ВЛИЯНИЕ РАЗРАБОТКИ КАРЬЕРОВ НА СТОК ЛИВНЕВЫХ ВОД C ВОДОСБОРНЫХ ПЛОЩАДЕЙ

иоако

тематический раздел журнала «Строительные Материалы»

УДК 626.877

Ю.Э. ВАСИЛЬЕВ, И.В. ЧИСТЯКОВ, кандидаты техн. наук, Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)

Влияние разработки карьеров на сток ливневых вод c водосборных площадей

В работах [1, 2] показано влияние характеристик водосборного бассейна на параметры ливневого стока и в конечном итоге на условия работы водопропускных сооружений автомобильных дорог. При их проектировании для расчета стока ливневых вод принимается к расчету та форма и рельеф водосборного бассейна и те его параметры, которые были установлены на момент изысканий. Со временем возникает потребность в дорожно-строительных материалах, например грунта, как для реконструкции данной автомобильной дороги, так и для других хозяйственных целей. Как правило, карьеры грунта располагаются на площадях, тяготеющих к автомобильной дороге. Это приводит к тому, что карьер располагается непосредственно на водосборной площади, с которой формируется сток в сторону водопропускного сооружения автомобильной дороги; вследствие этого происходит изменение условий формирования стока и условий работы водопропускного сооружения; тогда при деформации рельефа водосборного бассейна они работают по параметрам, отличным от тех, на которые были запроектированы изначально. Для установления влияния изменений условий стока, а конкретно изменений расхода стока во времени (гидрограф стока) и величины максимальных расходов, а в некоторых случаях и объемов стока ливневых вод в результате изменения рельефа, вызванного разработкой грунтового карьера, были выполнены экспериментальные расчеты с применением разработанной математической модели стока, представленной в работах [3, 4]. С этой целью был взят водосборный бассейн (рис. 1) с периодически возникающим в момент прохождения ливней водотоком.

До начала разработки грунтового карьера водосборный бассейн представлял поверхность, сформированную естественными условиями, характерную для средней полосы РФ. Грунты, подстилающие водосборный бассейн, в большинстве представлены непылеватыми суглинками. Растительность — в основном луговые травы. Мощность растительного слоя 0,3—0,7 м.

После разработки карьера поверхность бассейна подверглась рекультивации, т. е. откосы склонов выемки

Рис. 1. Схема водосборного бассейна до разработки грунтового карьера

грунта стали более пологими и покрыты растительным слоем. В результате его рельеф претерпел изменения. В частности, на значительной площади образовалась поверхность с некоторым уклоном (рис. 2). Это не могло не отразиться на процессе формирования стока.

При экспериментальном расчете водосборный бассейн 15 мин орошали ливнем. За время ливня выпало 50 мм осадков. Результаты экспериментального расчета стока с поверхности водосборного бассейна до разработки грунтового карьера представлены на рис. 3, 1.

Гидрограф стока ливневых вод (рис. 3) имеет форму равнобедренного треугольника. Максимальный расход составил 8,2 м3/с. Продолжительность паводка 40 мин, время подъема паводка 24 мин, что соответствует времени достижения паводковой волной створа водопропускного сооружения. Скорость потока ливневых вод в русле водосбора изменяется в соответствии с изменением стока. Величина скорости размывающего потока для данного вида грунтов наступает на 18-й и заканчивается на 24-й минуте. Всего действие скорости размывающего потока составило 6 мин. Паводковая волна в русле водосборного бассейна формируется по мере прохождения ливневого фронта над водосборным бассейном в направлении по стоку. При естественной форме рельефа водосборного бассейна она формируется равномерно. Аккумулирующая способность поверхностного стока водосборным бассейном соответствует естественным условиям. На это указывает плавность формирования паводковой волны, которая формируется без возмущений, вызванных внешними воздействиями. Водоотдача водосборного бассейна происходит в соответствии с многолетними условиями формирования стока, на которые было запроектировано водопропускное сооружение автомобильной дороги. Что также соответствовало многолетним условиям его эксплуатации.

С устройством карьера на поверхности водосборного бассейна приток поверхностного стока к водопропускному сооружению изменился. Это в первую очередь сказалось на форме гидрографа стока (рис. 3, 2). Изменения, произошедшие в форме гидрографа, не моРис. 2. Схема измененной поверхности водосборного бассейна после разработки грунтового карьера

научно-технический и производственный журнал

сентябрь 2011

тематический раздел журнала «Строительные Материалы»

Время, мин

Рис. 3. Гидрограф стока ливневых вод с водосборного бассейна: 1 - до разработки грунтового карьера; 2 - после разработки грунтового карьера. Отображает направление прохождения ливневого фронта над водосборным бассейном по стоку

гут в дальнейшем гарантировать надежной и безопасной эксплуатации водопропускного сооружения и автомобильной дороги в целом.

В гидрографе появилась почти горизонтальная линия от 18 до 30 мин. В этот период размывающее действие потока происходит на протяжении 12 мин и вероятность разрушения конструкции водопропускного сооружения резко возрастает. Пик паводка выражен незначительно, а величина расхода снизилась и составила 5,9 м3/с. Такие изменения вызваны повышением аккумулирующей способности водосборного бассейна. Это зависит и от условий формирования паводковой волны на водосборном бассейне. Максимальное накопление поверхностного стока происходит на месте деформации водосборного бассейна вследствие разработки грунтового карьера. Паводковая волна формируется менее интенсивно, скорость потока поверхностного стока остается размывающей для данного рода грунтов поверхности водосбора.

Исходя из полученных результатов математического моделирования стока ливневых вод с водосборных бассейнов, подверженных деформациям в результате добычи дорожно-строительных материалов, следует сказать, что процесс формирования поверхностного стока искажается. Аккумулирующая способность водосбора возрастает. Поэтому при производстве работ, при добыче дорожно-строительных материалов, во избежание разрушений водопропускных сооружений землепользователям необходимо предусмотреть все возможные последствия в зависимости от объемов разработок, применяемых технологий, способов ведения работ и характеристик добываемых строительных материалов.

Список литературы

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ВЫСТАВКА Я—Ц

ЕвроСтройЭкспо - 2011 ноября 2011 г.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ ВЫСТАВОЧНЫЙ ЦЕНТР

ыюяина. 1Ыов. Броней кой по-1.15

: ч: "О а проа-о п жкя *»"

& Промышленное и жилищное строительство

• Архитектура и ремонт

• Строительные техно логин, материалы и конструкции

* Техника, оборудование,инструмент для строительных и ремонтных работ

* Климатическое оборудование, источники отопления и горячего водоснабжения, сантехника

■ Интеллектуальные технологии автоматизации жилья

» Элементы и предметы интерьера и декора

ннш1&

ив имим*»«« пиымдшм Г&1 ПГ&ЛШ л ^^тт

палил < -т—1 Ь . ._! лнтшт ЙЛ1ЯЯ, .1.1 « -|К||К

ЧжР- ЧГПрГЛГ.пи»™ 1 шш ■ ■ 1 5»*Щ*ЯС11 аз

Г; научно-технический и производственный журнал

^ ® сентябрь 2011 85