Добрый день, буду краток. Постоянно натыкаюсь на вопросы "как определить время поверхностной концентрации tcon" или более полно "как определить время установления полного стока на бассейне". Методы есть как у нас, так и за бугром. Кратко накидаю вам шпаргалку.
Контекстная реклама: обучающий видеокурс с численным моделированием поверхностного стока. 2d Rain on grid в Hec-Ras. После обучения, вы сможете создавать модели, подобные этой картинке:
Задонатить аффтару на рекламу канала.
Обзор методов расчета поверхностного стока.
Расставлю в порядке лично моего субъективного приоритета. (от самого лучшего до самого кривого). В пунктах используются гиперссылки на описание методов.
1. SCS TR 55: Имхо, наилучший, который довольно точно описывает типы потоков и выдает адекватные результаты как на природных водосборах, так и селитебных. Проблема вылезает на слабоконцентрированных ручейках с вертикальных стен (скалы, крутизной ~85°).
2. ВСН 63-76: Хороший метод автодорожников для ненарушенных природных водосборов. На уклонах до 1000‰ я сравнивал результаты с TR55 - сходимость отличная, но метод несколько замыливает картину: не разделяет сток на плоский и слабоконцентрированный. Для селитеба метод малопригоден, имхо.
3. СП 121.13330.2019: Приложение Н (формула Н3). Расчет скорости поверхностного стока очень похож на формулу sheet flow TR 55. Честно, я ей ничего не считал, не валидировал. Но похожа на правду.
4. СП 425.1325800.2018: Расчет скорости плоского "верхового" стока (sheet flow). Подход хороший (имхо, самый точный из известных мне), но в самом СП425 куча опечаток, поэтому либо читайте мою статью с примером расчета, либо оригинальные источники от СОЮЗДОРНИИ.
5. Иные забугорные методы: Kerby-Kirpich Method, FAA.... В целом для эрудиции ознакомиться можно, но они уступают моему любимому TR55. Очень хорошую ссылку на обзорные методы можно найти в комментариях.
6. ВодГео 2015: Он же СП32.13330: следует определять расчётом или принимать в населённых пунктах, при отсутствии внутриквартальных закрытых дождевых сетей, равным 5-10 мин, при и наличии равным 3-5 мин. Это самый кривой и бесполезный метод из всех которые я знаю. Применять можно только на селитебной, квазигоризонтальной, укатанной в асфальт территории.
Практические рекомендации от Костяна (шпаргалка).
Если вы покурите матчасть по всем вышеприведённым ссылкам, то сделаете выводы, которые я опишу тезисно ниже. Так сказать, пользуйтесь на здоровье, но не забываете, кому надо ставить магарычи :).
1. В первые моменты времени образуется "плоский листовой поток" (как робот Т1000 из Терминатора-2 стекался лужицами в кучу). Скорости этого потока прекрасно определяются нашим методом СП425 и зарубежным TR55 (sheet flow формулой Мак`Квина-Шписа). На уклонах поверхности до 45° (1000 ‰) он обычно находится в пределах 0,03-0,05 м/с. Такой тип потока ограничен расстоянием от 30 до 91м по разным источникам.
2. Плоский поток с верховьев собирается в слабоконцентрированные ручейки. В таком режиме вода будет течь по рельефу до тех мест, где начинают появляться проработанные русла сезонных водотоков. За бугром этот тип потоков называют shallow concentrated flow. Скорости обычно находятся в пределах 0,6-1,5 м/с. (Бывает 2м/с и выше, но редко). Такой тип потока ограничен расстоянием до 300м, но бывает и больше: на точных спутниковых снимках или ортофотопланах иногда можно разглядеть такие участки.
3. Дальше потоки воды попадают в русла ручьев, рек или лотки. Тут уже считайте скорости по уравнениям Шези / Маннинга. В зависимости от уклонов и наполнения скорости могут достигать и 3 м/с и иногда более.
Теоретические рекомендации от Костяна.
Посмотрите внимательно на скорость плоского стока TR55 и обычной формулы Маннинга для стационарного потока в канале. Видно что они очень похожи(в числителе толщина потока и уклон, в знаменателе шероховатость), просто в TR55 есть некоторые допиливающие коэффициенты под "тонкий" режим течения:
А еще видно что гидравлический радиус подменяется толщиной 2х годовалого дождя. А шо такое гидравлический радиус? Вспоминайте теорию гидравлики: в условиях широкого русла (когда ширина потока много больше глубины) R можно заменить на глубину потока. Вот оно что, Михалыч! То-есть в методе TR55 договорились принимать "в среднем по палате" двухгодовалый R. А если у вас более слабенький облажной дождичек, то и скорости плоского потока будут меньшими.
Еще в дополнение выдержка из книги Михаила Соломоновича Грушевского. Порядок значений скоростей тот-же:
А вот подписчик прислал выдержу из книги Яковлева "Канализация" 1974. Судя по структуре, это все тот-же "плоский" (sheet flow), только с местным урбанизированным колоритом (коэфф покрова, интенсивность в мм/мин).
Постскриптум (PS):
а) численное моделирование на уравнениях мелкой воды дают схожие результаты по скоростям;
б) коэффициент n Маннинга растет с уменьшением толщины потока на одном и том же водосборе, но это очень слабоизученный момент;
в) всюду пихать дурацкие "применяемые 3-5 минут" из СП32.13330 это моветон и признак непрофессионализма;
г) зона распространения "плоского" (sheet flow) стока колеблется от пары метров до максимальных 91 метра (300 футов): на городском асфальте будет минимум, на заросшем природном склоне - максимум. Но сам габарит такой зоны определяется "на глаз" инженером.
Насколько я понимаю, sheet flow считается поток глубиной/толщиной не более 30мм. Таким образом, длина будет зависеть от уклона и шероховатости поверхности (чем более крутой уклон и более гладкая поверхность, тем длиннее зона распространения). И при таких небольших глубинах, значения n-value плоского потока будут больше стандартных. Почитать дискуссию можно тут.
В дебрях забугорного интернета я нашел следующую рекомендацию по определению длины sheet flow:
From Part 630 Hydrology National Engineering Handbook, Chapter 15:
"Typically, sheet flow occurs for no more than 100 feet before transitioning to shallow concentrated flow (Merkel 2001)." and "Kibler and Aron (1982) and others indicated the maximum sheet flow length is less than 100 feet. To support the sheet flow limit of 100 feet, Merkel (2001) reviewed a number of technical papers on sheet flow. McCuen and Spiess (1995) indicated that use of flow length as the limiting variable in the equation 15–8 could lead to less accurate designs, and proposed that the limitation should instead be based on:
L = 100 * S^0.5/n (eq. 15–9) (length, slope, mannings n)
Table 15-2 Maximum sheet flow lengths using the McCuen-Spiess limitation criterion
Cover type, n values,Slope(ft/ft),Length(ft)
Range ,0.13, 0.01, 77
Grass ,0.41, 0.01, 24
Woods ,0.80, 0.01, 12.5
Range ,0.13, 0.05, 172
Grass ,0.41, 0.05, 55
Woods ,0.80, 0.05, 28"
Some time ago regulators in my state performed informal field observations during storm events and have stated that the 300 ft. length is only achieved in ideal conditions on smooth surfaces (perfectly paved parking lot.)
Да, про магарычи не забывайте! Португальский портвейн и продукция Новосветского завода шампанских вин.
