = 5 < i kr = 7,5 Zależność przepływu w przepuście od wysokości strumienia spiętrzonego przed przepustem przy zachowaniu warunków ruchu krytycznego H o = [Q m : (m b kr (2g) ½ ] 2/3 Wg tabeli 3.1 zał. nr 1 do Rozporządzenia dla przepustów kołowych o nie zatopionym wlocie i wylocie, dla wlotu ze skrzydłami ukośnymi, współczynnik m t = 0,33 H o = [0,53 : (0,33 0,79 19,62 ½ ) ] 2/3 H o = (0,53 :1,15) 2/3 = 0,59 m H o = 0,59 m < h p = 0,8 m Obliczona wysokość strumienia spiętrzonego jest mniejsza od założonej średnicy, więc należy przyjąć, że założona średnica D = 0,8 m spełnia warunki. 29

30 Obliczenie stanowiska dolnego Przy przepływie niepełnym przekrojem, dla przepustów o nie zatopionym wlocie i wylocie głębokość w przekroju wylotowym wynosi : i p = 5 < i kr = 7,5 to h wyl = (0,7 0,8) h kr h wyl = 0,75 h kr = 0,75 0,44 = 0,30 m F wyl = 0,27 m 2 v wyl = Q m : F wyl = 0,53 : 0,27 = 1,96 m/s Wypad z wylotu przepustu powinien pozostać umocniony. Istniejące umocnienia skarp i dna rowu płytami ażurowymi Podsumowanie Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Obliczony przepływ miarodajny ze zlewni naturalnej rowu przy ujściu do cieku Knurówka wynosi Q m = Q 1% = 0,53 m 3 /s Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie 43 ust. 1 pkt 2 przewody przepustów o przekrojach prostokątnych, owalnych i kołowych powinny mieć szerokość w świetle dla dróg klasy GP, G i Z nie mniejsza niż 0,8 m. Sprawdzono parametry hydrauliczne przepustu rurowego betonowego o średnicy D = 0,8 m Z wyliczeń wynika, że dla założonego przepływu Q m = 0,53 m 3 /s przepust rurowy o średnicy D= 0,8 m jest wystarczający. - przepust betonowy rurowy o nie zatopionym wlocie i wylocie, - średnica D = 800 mm - długość części przelotowej około L p = 15,30 m - głębokość normalna przy przepływie miarodajnym wyniesie h 0 = 0,60 m h dop = 0,75h p = 0,60 m - głębokość krytyczna h kr = 0,44 m (powyżej której w przepuście będzie panował ruch spokojny) - minimalny spadek podłużny dna przepustu i p min = 0,5% - spadek krytyczny i kr = 0,7,7 % > i p min = 0,5 (przy spadku mniejszym od krytycznego w przepuście będzie panował ruch spokojny) - wysokość energii spiętrzonego strumienia przed przepustem H o = 0,59 m < h p = 0,80 m - prędkość przepływu na wylocie v wyl = 1,96 m/s - niezbędne umocnienie wypadu z wylotu przepustu w obrębie dolnego stanowiska, na długości L w min = 3 B = 3 0,8 m = 2,40 m. Wypad z wylotu przepustu powinien pozostać umocniony. Istniejące umocnienia skarp i dna rowu płytami ażurowymi. 30

31 6. Przepust P5 na cieku Czarnawka (lewostronny dopływ potoku Knurówka w km 2+200) w km pod ul. Niepodległości w m. Knurów. (na odcinku projektowanej przebudowy drogi DW 921 w km 3+989,06) Przepust zlokalizowany jest w terenie niezabudowanym. Ciek Czarnawka w obrębie przepustu posiada czyste dno, ale skarpy zarośnięte wysoką trawą. Koryto przed wlotem do przepustu jest węższe. Poniżej przepustu koryto cieku przekracza rura niższa niż pionowe światło przepustu Obliczenie przepływu miarodajnego w cieku Czarnawka, do ujścia do rzeki Knurówki Do ujścia do Knurówki zlewnia Czarnawki obejmuje obszar o powierzchni F 2 = 3,25 km 2. W skład tej powierzchni aktualnie wchodzą: - Użytki zielone i nieużytki F r = 1,13 km 2. - las - F L = 0,80 km 2. - osadniki F os = 0,22 km 2. - zabudowa luźna F z = 0,30 km 2. - tereny przemysłowe F zp= 0,80 km 2. Ciek Czarnawka wypływy z rejonu Kopalni Knurów i prowadzi wody zrzucane przez tę kopalnie. Charakterystyka fizyczno-geograficzna zlewni cieku Czarnawka Parametr fizyczno-geograficzny wartość Powierzchnia zlewni F 1 3,25 km 2 31

32 Długość cieku Długość doliny odwadnianej przez ciek Długość dopływów Rzędna najwyższego wniesienia w zlewni W g Rzędna w przekroju obliczeniowym W d 1,10 km 2,00 km 2,00 km 245,00 m npm 229,00 m npm Obliczenie przepływu formułą opadową Maksymalny przepływ o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się określony jest wzorem Q p = f F 1 φ H 1 A λ p δ j f = 0,6 bezwymiarowy współczynnik kształtu fali na obszarze całego kraju za wyjątkiem pojezierzy φ = 0,50 współczynnik odpływu zależny od rodzaju gleby (dla glin piaszczystych), H 1 = 80 mm maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie 1% λ 1% = 1 kwantyl rozkładu tej zmiennej dla prawdopodobieństwa 1% dla makroregionu wyżyny Wyżyna Śląska 3c, δ j współczynnik redukcji jeziornej F1 maksymalny moduł odpływu jednostkowego zależny jest od hydromorfologicznej charakterystyki koryta cieku Φ r i czasu spływu po stokach t. Hydromorfologiczna charakterystyka koryta określona jest wzorem Φ r = (1000 L) : [ m I 1/3 rl A ¼ (φ H 1 ) ¼ ] Jako jezioro uwzględniono osadniki δ j = 0,868 dla wskaźnika jeziorności JEZ = A j : A = 0,22 : 3,25 = 0,07 m = 9 miara szorstkości koryta (dla stałych i okresowych cieków wyżynnych meandrujących o częściowo nierównym dnie) Średni spadek zlewni do przekroju obliczeniowego I rl = (W g W d ) : L I rl = (245,00 229,00) : 3,10 = 5,2 Φ r = (1000 3,10) : [9 5,2 1/3 3,25 ¼ (0,50 80) 1/4 ] Φ r = 3100 : (9 1,72 1,34 2,51) = 3100 : 52,1 = 59,5 Φ r = 60 Hydromorfologiczna charakterystyka stoków określona jest wzorem Φ s = (1000 l s) 1/2 : [ m s i 1/4 s (φ H 1 ) 1/2 ] l s = 1 : 1,8 ρ ρ = (L + l) : A L = 3,1 km długość cieku wraz z suchą doliną L dop = 2,0 km A = 3,25 km 2 powierzchnia zlewni ρ = 5,1 : 3,25 = 1,57 l s = 1 : 1,8 1,57 = 0,35 m s = 0,25 miara szorstkości stoków wybrukowanych i osiedlach o zabudowie 20% m s = 0,10 miara szorstkości stoków porośniętych lasem m s = 0,15 miara szorstkości dla łąk i nieużytków m s = 0,30 miara szorstkości dla powierzchni gruntowej splantowanej, ubitej m s śr = (0,25 0,30 +0,15 1,13 + 0,1 0,8 + 0,30 0,8) : 3,03 = 0,186 32

33 Średni spadek stoków i s = (W g W d ) : A 1/2 = 16 : 1,8 = 8,9 9 Φ s = (1000 0,35) 1/2 : [ 0, /4 (0,50 80 ) 1/2 ] Φ s = 350 1/2 : [ 0,186 1,73 6,32 ] = 18,7 : 2,0 = 9,3 Φ s = 8,9 to t s = 120 min Wartość maksymalnego modułu odpływu jednostkowego F 1 dla Φ r = 60 i t s = 120 min F 1 = 0,0322 Q 1% = 0,6 0,0322 0, ,25 1 0,868 = 2,18 m 3 /s Przepływ ze zlewni naturalnej w Czarnawce przy ujściu do cieku Knurówka. Maksymalny przepływ o prawdopodobieństwie p: Q p% = Q 1% λ p% Z uwagi na dodatkowe odprowadzenie ścieków przemysłowych zaleca się zwiększyć przepływ o 20%: tj. Q ściek = 0,2 2,18 = 0,44 [m 3 /s] Przepływ ze zlewni naturalnej w cieku Czarnawka przy ujściu do cieku Knurówka, przy uwzględnieniu odprowadzanych ścieków: Q c = Q n + Q ściek Przepływ Q n% λ p% Q n [m 3 /s] Q c [m 3 /s] Q 1% 1 2,18 2,62 Q 2% 0,894 1,95 2,40 Q 3% 0,826 1,80 2,25 Q 10% 0,631 1,37 1,80 Q 20% 0,515 1,12 1, Określenie parametrów przepustu P5 na cieku Czarnawka Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Zakładamy przepust rurowy betonowy o nie zatopionym wlocie i wylocie, Przepływ miarodajny Q m = Q 1% + Q ściek = 2,65 m 3 /s Sprawdzenie parametrów przepustu o średnicy D = 1400 mm: - założony spadek dna i = 2,0 % = 0,2 - długość przepustu około 21,60 m Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu (dla przepływu w ruchu jednostajnym) Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ 1/n = 60 współczynnik szorstkości dla przewodów betonowych wygładzonych F p - pole powierzchni przekroju przepływu, 33

34 v p - średnia prędkość przepływu, B szerokość zwierciadła wody, P obwód zwilżony, R = F p : P promień hydrauliczny, i spadek podłużny dna t śr napełnienie Q natężenie przepływu. Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 Vp[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,98 0,14 1,09 0,13 0,25 2,12 0, ,50 1,34 0,49 1,80 0,27 0,41 3,48 1, ,60 1,39 0,63 2,00 0,31 0,46 3,90 2, ,65 1,40 0,70 2,10 0,33 0,48 4,10 2, ,80 1,39 0,91 2,40 0,38 0,51 4,32 3, ,90 1,34 1,05 2,61 0,40 0,54 4,58 4, ,00 1,26 1,18 2,82 0,42 0,56 4,75 5,60 Przyjmując zalecenia w/w Rozporządzenia, w przewodzie pracującym niepełnym przekrojem głębokość wody nie powinna być większa niż 75% jego wysokości lub średnicy. Przy średnicy 1,4 napełnienie maksymalne nie powinno przekroczyć 1,05 m, przy założonym spadku dna i = 2% przepływ miarodajny Q 1% = 2,65 m 3 /s pomieści się przy głębokości około ho = 0,62 m. v p = 3,9 m/s > v p max = 3,5 m/s co nie jest zalecane Parametry ruchu krytycznego Q : [D 2 (g D) ½ ] = 2,65 : [1,4 2 (9,81 1,4) ½ ] = 2,65 : (1,96 3,70) = 2,65 : 7,26 = 0,365 h kr / D = 0,612 to h kr = 0,86 m F kr / D 2 = 0,5042 to F kr = 0,98 m 2 Prędkość przepływu w przewodzie przepustu w warunkach ruchu krytycznego v p = Q m / F kr W przepustach o wysokości do 1,5 m v p 3,5 m/s F kr = 0,98 m 2 pole przekroju strumienia w przepuście prowadzącym wodę niepełnym przekrojem przy głębokości krytycznej v p kr = 2,65 : 0,98 = 2,65 m/s v p kr = 2,65 m/s < v p max = 3,5 m/s Obliczenie spadku krytycznego i kr = (g n 2 P): (α B R 1/3 ) h kr = 0,86 m F kr = 0,98 m 2 n = 0,017 współczynnik szorstkości dla powierzchni betonowych α = 1,1 współczynnik energii kinetycznej Saint-Venanta P = 2,50 m obwód zwilżony przepustu R = 0,39 promień hydrauliczny B = 1,37 m szerokość zwierciadła wody w przepuście i kr = (9,81 0, ,50) : (1,1 1,37 0,39 1/3 ) = (9,81 0, ,50) : (1,1 1,37 0,73 ) i kr = 0,0071 : 1,1 = 0,0065 = 6,5 Założony spadek podłużny dna przepustu i p = 20 > i kr = 6,5 Zależność przepływu w przepuście od wysokości strumienia spiętrzonego przed przepustem przy zachowaniu warunków ruchu krytycznego H o = [Q m : (m b kr (2g) ½ ] 2/3 34

35 Wg tabeli 3.1 zał. nr 1 do Rozporządzenia dla przepustów kołowych o nie zatopionym wlocie i wylocie, dla wlotu ze skrzydłami ukośnymi, współczynnik m t = 0,33 H o = [2,65 : (0,33 1,37 19,62 ½ ) ] 2/3 H o = (2,65 :2,0) 2/3 = 1,21 m H o = 1,21 m < h p = 1,40 m Obliczona wysokość strumienia spiętrzonego jest mniejsza od założonej średnicy, więc należy przyjąć, że założona średnica D = 1,40 m spełnia warunki. Obliczenie stanowiska dolnego Przy przepływie niepełnym przekrojem, dla przepustów o nie zatopionym wlocie i wylocie głębokość w przekroju wylotowym wynosi : i p = 20 > i kr = 6,5 to h wyl = (0,7 1,0) h o h wyl = 0,85 h o = 0,85 0,62 = 0,53 m F wyl = 0,53 m 2 v wyl = Q m : F wyl = 2,65 : 0,53 = 5 m/s Wypad z wylotu przepustu powinien być umocniony na długości L w min = 3 D = 3 1,4 m = 4,2 m Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu narzutem kamiennym zalanym betonem, z uformowaniem szykan do wytrącenia prędkości przed wlotem do naturalnego koryta cieku Podsumowanie Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Przepływ ze zlewni naturalnej w cieku Czarnawka przy ujściu do cieku Knurówka, przy uwzględnieniu odprowadzanych ścieków: Q m = Q 1% = 2,65 m 3 /s Sprawdzono parametry hydrauliczne przepustu rurowego betonowego o średnicy D = 1,4 m Z wyliczeń wynika, że dla założonego przepływu Q m = 2,65 m 3 /s przepust rurowy o średnicy D= 1,4 m jest wystarczający. - przepust betonowy rurowy o nie zatopionym wlocie i wylocie, - średnica D = 1400 mm - długość części przelotowej około L p = 21,60 m - głębokość normalna przy przepływie miarodajnym wyniesie h 0 = 0,62 m < h dop = 0,75h p = 1,05 m - głębokość krytyczna h kr = 0,86 m (powyżej której w przepuście będzie panował ruch spokojny) - założony spadek podłużny dna przepustu i p = 2% - spadek krytyczny i kr = 0,65 % < i p = 2 (przy spadku mniejszym od krytycznego w przepuście panuje ruch spokojny) - wysokość energii spiętrzonego strumienia przed przepustem H o = 1,21 m < h p = 1,40 m - prędkość przepływu na wylocie v wyl = 5,0 m/s - niezbędne umocnienie wypadu z wylotu przepustu w obrębie dolnego stanowiska, na długości L w min = 3B = 3 1,4 m = 4,2 m. Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna 35

36 rowu narzutem kamiennym zalanym betonem, z uformowaniem szykan do wytrącenia prędkości przed wlotem do naturalnego koryta cieku. 7. Przepust P6 na Rowie Bojkowskim w km 1+960, lewostronnym dopływie pot. Ornontowickiego pod ul. Księdza Roboty w Gierałtowicach (na odcinku projektowanej przebudowy drogi DW 921 w km 9+703,29) Przepust zlokalizowany jest w terenie zabudowanym. Po stronie północnej drogi, przed wlotem do przepustu koryto jest uregulowane, umocnione płytami betonowymi. Na obydwu brzegach cieku znajdują się wyloty kanalizacji deszczowej. Po stronie południowej drogi, na brzegu prawym również znajduje się wylot, a zaraz za nim odcinek Rowu Bojkowskiego jest przykryty. Obecny przepust jest okularowy Obliczenie przepływu miarodajnego w Rowie Bojkowskim w km 1+960, w przekroju przepustu Do ujścia do przekroju obliczeniowego zlewnia cieku obejmuje obszar o powierzchni F 2 = 2,70 km 2. W skład tej powierzchni aktualnie wchodzą: - użytki zielone i rolne F r = 2,10 km 2. - zbiorniki wodne F os = 0,03 km 2. - tereny zabudowane F z = 0,6 km 2. Charakterystyka fizyczno-geograficzna zlewni Kanału Gierałtowickiego Parametr fizyczno-geograficzny 36 wartość Powierzchnia zlewni F 1 2,70 km 2 Długość cieku 3,00 km

37 Rzędna najwyższego wniesienia w zlewni W g Rzędna w przekroju obliczeniowym W d 265,00 m npm 239,00 m npm Obliczenie przepływu formułą opadową Maksymalny przepływ o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się określony jest wzorem Q p = f F 1 φ H 1 A λ p δ j f = 0,6 bezwymiarowy współczynnik kształtu fali na obszarze całego kraju za wyjątkiem pojezierzy φ = 0,50 współczynnik odpływu zależny od rodzaju gleby (dla glin piaszczystych), H 1 = 80 mm maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie 1% λ 1% = 1 kwantyl rozkładu tej zmiennej dla prawdopodobieństwa 1% dla makroregionu wyżyny Wyżyna Śląska 3c, δ j współczynnik redukcji jeziornej F1 maksymalny moduł odpływu jednostkowego zależny jest od hydromorfologicznej charakterystyki koryta cieku Φ r i czasu spływu po stokach t. Hydromorfologiczna charakterystyka koryta określona jest wzorem Φ r = (1000 L) : [ m I rl 1/3 A ¼ (φ H 1 ) ¼ ] δ j = 1,0 dla wskaźnika jeziorności JEZ = A j : A = 0,03 : 2,70 = 0,01 m = 9 miara szorstkości koryta (dla stałych i okresowych cieków wyżynnych meandrujących o częściowo nierównym dnie) Średni spadek zlewni do przekroju obliczeniowego I rl = (W g W d ) : L I rl = (265,00 239,0) : 3,0 = 8,7 Φ r = (1000 3,0) : [9 8,7 1/3 2,70 ¼ (0,50 80) 1/4 ] Φ r = 3000 : (9 2,06 1,28 2,51) = 3000 : 59,6 = 50,3 50 Φ r = 50 Hydromorfologiczna charakterystyka stoków określona jest wzorem Φ s = (1000 l s) 1/2 : [ m s i s 1/4 (φ H 1 ) 1/2 ] l s = 1 : 1,8 ρ ρ = (L + L d) : A L = 3,0 km długość cieku wraz z suchą doliną L d = 1,0 km długość dopływów wraz z suchą doliną A = 2,7 km 2 powierzchnia zlewni ρ = 4,0 : 2,70 = 1,48 l s = 1 : 1,8 1,48 = 0,37 m s = 0,15 miara szorstkości stoków w osiedlach o luźnej zabudowie ponad 20% m s = 0,15 miara szorstkości dla łąk i użytków rolnych Średni spadek stoków i s = (W g W d ) : A 1/2 = (265,00 239,00 ) : 2,70 1/2 = 26 : 1,64 = 15,8 Φ s = (1000 0,37) 1/2 : [ 0,15 15,8 1/4 (0,50 80 ) 1/2 ] Φ s = 370 1/2 : [ 0,15 2,0 6,32 ] = 19,2 : 1,9 = 10 Φ s = 10 to t s = 140 min 37

38 Wartość maksymalnego modułu odpływu jednostkowego F 1 dla Φ r = 50 i t s = 140 min F 1 = 0,0346 Maksymalny przepływ o prawdopodobieństwie p = 1% Q 1% = 0,6 0,0346 0,5 80 2,7 1 = 2,25 m 3 /s Przepływ ze zlewni naturalnej w Rowie Bojkowskim w przekroju obliczeniowym: Maksymalny przepływ o prawdopodobieństwie p: Q p% = Q 1% λ p% Przepływ Q n% λ p% Q n [m 3 /s] Q 1% 1 2,25 Q 2% 0,894 2,00 Q 3% 0,826 1,86 Q 10% 0,631 1,42 Q 20% 0,515 1,16 Biorąc pod uwagę, ze przed samym przepustem, na obydwu brzegach znajdują się wyloty kanalizacji deszczowej wskazane jest zwiekszyć obliczony przepływ miarodajny o 10%. Q m = 1,1 Q 1% = 2,5 m 3 /s 7.2. Określenie parametrów przepustu P6 na w Rowie Bojkowskim Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Zakładamy przepust rurowy betonowy o nie zatopionym wlocie i wylocie, Przepływ miarodajny Q m = Q 1% = 2,5 m 3 /s Sprawdzenie warunków hydraulicznych w przepuście kołowym I. Przyjęte parametry przepustu: - przepust rurowy betonowy o średnicy D = 1200 mm - założony spadek dna i = 1% = 0,01 - długość przepustu około 15,17 m Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu (dla przepływu w ruchu jednostajnym) Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ 1/n = 60 współczynnik szorstkości dla przewodów betonowych F p - pole powierzchni przekroju przepływu, v p - średnia prędkość przepływu, 38

39 B szerokość zwierciadła wody, P obwód zwilżony, R = F p : P promień hydrauliczny, i spadek podłużny dna t śr napełnienie Q natężenie przepływu Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 V p[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,89 0,12 1,01 0,12 0,24 1,44 0, ,40 1,13 0,33 1,48 0,22 0,36 2,16 0, ,60 1,29 0,57 1,88 0,30 0,45 2,7 1, ,80 1,13 0,80 2,29 0,35 0,49 2,94 2, ,85 1,08 0,85 2,40 0,35 0,49 2,94 2, ,90 1,04 0,91 2,51 0,36 0,50 3,00 2,73 Przyjmując zalecenia w/w Rozporządzenia, w przewodzie pracującym niepełnym przekrojem głębokość wody nie powinna być większa niż 75% jego wysokości lub średnicy. Przy średnicy 1,2 napełnienie maksymalne nie powinno przekroczyć 0,90 m. Przepływ miarodajny Q m = 2,5 m 3 /s przy założonym spadku i p = 1% pomieści się przy głębokości h o = 0,85 m. Parametry ruchu krytycznego Q : [D 2 (g D) ½ ] = 2,5 : [1,2 2 (9,81 1,2) ½ ] = 2,5 : (1,44 3,43) = 2,5 : 4,94 = 0,506 h kr / D = 0,725 to h kr = 0,87 m F kr / D 2 = 0,6099 to F kr = 0,88 m 2 Prędkość przepływu w przewodzie przepustu w warunkach ruchu krytycznego v p = Q m / F kr W przepustach o wysokości do 1,5 m v p 3,5 m/s F kr = 0,88 m 2 pole przekroju strumienia w przepuście prowadzącym wodę niepełnym przekrojem przy głębokości krytycznej v p kr = 2,5 : 0,88 = 2,85 m/s v p = 2,85 m/s < v p max = 3,5 m/s Obliczenie spadku krytycznego i kr = (g n 2 P): (α B R 1/3 ) h kr = 0,87 m F kr = 0,88 m 2 n = 0,017 współczynnik szorstkości dla powierzchni betonowych α = 1,1 współczynnik energii kinetycznej Saint-Venanta P = 2,45 m obwód zwilżony przepustu R = 0,36 promień hydrauliczny B = 1,06 m szerokość zwierciadła wody w przepuście i kr = (9,81 0, ,45) : (1,1 1,04 0,36 1/3 ) = (9,81 0, ,45) : (1,1 1,04 0,71 ) i kr = 0,007 : 0,81 = 0,0086 = 8,6 Założony spadek podłużny dna przepustu i p = 10 > i kr = 8,6 Zależność przepływu w przepuście od wysokości strumienia spiętrzonego przed przepustem przy zachowaniu warunków ruchu krytycznego H o = [Q m : (m b kr (2g) ½ ] 2/3 Wg tabeli 3.1 zał. nr 1 do Rozporządzenia dla przepustów kołowych o nie zatopionym wlocie i wylocie, dla wlotu ze skrzydłami ukośnymi, współczynnik m t = 0,33 39

40 H o = [2,5 : (0,33 1,04 19,62 ½ ) ] 2/3 H o = (2,5 :1,52) 2/3 = 1,39 m H o = 1,39 m > h p = 1,20 m Obliczona wysokość strumienia spiętrzonego jest większa od założonej średnicy, więc nalezy przyjąć, że założona średnica D = 1,20 m nie spełnia warunków. II. Przyjęte parametry przepustu: - przepust rurowy betonowy o średnicy D = 1400 mm - założony spadek dna i = 1% = 0,01 - długość przepustu około 15,17 m Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu (dla przepływu w ruchu jednostajnym) Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ 1/n = 60 współczynnik szorstkości dla przewodów betonowych F p - pole powierzchni przekroju przepływu, v p - średnia prędkość przepływu, B szerokość zwierciadła wody, P obwód zwilżony, R = F p : P promień hydrauliczny, i spadek podłużny dna t śr napełnienie Q natężenie przepływu Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 V p[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,98 0,14 1,09 0,13 0,25 1,50 0, ,50 1,34 0,49 1,80 0,27 0,41 2,46 1, ,70 1,40 0,77 2,20 0,35 0,49 2,94 2, ,75 1,39 0,84 2,30 0,36 0,50 3,00 2, ,80 1,39 0,91 2,40 0,38 0,51 3,06 2, ,00 1,26 1,18 2,82 0,42 0,56 3,36 3,96 Przyjmując zalecenia w/w Rozporządzenia, w przewodzie pracującym niepełnym przekrojem głębokość wody nie powinna być większa niż 75% jego wysokości lub średnicy. Przy średnicy 1,4 napełnienie maksymalne nie powinno przekroczyć 1,05 m. Przepływ miarodajny Q m = 2,5 m 3 /s przy założonym spadku i p = 1% pomieści się przy głębokości h o = 0,75 m. Parametry ruchu krytycznego Q : [D 2 (g D) ½ ] = 2,5 : [1,4 2 (9,81 1,4) ½ ] = 2,5 : (1,96 3,70) = 2,5 : 7,26 = 0,344 h kr / D = 0,600 to h kr = 0,84 m F kr / D 2 = 0,4920 to F kr = 0,96 m 2 Prędkość przepływu w przewodzie przepustu w warunkach ruchu krytycznego v p = Q m / F kr W przepustach o wysokości do 1,5 m v p 3,5 m/s F kr = 0,96 m 2 pole przekroju strumienia w przepuście prowadzącym wodę niepełnym przekrojem przy głębokości krytycznej v p kr = 2,5 : 0,96 = 2,6 m/s 40

41 v p = 2,6 m/s < v p max = 3,5 m/s Obliczenie spadku krytycznego i kr = (g n 2 P): (α B R 1/3 ) h kr = 0,84 m F kr = 0,96 m 2 n = 0,017 współczynnik szorstkości dla powierzchni betonowych α = 1,1 współczynnik energii kinetycznej Saint-Venanta P = 2,5 m obwód zwilżony przepustu R = 0,38 promień hydrauliczny B = 1,06 m szerokość zwierciadła wody w przepuście i kr = (9,81 0, ,5) : (1,1 1,37 0,38 1/3 ) = (9,81 0, ,5) : (1,1 1,37 0,72 ) i kr = 0,0071 : 1,08 = 0,0066 = 6,6 Założony spadek podłużny dna przepustu i p = 10 > i kr = 6,6 Zależność przepływu w przepuście od wysokości strumienia spiętrzonego przed przepustem przy zachowaniu warunków ruchu krytycznego H o = [Q m : (m b kr (2g) ½ ] 2/3 Wg tabeli 3.1 zał. nr 1 do Rozporządzenia dla przepustów kołowych o nie zatopionym wlocie i wylocie, dla wlotu ze skrzydłami ukośnymi, współczynnik m t = 0,33 H o = [2,5 : (0,33 1,37 19,62 ½ ) ] 2/3 H o = (2,5 :2,0) 2/3 = 1,16 m H o = 1,16 m < h p = 1,40 m Obliczona wysokość strumienia spiętrzonego jest mniejsza od założonej średnicy, więc można przyjąć, że założona średnica D = 1,40 m spełnia warunki. Obliczenie stanowiska dolnego Przy przepływie niepełnym przekrojem, dla przepustów o nie zatopionym wlocie i wylocie głębokość w przekroju wylotowym wynosi : i p = 10 > i kr = 6,6 to h wyl = (0,7 1,0) h o h wyl = 0,85 h o = 0,85 0,75 = 0,64 m F wyl = 0,7 m 2 v wyl = Q m : F wyl = 2,5 : 0,7 = 3,55 m/s Wypad z wylotu przepustu powinien być umocniony na długości L w min = 3 D = 3 1,4 m = 4,20 m Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu prefabrykatami betonowymi, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą Podsumowanie Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Obliczony przepływ miarodajny ze zlewni w Rowie Bojkowskim w przekroju obliczeniowym wynosi Q m = Q 1% = 2,5 m 3 /s Sprawdzono parametry hydrauliczne przepustu rurowego betonowego o średnicy D = 1,4 m Z wyliczeń wynika, że dla założonego przepływu Q m = 2,5 m 3 /s przepust rurowy o średnicy D= 1,4 m jest wystarczający. 41

42 - przepust betonowy rurowy o nie zatopionym wlocie i wylocie, - średnica D = 1400 mm - długość części przelotowej około L p = 15,17 m - głębokość normalna przy przepływie miarodajnym wyniesie h 0 = 0,75 m < h dop = 0,75h p = 1,0 m - głębokość krytyczna h kr = 0,84 m (powyżej której w przepuście będzie panował ruch spokojny) - założony spadek podłużny dna przepustu i p = 1,0% - spadek krytyczny i kr = 0,66 % < i p = 1,0 (przy spadku mniejszym od krytycznego w przepuście będzie panował ruch spokojny) - wysokość energii spiętrzonego strumienia przed przepustem H o = 1,16 m < h p = 1,40 m - prędkość przepływu na wylocie v wyl = 3,55 m/s - niezbędne umocnienie wypadu z wylotu przepustu w obrębie dolnego stanowiska, na długości L w min = 3 B = 3 1,4 m = 4,2 m. Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu prefabrykatami betonowymi, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą. 42

43 8. Przepust P7 na rowie w km 1+780, lewostronnym dopływie pot. Ornontowickiego, pod ul. Gierałtowicką w Przyszowicach. (na odcinku projektowanej przebudowy drogi DW 921 w km ,96) Przepust znajduje się na terenie zabudowy luźnej. Rów ten zbiera wody z rowów przydrożnych wzdłuż ulicy Południowej i częściowo z ulicy Gierałtowickiej. W tym przypadku należałoby dobrać średnicę przepustu w oparciu o Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie. Zgodnie z 43 ust. 1 pkt 2 przewody przepustów o przekrojach prostokątnych, owalnych i kołowych powinny mieć szerokość w świetle dla dróg klasy GP, G i Z nie mniejsza niż 0,8 m. Z uwagi na sąsiedztwo dróg publicznych dla większego bezpieczeństwa wskazane jest przyjęcie przepustu większego o średnicy D = 1,0 m Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu o średnicy D = 1000 mm dla przepływu w ruchu jednostajnym. Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ 1/n = 60 współczynnik szorstkości dla przewodów betonowych F p - pole powierzchni przekroju przepływu, v p - średnia prędkość przepływu, B szerokość zwierciadła wody, P obwód zwilżony, R = F p : P promień hydrauliczny, i spadek podłużny dna 43

44 t śr napełnienie Q natężenie przepływu. - przy minimalnym spadku dna i p = 0,5% = 0,005 Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 V p[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,80 0,12 0,93 0,13 0,25 1,05 0, ,40 0,98 0,30 1,37 0,22 0,36 1,53 0, ,50 1,00 0,39 1,57 0,25 0,39 1,65 0, ,75 0,87 0,64 2,09 0,31 0,46 1,95 1,25 Wypad z wylotu przepustu powinien być umocniony na minimum na długości L w min = 3 D = 3 1,0 m = 3,0 m Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu płytami ażurowymi, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą Podsumowanie Przedmiotowy rów zbiera wody z rowów przydrożnych wzdłuż ulicy Południowej i częściowo z ulicy Gierałtowickiej. W tym przypadku należałoby dobrać średnicę przepustu w oparciu o Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie. Zgodnie z 43 ust. 1 pkt 2 przewody przepustów o przekrojach prostokątnych, owalnych i kołowych powinny mieć szerokość w świetle dla dróg klasy GP, G i Z nie mniejsza niż 0,8 m. Z uwagi na sąsiedztwo dróg publicznych dla większego bezpieczeństwa wskazane jest przyjęcie przepustu większego o średnicy D = 1,0 m Długość przepustu L p = 14,0 m. Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu o średnicy D = 1000 mm wykazało, że przy założonym minimalnym spadku dna i p = 0,5 % i dopuszczalnym napełnieniu 0,75h p = 0,75 m przepływ maksymalny wyniesie Q max = 1,25 m 3 /s Wskazane jest umocnienie wypadu z wylotu przepustu w obrębie dolnego stanowiska, na długości L w min = 3 B = 3 1,0 m = 3, m tj. skarp i dna rowu płytami ażurowymi, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą. 44

45 9. Przepust P8 na rowie w km 1+400, lewostronnym dopływie II rzędu potoku Jasienica w Przyszowicach (poprzez inny rów, z którym łączy się tuż przed wylotem do pot. Jasienica), pod ulicą Gierałtowicką w Przyszowicach (na odcinku projektowanej przebudowy drogi DW 921 w km ,12) Rów przepływa w tym rejonie przez tereny zabudowy luźnej. Przepust na rowie wykonano jako okularowy. Po stronie zachodniej drogi, przed wlotem do przepustu, rów przepływa przez pola, jego koryto jest zarośnięte, zaniedbane. Poniżej wylotu z przepustu rów również jest zaniedbany, po stronie prawego brzegu znajdują się zabudowania. Wzdłuż drogi po obu stronach przebiegają dobrze utrzymane rowy drogowe z ujściem do przedmiotowego rowu Obliczenie przepływu miarodajnego w rowie w km 1+400, w przekroju przepustu Do ujścia do przekroju obliczeniowego zlewnia cieku obejmuje obszar o powierzchni F 2 = 1,10 km 2. W skład tej powierzchni wchodzą użytki rolne i zielone. Charakterystyka fizyczno-geograficzna zlewni rowu Parametr fizyczno-geograficzny wartość Powierzchnia zlewni F 1 1,10 km 2 Długość cieku 1,10 km Rzędna najwyższego wniesienia w zlewni W g 240,00 m npm Rzędna w przekroju obliczeniowym W d 228,50 m npm 45

46 Obliczenie przepływu formułą opadową Maksymalny przepływ o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się określony jest wzorem Q p = f F 1 φ H 1 A λ p δ j f = 0,6 bezwymiarowy współczynnik kształtu fali na obszarze całego kraju za wyjątkiem pojezierzy φ = 0,50 współczynnik odpływu zależny od rodzaju gleby (dla glin piaszczystych), H 1 = 80 mm maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie 1% λ 1% = 1 kwantyl rozkładu tej zmiennej dla prawdopodobieństwa 1% dla makroregionu wyżyny Wyżyna Śląska 3c, δ j = 1,0 współczynnik redukcji jeziornej przy braku jezior F1 maksymalny moduł odpływu jednostkowego zależny jest od hydromorfologicznej charakterystyki koryta cieku Φ r i czasu spływu po stokach t. Hydromorfologiczna charakterystyka koryta określona jest wzorem Φ r = (1000 L) : [ m I rl 1/3 A ¼ (φ H 1 ) ¼ ] m = 9 miara szorstkości koryta (dla stałych i okresowych cieków wyżynnych meandrujących o częściowo nierównym dnie) Średni spadek zlewni do przekroju obliczeniowego I rl = (W g W d ) : L I rl = (240,00 228,5) : 1,1 = 11,5 Φ r = (1000 1,1) : [9 11,5 1/3 1,10 ¼ (0,50 80) 1/4 ] Φ r = 1100 : (9 2,26 1,02 2,51) = 1100 : 52 = 21 Φ r = 21 Hydromorfologiczna charakterystyka stoków określona jest wzorem Φ s = (1000 l s) 1/2 : [ m s i s 1/4 (φ H 1 ) 1/2 ] l s = 1 : 1,8 ρ ρ = (L + l) : A L = 1,1 km długość cieku wraz z suchą doliną A = 1,1 km 2 powierzchnia zlewni ρ = 1,1 : 1,1 = 1 l s = 1 : 1,8 1= 0,55 m s = 0,15 miara szorstkości dla łąk i użytków rolnych Średni spadek stoków i s = (W g W d ) : A 1/2 = (240,00 228,50 ) : 1,1 1/2 = 11,5 : 1,05 = 10,9 = 11 Φ s = ( ) 1/2 : [ 0, /4 (0,50 80 ) 1/2 ] Φ s = 550 1/2 : [ 0,15 1,82 6,32 ] = 23,4 : 1,73 = 13,5 Φ s = 13,5 to t s = 200 min Wartość maksymalnego modułu odpływu jednostkowego F 1 dla Φ r = 21 i t s = 200 min F 1 = 0,0433 Maksymalny przepływ o prawdopodobieństwie p = 1% Q 1% = 0,6 0,0433 0,5 80 1,1 1 = 1,14 m 3 /s 46

47 Przepływ ze zlewni naturalnej w rowie w przekroju obliczeniowym: Maksymalny przepływ o prawdopodobieństwie p to Q p% = Q 1% λ p% Przepływ Q n% λ p% Q n [m 3 /s] Q 1% 1 1,14 Q 2% 0,894 1,02 Q 3% 0,826 0,94 Q 10% 0,631 0,72 Q 20% 0,515 0, Określenie parametrów przepustu P8 na rowie Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Zakładamy przepust rurowy betonowy o nie zatopionym wlocie i wylocie, Przepływ miarodajny Q m = Q 1% = 1,14 m 3 /s Zakładając, że do przedmiotowego rowu są wprowadzone rowy drogowe odwadniające nawierzchnie drogi wskazane byłoby powiększenie przepływu miarodajnego 0 30%. Q m = 1,3 Q 1% = 1,50 m 3 /s Sprawdzenie parametrów przepustu o średnicy D = 1200 mm: - spadek dna i min. = 0,5% = 0,005 - długość przepustu około 15,70 m Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu (dla przepływu w ruchu jednostajnym) Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 V p[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,89 0,12 1,01 0,12 0,24 1,00 0, ,40 1,13 0,33 1,48 0,22 0,36 1,53 0, ,60 1,29 0,57 1,88 0,30 0,45 1,90 1,08 0,75 1,16 0,74 2,19 0,34 0,48 2,04 1, ,80 1,13 0,80 2,29 0,35 0,49 2,08 1, ,90 1,04 0,91 2,51 0,36 0,50 2,12 1,93 Przyjmując zalecenia w/w Rozporządzenia, w przewodzie pracującym niepełnym przekrojem głębokość wody nie powinna być większa niż 75% jego wysokości lub średnicy. Przy średnicy 1,2 napełnienie maksymalne nie powinno przekroczyć 0,90 m, przy założonym spadku minimalnym dna i min. = 0,5% przepływ miarodajny Q m = 1,5 m 3 /s pomieści się przy głębokości 0,75 m.v p = 2,04 m/s < v p max = 3,5 m/s Parametry ruchu krytycznego Q : [D 2 (g D) ½ ] = 1,5 : [1,2 2 (9,81 1,2) ½ ] = 1,5 : (1,44 3,43) = 1,5 : 4,94 = 0,304 h kr / D = 0,562 to h kr = 0,67 m 47

48 F kr / D 2 = 0,455 to F kr = 0,65 m 2 Prędkość przepływu w przewodzie przepustu w warunkach ruchu krytycznego v p = Q m / F kr W przepustach o wysokości do 1,5 m v p 3,5 m/s F kr = 0,65 m 2 pole przekroju strumienia w przepuście prowadzącym wodę niepełnym przekrojem przy głębokości krytycznej v p kr = 1,5 : 0,65 = 2,3 m/s v p kr = 2,3 m/s < v p max = 3,5 m/s Obliczenie spadku krytycznego i kr = (g n 2 P): (α B R 1/3 ) h kr = 0,67 m F kr = 0,65 m 2 n = 0,017 współczynnik szorstkości dla powierzchni betonowych α = 1,1 współczynnik energii kinetycznej Saint-Venanta P = 2,08 m obwód zwilżony przepustu R = 0,33 promień hydrauliczny B = 1,17 m szerokość zwierciadła wody w przepuście i kr = (9,81 0, ,08) : (1,1 1,17 0,31 1/3 ) = (9,81 0, ,08) : (1,1 1,17 0,68 ) i kr = 0,0059 : 0,87 = 0,0068 = 7 Założony spadek podłużny dna przepustu i p = 5 < i kr = 7 Zależność przepływu w przepuście od wysokości strumienia spiętrzonego przed przepustem przy zachowaniu warunków ruchu krytycznego H o = [Q m : (m b kr (2g) ½ ] 2/3 Wg tabeli 3.1 zał. nr 1 do Rozporządzenia dla przepustów kołowych o nie zatopionym wlocie i wylocie, dla wlotu ze skrzydłami ukośnymi, współczynnik m t = 0,33 H o = [1,5 : (0,33 1,17 19,62 ½ ) ] 2/3 H o = (1,5 :1,71) 2/3 = 0,92 m H o = 0,92 m < h p = 1,20 m Obliczona wysokość strumienia spiętrzonego jest mniejsza od założonej średnicy, więc należy przyjąć, że założona średnica D = 1,20 m spełnia warunki. Obliczenie stanowiska dolnego Przy przepływie niepełnym przekrojem, dla przepustów o nie zatopionym wlocie i wylocie głębokość w przekroju wylotowym wynosi : i p = 5 < i kr = 7 to h wyl = (0,7 0,8) h kr h wyl = 0,75 h kr = 0,75 0,67 = 0,50 m F wyl = 0,45 m 2 v wyl = Q m : F wyl = 1,5 : 0,45 = 3,3 m/s Wypad z wylotu przepustu powinien być umocniony na długości L w min = 3 D = 3 1,2 m = 3,60 m Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu prefabrykatami betonowymi,a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą W przypadku, gdyby warunki terenowe uniemożliwiły zabudowę przepust o wysokości 1,20 m, sprawdzone zostaną 2 warianty: A - przepust ramowy o wymiarach 1,0 x 1,0m i 1,5 x 1,0 m B - przepust okularowy 2 x D = 0,8 m i 2 x D = 1,0 m 48

49 A Przepust ramowy typowy o nie zatopionym wlocie i wylocie: A.1. Założone wymiary wewnętrzne : 1,0 x 1,0 m - światło poziome B = 1,0 m - spadek podłużny dna przepustu i p min = 5 Lp. H [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 v o [m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 1,0 0,20 1,40 0,14 0,27 1,14 0, ,50 1,0 0,50 2,0 0,25 0,39 1,65 0, ,75 1,0 0,75 2,50 0,30 0,45 1,91 1, ,80 1,0 0,80 2,60 0,31 0,46 1,95 1, ,00 1,0 1,00 4,0 0,25 0,39 1,65 1,65 Głębokość normalna przy przepływie miarodajnym wyniesie h 0 = 0,8 m > 0,75h p = 0,75 m Zależność przepływu w przepuście od wysokości strumienia spiętrzonego przed przepustem przy założonym świetle przepustu prostokątnego H o = [Q m : (μ L (2g) ½ ] 2/3 (v s 2 : 2g) Wg tablicy 3.1 ( załącznik do Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej) dla przepustów prostokątnych ze skrzydłami ukośnymi m = 0,36. Wysokość energii spiętrzonego strumienia przed przepustem H o = [1,50 : (0,36 1,0 19,62 ½ ) ] 2/3 H o = (1,5 : 1,6) 2/3 = 0,96 m H o = 0,96 m h p = 1,0 m Przepust o wymiarach 1,0 x 1,0m nie spełnia warunków hydraulicznych A.2. Przepust ramowy o wymiarach 1,5 x 1,0 m Przyjęte parametry przepustu: - przepust betonowy ramowy typowy o wymiarach wewnętrznych: 1,5 x 1,0 m o nie zatopionym wlocie i wylocie, - światło poziome B = 1,5 m - długość części przelotowej około L p = 15,70 m - spadek podłużny dna przepustu i p min = 5 Ustalenie parametrów ruchu krytycznego B kr = B = 1,5 m h kr = [ (α Q 2 ) : (g B 2 )] 1/3 α = 1,1 współczynnik energii kinetycznej Saint-Venanta g = 9,81 m/s przyspieszenie ziemskie h kr = [ (1,1 1,5 2 ) : (9,81 1,5 2 )] 1/3 = (2,48 : 22,07) 1/3 = 0,48 m h kr = 0,48 m F kr = B kr h kr F kr = 1,5 0,48 = 0,72 m 2 Obliczenie spadku krytycznego i kr = (g n 2 P): (α B R 1/3 ) P = 2,50 m obwód zwilżony przepustu n = 0,017 współczynnik szorstkości dla betonu nie gładzonego α = 1,1 współczynnik energii kinetycznej Saint-Venanta R = F/P = 0,72 : 2,5 =0,29 promień hydrauliczny B = 1,5 m szerokość zwierciadła wody w przepuście 49

50 i kr = ( 9,81 0, ,5) : ( 1,1 1,5 0,29 1/3 ) = (9,81 0, ,5) : (1,1 1,5 0,66) i kr = 0,0071 : 1,09 = 0,0065 i kr = 0,0065 = 6,5 Założony spadek podłużny dna przepustu i p min = 5,0 i kr = 6,5 Prędkość przepływu w przewodzie przepustu w warunkach ruchu krytycznego v p = Q m / F kr v p = 1,50 : 0,72= 2,1 m/s W przepustach o wysokości do 1,5 m v p 3,5 m/s v p = 2,1 m/s < v dop = 3,5 m/s Zależność przepływu w przepuście od wysokości strumienia spiętrzonego przed przepustem przy założonym świetle przepustu prostokątnego H o = [Q m : (μ L (2g) ½ ] 2/3 (v s 2 : 2g) Wg tablicy 3.1 ( załącznik do Rozporządzenia Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej) dla przepustów prostokątnych ze skrzydłami ukośnymi m = 0,36. Wysokość energii spiętrzonego strumienia przed przepustem H o = [1,50 : (0,36 1,50 19,62 ½ ) ] 2/3 H o = (1,5 : 2,40) 2/3 = 0,73 m H o = 0,73 m < h p = 1,50 m Przepływ w przepuście w ruchu jednostajnym Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ Przepust ramowy 1,5 m x 1,0 m 1/n = 60 współczynnik szorstkości dla betonu nie wygładzonego i p min = 5 Lp. H [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 v o [m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 1,5 0,30 1,90 0,16 0,29 1,23 0, ,50 1,5 0,75 2,50 0,30 0,45 1,90 1,42 0,55 1,5 0,82 2,60 0,31 0,46 1,95 1,60 0,60 1,5 0,90 2,70 0,33 0,47 2,00 1, ,70 1,5 1,05 2,90 0,36 0,50 2,12 2, ,00 1,5 1,50 5,00 0,30 0,45 1,90 2,85 Głębokość normalna przy przepływie miarodajnym wyniesie h 0 = 0,55 m 0,75h p = 0,75 m Obliczenie stanowiska dolnego Głębokość w przekroju wylotowym przepustu h wyl wyznaczamy wg tablicy 3.4. załącznika do rozporządzenia. Dla przepływu niepełnym przekrojem przy nie zatopionym wylocie i spadkiem dna przepustu mniejszym od spadku krytycznego głębokość na wylocie: w przypadku i p < i kr to h wyl = (0,7 0,8) h kr Przyjęto h wyl = 0,8h kr = 0,8 0,48 = 0,38 m Głębokość wody na wylocie : h wyl = 0,38 m Prędkość przepływu na wylocie: 50

51 v wyl = Q m / F wyl F wyl = 0,38 1,5 = 0,57 m 2 v wyl = 1,50 : 0,57 = 2,65 m/s v wyl = 2,65 m/s W obrębie dolnego stanowiska, wypad z wylotu przepustu musi być wzmocniony na długości L w min = 3 B = 3 1,5 m = 4,5 m. Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu brukiem na zaprawie betonowej, zakończonym palisadą. B - przepust okularowy 2 x D Przepływ miarodajny dla 1 przewodu Qm = ½ Q1% = 0,75 m 3 /s B.1. przepust okularowy 2 x D = 0,8 m Sprawdzenie przepustu o średnicy D = 800 mm: - spadek dna i min. = 0,5% = 0,005 - długość przepustu około 15,70 m Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu (dla przepływu w ruchu jednostajnym) Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 V p[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,69 0,10 0,83 0,12 0,24 1,0 0, ,40 0,80 0,25 1,26 0,20 0,34 1,44 0, ,60 0,69 0,40 1,67 0,24 0,38 1,60 0, ,80-0,50 2,51 0,20 0,34 1,44 0,72 Przyjmując zalecenia w/w Rozporządzenia, w przewodzie pracującym niepełnym przekrojem głębokość wody nie powinna być większa niż 75% jego wysokości lub średnicy. Przy średnicy 0,8 m napełnienie maksymalne nie powinno przekroczyć 0,6 m, przy założonym spadku minimalnym dna i min. = 0,5% przepływ miarodajny Q m = 0,75 m 3 /s może się pomieścić przy całkowitym napełnienie przewodu przepustu, więc nie spełnia warunków hydraulicznych. B.1. przepust okularowy 2 x D = 1,0 m Sprawdzenie przepustu o średnicy D = 1000 mm: - spadek dna i min. = 0,5% = 0,005 - długość przepustu około 15,70 m Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu (dla przepływu w ruchu jednostajnym) Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ - spadek dna i min. = 0,5% = 0,005 Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 V p[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,80 0,12 0,93 0,13 0,25 1,06 0, ,40 0,98 0,30 1,37 0,22 0,36 1,42 0,43 51

52 3. 0,50 1,00 0,39 1,57 0,25 0,39 1,65 0, ,55 0,99 0,45 1,67 0,27 0,41 1,74 0, ,60 0,98 0,50 1,77 0,28 0,43 1,82 0, ,90 0,60 0,75 2,50 0,30 0,45 1,90 1,43 Przyjmując zalecenia w/w Rozporządzenia, w przewodzie pracującym niepełnym przekrojem głębokość wody nie powinna być większa niż 75% jego wysokości lub średnicy. Przy średnicy 1,0 przy założeniu minimalnego spadku i min. = 0,5% przepływ miarodajny Q m=0,75 m 3 /s mieści się przy napełnieniu przewodu h o = 0,55 m. Parametry ruchu krytycznego Q : [D 2 (g D) ½ ] = 0,75 : [1,0 2 (9,81 1,0) ½ ] = 0,75 : (1,0 3,13) = 0,75 : 3,13 = 0,24 h kr / D = 0,5 to h kr = 0,5 m F kr / D 2 = 0,3927 to F kr = 0,39 m 2 h kr = 0,5 m < h dop = 0,75 hp = 0,75 m Obliczenie spadku krytycznego i kr = (g n 2 P): (α B R 1/3 ) h kr = 0,5 m F kr = 0,39 m 2 n = 0,017 współczynnik szorstkości dla powierzchni betonowych α = 1,1 współczynnik energii kinetycznej Saint-Venanta P = 1,57 m obwód zwilżony przepustu R = 0,25 promień hydrauliczny B = 1,0 m szerokość zwierciadła wody w przepuście i kr = (9,81 0, ,57) : (1,1 1,0 0,25 1/3 ) = (9,81 0, ,57) : (1,1 1,0 0,63 ) i kr = 0,0045 : 0,69 = 0,0065 = 6,5 Założony spadek podłużny dna przepustu i p = 5 < i kr = 6,5 Zależność przepływu w przepuście od wysokości strumienia spiętrzonego przed przepustem przy zachowaniu warunków ruchu krytycznego H o = [Q m : (m b kr (2g) ½ ] 2/3 Wg tabeli 3.1 zał. nr 1 do Rozporządzenia dla przepustów kołowych o nie zatopionym wlocie i wylocie, dla wlotu ze skrzydłami ukośnymi, współczynnik m t = 0,33 H o = [0,75 : (0,33 1,0 19,62 ½ ) ] 2/3 H o = (0,75 :1,46) 2/3 = 0,64 m H o = 0,64 m > h p = 1,0 m Obliczona wysokość strumienia spiętrzonego jest mniejsza od założonej średnicy, więc należy przyjąć, że założona średnica D = 1,0 m spełnia warunki. Obliczenie stanowiska dolnego Przy przepływie niepełnym przekrojem, dla przepustów o nie zatopionym wlocie i wylocie głębokość w przekroju wylotowym wynosi : i p = 5 < i kr = 6,5 to h wyl = (0,7 0,8) h kr h wyl = 0,75 h kr = 0,75 0,50 = 0,38 m F wyl = 0,28 m 2 v wyl = Q m : F wyl = 0,75 : 0,28 = 2,70 m/s Wypad z wylotu przepustu powinien być umocniony na długości L w min = 3 x D = 3 1,0 m = 3,0 m Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu prefabrykatami betonowymi ażurowymi, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą. 52

53 9.3. Podsumowanie Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Obliczony przepływ miarodajny ze zlewni naturalnej w rowu przy ujściu do przekroju przepustu w km wynosi Q m = Q 1% = 1,14 m 3 /s Zakładając, że do przedmiotowego rowu są wprowadzone rowy drogowe odwadniające nawierzchnie drogi wskazane byłoby powiększenie przepływu miarodajnego o 30%. Q m = 1,3 Q 1% = 1,50 m 3 /s Sprawdzono parametry hydrauliczne przepustu rurowego betonowego o średnicy D = 1,2 m Z wyliczeń wynika, że dla założonego przepływu Q m = 1,5 m 3 /s przepust rurowy o średnicy D= 1,2 m jest wystarczający. - przepust betonowy rurowy o nie zatopionym wlocie i wylocie, - średnica D = 1200 mm - długość części przelotowej około L p = 20,00 m - głębokość normalna przy przepływie miarodajnym wyniesie h 0 = 0,75 m < h dop = 0,75h p = 0,90 m - głębokość krytyczna h kr = 0,67 m (powyżej której w przepuście będzie panował ruch spokojny) - minimalny spadek podłużny dna przepustu i p min = 0,5% - spadek krytyczny i kr = 0,7 % > i p min = 0,5 (przy spadku mniejszym od krytycznego w przepuście będzie panował ruch spokojny) - wysokość energii spiętrzonego strumienia przed przepustem H o = 0,92 m < h p = 1,20 m - prędkość przepływu na wylocie v wyl = 3,3 m/s - niezbędne umocnienie wypadu z wylotu przepustu w obrębie dolnego stanowiska, na długości L w min = 3 B = 3 1,2 m = 3,6 m. Wypad z wylotu przepustu powinien być umocniony na długości L w min = 3 D = 3 1,2 m = 3,60 m Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu prefabrykatami betonowymi, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą. W przypadku, gdyby warunki terenowe uniemożliwiły zabudowę przepust o wysokości 1,20 m, sprawdzono 2 warianty: A - przepust ramowy o wymiarach 1,5 x 1,0 m o nie zatopionym wlocie i wylocie (przepust 1,0 x 1,0 m nie spełnił warunków hydraulicznych) : - światło poziome B = 1,5 m - światło pionowe B = 1,0 m - długość części przelotowej około L p = 20,00 m - głębokość normalna przy przepływie miarodajnym wyniesie h 0 = 0,55 m < h dop = 0,75h p = 0,75 m - głębokość krytyczna h kr = 0,5 m (powyżej której w przepuście będzie panował ruch spokojny) - minimalny spadek podłużny dna przepustu i p min = 0,5% - spadek krytyczny i kr = 7 > i p min = 5 (przy spadku mniejszym od krytycznego w przepuście będzie panował ruch spokojny) 53

54 - wysokość energii spiętrzonego strumienia przed przepustem H o = 0,64 m < h p = 1,0 m - prędkość przepływu na wylocie v wyl = 2,65 m/s - niezbędne umocnienie wypadu z wylotu przepustu w obrębie dolnego stanowiska, na długości L w min = 3 B = 3 1,5 m = 4,5 m. Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu prefabrykatami betonowymi, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą. B - przepust okularowy 2 x D = 1,0 m (przewód o średnicy 0,8 m nie spełnił warunków hydraulicznych) - przepust betonowy rurowy o nie zatopionym wlocie i wylocie, - średnica jednego przewodu D = 1000 mm - długość części przelotowej około L p = 20,00 m - głębokość normalna przy przepływie miarodajnym wyniesie h 0 = 0,55 m < h dop = 0,75h p = 0,75 m - głębokość krytyczna h kr = 0,50 m (powyżej której w przepuście będzie panował ruch spokojny) - minimalny spadek podłużny dna przepustu i p min = 0,5% - spadek krytyczny i kr = 0,65 % > i p min = 0,5 (przy spadku mniejszym od krytycznego w przepuście będzie panował ruch spokojny) - wysokość energii spiętrzonego strumienia przed przepustem H o = 0,64 m < h p = 1,0 m - prędkość przepływu na wylocie v wyl = 2,7 m/s - niezbędne umocnienie wypadu z wylotu przepustu w obrębie dolnego stanowiska, na długości L w min = 3 B = 3 1,0 m = 3,0 m. Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu prefabrykatami betonowymi ażurowymi, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą. 54

55 10. Przepust P9 na rowie w km 0+960, lewostronnym dopływie pot. Jasienica, pod ulicą Gierałtowicką w Przyszowicach (na odcinku projektowanej przebudowy drogi DW 921 w km ,35) Przepust zlokalizowany jest w terenie zabudowy luźnej. Aktualnie składa się z dwóch niezależnych przepustów: starego kołowego i nowego ramowego. Rów przed wlotem do przepustów, pomiędzy przepustem pod wjazdem na posesję a przepustami pod drogą DW921 jest drożny. Poniżej drogi DW921 rów jest głęboki, ale zarośnięty wysoką trawa Obliczenie przepływu miarodajnego w rowie w km 0+960, w przekroju przepustu Do ujścia do przekroju obliczeniowego zlewnia cieku obejmuje obszar o powierzchni F 2 = 2,20 km 2. W skład tej powierzchni wchodzą : - użytki rolne i zielone 1,80 km 2 - tereny zabudowy luźnej 0,40 km 2 Charakterystyka fizyczno-geograficzna zlewni rowu Parametr fizyczno-geograficzny wartość Powierzchnia zlewni F 1 2,20 km 2 Długość cieku 2,90 km Długość dopływów 2,10 km Rzędna najwyższego wniesienia w zlewni W g 250,00 m npm Rzędna w przekroju obliczeniowym W d 217,50 m npm 55

56 Obliczenie przepływu formułą opadową Maksymalny przepływ o określonym prawdopodobieństwie pojawienia się określony jest wzorem Q p = f F 1 φ H 1 A λ p δ j f = 0,6 bezwymiarowy współczynnik kształtu fali na obszarze całego kraju za wyjątkiem pojezierzy φ = 0,50 współczynnik odpływu zależny od rodzaju gleby (dla glin piaszczystych), H 1 = 80 mm maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie 1% λ 1% = 1 kwantyl rozkładu tej zmiennej dla prawdopodobieństwa 1% dla makroregionu wyżyny Wyżyna Śląska 3c, δ j = 1,0 współczynnik redukcji jeziornej przy braku jezior F1 maksymalny moduł odpływu jednostkowego zależny jest od hydromorfologicznej charakterystyki koryta cieku Φ r i czasu spływu po stokach t. Hydromorfologiczna charakterystyka koryta określona jest wzorem Φ r = (1000 L) : [ m I 1/3 rl A ¼ (φ H 1 ) ¼ ] m = 9 miara szorstkości koryta (dla stałych i okresowych cieków wyżynnych meandrujących o częściowo nierównym dnie) Średni spadek zlewni do przekroju obliczeniowego I rl = (W g W d ) : L I rl = (250, ,5) : 2,90 = 11,2 Φ r = (1000 2,9) : [9 11,2 1/3 2,20 ¼ (0,50 80) 1/4 ] Φ r = 2900 : (9 2,24 1,22 2,51) = 2900 : 61,7 = 47 Φ r = 47 Hydromorfologiczna charakterystyka stoków określona jest wzorem Φ s = (1000 l s) 1/2 : [ m s i 1/4 s (φ H 1 ) 1/2 ] l s = 1 : 1,8 ρ ρ = (L + l) : A L = 2,9 km długość cieku wraz z suchą doliną l d = 2,1 km długość cieku wraz z suchą doliną A = 2,2 km 2 powierzchnia zlewni ρ = 5 : 2,2 = 2,27 l s = 1 : 1,8 2,27 = 0,24 m s = 0,15 miara szorstkości dla łąk i użytków rolnych oraz powierzchni w osiedlach Średni spadek stoków i s = (W g W d ) : A 1/2 = (250,00 217,50 ) : 2,20 1/2 = 32,5 : 1,48 = 22 Φ s = (1000 0,24) 1/2 : [ 0, /4 (0,50 80 ) 1/2 ] Φ s = 240 1/2 : [ 0,15 2,16 6,32 ] = 15,5 : 2,05 = 7,5 Φ s = 7,5 to t s = 85 min Wartość maksymalnego modułu odpływu jednostkowego F 1 dla Φ r = 47 i t s = 85 min F 1 = 0,0432 Maksymalny przepływ o prawdopodobieństwie p = 1% Q 1% = 0,6 0,0432 0,5 80 2,2 1 = 2,28 m 3 /s 56

57 Przepływ ze zlewni naturalnej w rowie w przekroju obliczeniowym: Maksymalny przepływ o prawdopodobieństwie p: Q p% = Q 1% λ p% Przepływ Q n% λ p% Q n [m 3 /s] Q 1% 1 2,28 Q 2% 0,894 2,04 Q 3% 0,826 1,88 Q 10% 0,631 1,44 Q 20% 0,515 1, Określenie parametrów przepustu P9 na rowie Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Zakładamy przepust rurowy betonowy o nie zatopionym wlocie i wylocie, Przepływ miarodajny Q m = Q 1% = 2,30 m 3 /s Sprawdzenie parametrów przepustu o średnicy D = 1200 mm: - spadek dna i min. = 0,5% = 0,005 Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu (dla przepływu w ruchu jednostajnym) Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 V p[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,89 0,12 1,01 0,12 0,24 1,00 0, ,40 1,13 0,33 1,48 0,22 0,36 1,53 0, ,60 1,29 0,57 1,88 0,30 0,45 1,90 1, ,80 1,13 0,80 2,29 0,35 0,49 2,08 1, ,90 1,04 0,91 2,51 0,36 0,50 2,12 1, ,10 0,66 1,08 3,07 0,35 0,49 2,08 2, ,20-1,13 3,76 0,30 0,45 1,90 2,15 Przyjmując zalecenia w/w Rozporządzenia, w przewodzie pracującym niepełnym przekrojem głębokość wody nie powinna być większa niż 75% jego wysokości lub średnicy. Przy średnicy 1,20 m napełnienie maksymalne nie powinno przekroczyć 0,9 m, przy założonym spadku minimalnym dna i min. = 0,5% przepływ miarodajny Q m = 2,30 m 3 /s nie może się pomieścić nawet przy całkowitym napełnienie przewodu przepustu, więc nie spełnia warunków hydraulicznych. Sprawdzenie parametrów przepustu o średnicy D = 1400 mm: 57

58 - założony spadek dna i = 0,5 % = 0,05 - długość przepustu około 29,30 m Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu (dla przepływu w ruchu jednostajnym) Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ 1/n = 60 współczynnik szorstkości dla przewodów betonowych wygładzonych F p - pole powierzchni przekroju przepływu, v p - średnia prędkość przepływu, B szerokość zwierciadła wody, P obwód zwilżony, R = F p : P promień hydrauliczny, i spadek podłużny dna t śr napełnienie Q natężenie przepływu. Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 V p[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,98 0,14 1,09 0,13 0,25 1,06 0, ,50 1,34 0,49 1,80 0,27 0,41 1,74 0, ,60 1,39 0,63 2,00 0,31 0,46 1,95 1, ,80 1,39 0,91 2,40 0,38 0,51 2,16 1, ,90 1,34 1,05 2,61 0,40 0,54 2,30 2, ,00 1,26 1,18 2,82 0,42 0,56 2,37 2,80 Przyjmując zalecenia w/w Rozporządzenia, w przewodzie pracującym niepełnym przekrojem głębokość wody nie powinna być większa niż 75% jego wysokości lub średnicy. Przy średnicy 1,4 napełnienie maksymalne nie powinno przekroczyć 1,05 m, przy założonym spadku dna i = 0,5 przepływ miarodajny Q 1% = 2,30 m 3 /s pomieści się przy głębokości około ho = 0,0,90 m. v p = 2,30 m/s < v p max = 3,5 m/s Parametry ruchu krytycznego Q : [D 2 (g D) ½ ] = 2,30 : [1,4 2 (9,81 1,4) ½ ] = 2,30 : (1,96 3,70) = 2,30 : 7,26 = 0,32 h kr / D = 0,575 to h kr = 0,80 m F kr / D 2 = 0,4674 to F kr = 0,91 m 2 Prędkość przepływu w przewodzie przepustu w warunkach ruchu krytycznego v p = Q m / F kr W przepustach o wysokości do 1,5 m v p 3,5 m/s F kr = 0,91 m 2 pole przekroju strumienia w przepuście prowadzącym wodę niepełnym przekrojem przy głębokości krytycznej v p kr = 2,3 : 0,91 = 2,5 m/s v p kr = 2,5 m/s < v p max = 3,5 m/s Obliczenie spadku krytycznego i kr = (g n 2 P): (α B R 1/3 ) h kr = 0,8 m F kr = 0,91 m 2 58

59 n = 0,017 współczynnik szorstkości dla powierzchni betonowych α = 1,1 współczynnik energii kinetycznej Saint-Venanta P = 2,40 m obwód zwilżony przepustu R = 0,38 promień hydrauliczny B = 1,39 m szerokość zwierciadła wody w przepuście i kr = (9,81 0, ,40) : (1,1 1,39 0,38 1/3 ) = (9,81 0, ,40) : (1,1 1,39 0,72 ) i kr = 0,0068 : 1,1 = 0,0062 = 6,0 Założony spadek podłużny dna przepustu i p = 5 < i kr = 6 Zależność przepływu w przepuście od wysokości strumienia spiętrzonego przed przepustem przy zachowaniu warunków ruchu krytycznego H o = [Q m : (m b kr (2g) ½ ] 2/3 Wg tabeli 3.1 zał. nr 1 do Rozporządzenia dla przepustów kołowych o nie zatopionym wlocie i wylocie, dla wlotu ze skrzydłami ukośnymi, współczynnik m t = 0,33 H o = [2,30 : (0,33 1,39 19,62 ½ ) ] 2/3 H o = (2,30 :1,85) 2/3 = 1,16 m H o = 1,16 m < h p = 1,40 m Obliczona wysokość strumienia spiętrzonego jest mniejsza od założonej średnicy, więc należy przyjąć, że założona średnica D = 1,40 m spełnia warunki. Obliczenie stanowiska dolnego Przy przepływie niepełnym przekrojem, dla przepustów o nie zatopionym wlocie i wylocie głębokość w przekroju wylotowym wynosi : i p = 5 < i kr = 6 to h wyl = (0,7 0,8) h kr h wyl = 0,75 h kr = 0,75 0,80 = 0,60 m F wyl = 0,63 m 2 v wyl = Q m : F wyl = 2,3 : 0,63 = 3,60 m/s Wypad z wylotu przepustu powinien być umocniony na długości L w min = 3 D = 3 1,4 m = 4,2 m Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu prefabrykatami betonowymi, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą Podsumowanie Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie, przepływ miarodajny, na jaki powinno się zaprojektować światło przepustu pod drogą klasy G, powinien odpowiadać prawdopodobieństwu p = 1%. Przepływ ze zlewni naturalnej w rowie w km Q m = Q 1% = 2,30 m 3 /s Sprawdzono parametry hydrauliczne przepustu rurowego betonowego o średnicy D = 1,4 m (przewód o średnicy 1,2 m nie spełnił warunków hydraulicznych) Z wyliczeń wynika, że dla założonego przepływu Q m = 2,30 m 3 /s przepust rurowy o średnicy D= 1,4 m jest wystarczający. - przepust betonowy rurowy o nie zatopionym wlocie i wylocie, - średnica D = 1400 mm - długość części przelotowej około L p = 29,30 m 59

60 - głębokość normalna przy przepływie miarodajnym wyniesie h 0 = 0,90 m < h dop = 0,75h p = 1,05 m - głębokość krytyczna h kr = 0,8 m (powyżej której w przepuście będzie panował ruch spokojny) - założony spadek podłużny dna przepustu i p = 0,5% - spadek krytyczny i kr = 0,6 % > i p = 5 (przy spadku mniejszym od krytycznego w przepuście panuje ruch spokojny) - wysokość energii spiętrzonego strumienia przed przepustem H o = 1,16 m < h p = 1,40 m - prędkość przepływu na wylocie v wyl = 3,60 m/s Niezbędne umocnienie wypadu z wylotu przepustu w obrębie dolnego stanowiska, na długości L w min = 3B = 3 1,4 m = 4,2 m. Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowu prefabrykatami betonowymi, a na końcu umocniony odcinek zakończyć palisadą. 60

61 11. Przepust P10 pomiędzy rowami drogowymi, pod ulicą Makoszowską w Przyszowicach. (na odcinku projektowanej przebudowy drogi DW 921 w km ,96) Przepust znajduje się na terenie zabudowy luźnej. Przechodzi pomiędzy rowami drogowymi. W tym przypadku należałoby dobrać średnicę przepustu w oparciu o Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie. Zgodnie z 43 ust. 1 pkt 2 przewody przepustów o przekrojach prostokątnych, owalnych i kołowych powinny mieć szerokość w świetle dla dróg klasy GP, G i Z nie mniejsza niż 0,8 m. Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu o średnicy D = 800 mm dla przepływu w ruchu jednostajnym. Q m = F v p v p = 1/n R 2/3 i ½ 1/n = 60 współczynnik szorstkości dla przewodów betonowych F p - pole powierzchni przekroju przepływu, v p - średnia prędkość przepływu, B szerokość zwierciadła wody, P obwód zwilżony, R = F p : P promień hydrauliczny, i spadek podłużny dna t śr napełnienie Q natężenie przepływu. Minimalny spadek dna i p = 0,5% = 0,005 Długość przepustu około 14 m 61

62 Lp. t śr [ m ] B [ m ] F [ m 2 ] P [ m ] R [ m ] R 2/3 V p[m/s ] Q [m 3 /s] 1. 0,20 0,69 0,10 0,83 0,12 0,24 1,0 0, ,40 0,80 0,25 1,26 0,20 0,34 1,44 0, ,60 0,69 0,40 1,67 0,24 0,38 1,60 0, ,80-0,50 2,51 0,20 0,34 1,44 0,72 Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowów drogowych w obrębie wlotu i wylotu z przepustu płytami ażurowymi Podsumowanie Przedmiotowy rów łączy rowy drogowe przebiegające po obu stronach drogi. W tym przypadku należałoby dobrać średnicę przepustu w oparciu o Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z r. w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie. Zgodnie z 43 ust. 1 pkt 2 przewody przepustów o przekrojach prostokątnych, owalnych i kołowych powinny mieć szerokość w świetle dla dróg klasy GP, G i Z nie mniejsza niż 0,8 m. Sprawdzenie parametrów hydraulicznych przepustu o średnicy D = 800 mm wykazało, że przy założonym minimalnym spadku dna i p = 0,5 % i dopuszczalnym napełnieniu 0,75h p = 0,60 m przepływ maksymalny wyniesie Q max = 0,64 m 3 /s. Długość przepustu L p = 13,90 m Wskazane wykonanie umocnienia skarp i dna rowów drogowych w obrębie wlotu i wylotu z przepustu płytami ażurowymi. 62

63 12. Most M2 na starym korycie ujściowego odcinka pot. Cienka w ciągu ul. Makoszowskiej w Przyszowicach (na odcinku projektowanej przebudowy drogi DW 921 w km ,3) Most zlokalizowany jest na starym korycie ujściowego odcinka pot. Cienka, mogącego pełnić obecnie funkcję kanał ulgi. Potok Cienka jest jednym z mniejszych dopływów rz. Kłodnicy. Przepływa przez tereny objęte szkodami górniczymi. Był uregulowany na całej długości z obwałowaniem na obszarze depresyjnym. Po wybudowaniu zbiornika wody przemysłowej Sośnica przełożono dolny odcinek koryta potoku w celu przechwycenia przepływów maksymalnych, natomiast wody normalne miały być nadal odprowadzane do rz. Kłodnicy. Jak można wnioskować w obecnej sytuacji cały przepływ cieku idzie do zbiornika, a ewentualny nadmiar mógłby być kierowany do rz. Kłodnicy Aktualnie po wschodniej stronie ulicy Makoszowskiej (na wylocie spod mostu) koryto cieku jest zarośnięte chaszczami, przy skarpach rosną drzewa. 63

64 Po stronie zachodniej ulicy (powyżej mostu) na odcinku około 50 m, wzdłuż ogrodzenia posesji (obecnie płot betonowy) praktycznie nie ma koryta cieku, lecz tylko niewielkie zagłębienie terenu, dopiero wyżej widoczny jest rów. Obecny most wybudowany był jeszcze na czynnym korycie cieku. Aktualnie światło mostu jest nieczynne, zasypane ziemią. Z tego stanu wynika, że most aktualnie nie spełnia żadnej funkcji i przebudowa go w podobnej formie nie ma uzasadnienia. Dla zachowania funkcji starego koryta jako kanału ulgi wskazane jest jednak wykonanie przepustu pod drogą nr