Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА КАНАЛИЗАЦИИ ДОЖДЕВЫХ СТОКОВ С ДОРОЖНОГО ПОЛОТНА МАГИСТРАЛЕЙ И УЛИЦ

Изобретение относится к области дорожного строительства и коммунального хозяйства и в частности к системам и ее элементам водоотвода дождевых стоков с дорожного полотна магистралей и улиц в канализационную сеть.

Современные системы дождевой (ливневой) канализации состоят из ряда взаимосвязанных и взаимодополняющих элементов и, как правило, включают ливневые лотки (желоба, каналы); дождеприемники (дождеприемные или сливные дождевые колодцы); пескоуловители; дренажные и канализационные трубы; коллекторы и смотровые колодцы [1].

Известно, что для обеспечения водоотвода дождевых стоков с дорожного полотна самотеком в канализационную сеть, последняя должна быть уложена в земляной грунт с заданным уклоном (например, 1:1000) с целью создания требуемого их напора в канализационной сети. При этом для направления дождевых (ливневых) стоков с дорожного полотна магистралей и улиц в сливные колодцы, расположенные по краям вдоль него с заданным шагом, профиль сечения дорожного полотна сформирован в виде сегмента с заданной стрелкой выпуклости. Существующая практика создания канализационной сети исходит из того, что направляемые дождевые стоки в нее по ширине дорожного полотна делятся для водоотвода равномерно по обеим его сторонам и это ведет к использованию одинаковых унифицированных элементов системы для ее построения вдоль краев дорожного полотна. Такой подход устроения водоотвода дождевых стоков с дорожного полотна магистралей и улиц часто ведет к переполнению сливных колодцев канализационной сети на одном из краев вдоль дорожного полотна, вызываемому воздействием на его дождевые стоки кориолисовой силы. Достоверным подтверждением этому может служить влияние кориолисовой силы на размывание одного из берегов рек, протекающих в северном и южном полушариях земного шара [2, с. 73]. Из доступной информации близкого аналога (прототипа) предлагаемому техническому решению не выявлено.

Задача изобретения - обеспечение в системе канализации дождевых стоков с дорожного полотна рационального распределения их водоотвода в элементы системы канализационной сети, располагаемые по краям вдоль дорожного полотна с учетом воздействия на дождевые стоки кориолисовой силы. Это достигается тем, что сливные колодцы и канализационная сеть системы с учетом воздействия на дождевые стоки кориолисовой силы выполнены, по крайней мере, с заданной большей пропускной способностью при расположении на одном из краев вдоль дорожного полотна, т.е. справа в северном земном полушарии и слева в южном земном полушарии по ходу движения дождевых стоков по дорожному полотну.

Общая структура схем взаимосвязей задействованных ресурсов и получаемых результатов, отражающая суть предлагаемого технического решения, приведена на фиг. 1.

Так на фиг. 1 представлено дорожное полотно 1 улицы 2, ограниченное не по своим краям бордюрами 3 и 4, с месторасположением ее в северном полушарии. При этом профиль сечения дорожного полотна 5 сформирован в виде сегмента с заданной стрелкой выпуклости h₀, не превышающей половины высоты выступающей части бордюров 3 и 4 над ним. По краям дорожного полотна 1 с заданным шагом расположены сливные колодцы 6 и 7, соединенные между собой в самотечную трубопроводную сеть 8 и 9.

В случае выпадения дождевых осадков 10 на дорожное полотно 1 в количестве обеспечения их толщины, равной значению стрелки его выпуклости h₀ в зоне расположения сливных колодцев 6 и 7, влияние кориолисовой силы на перераспределение дождевых стоков по ширине дорожного полотна относительно его центровой линии практически исключается.

Однако картина перераспределения дождевых стоков по ширине дорожного полотна резко меняется при выпадении дождевых (ливневых) осадков толщиной h₁ значительно больше значения стрелки выпуклости h₀ дорожного полотна 1, например в 1.5-2 раза. Это объясняется тем, что кроме движения дождевых стоков, обеспечиваемого уклоном расположения канализационной сети, на их траекторию движения 11 оказывает влияние вращения земного шара n за счет возникновения дополнительно ускорения, направленного перпендикулярно к оси вращения земного шара и направлению перемещения 12 дождевых (ливневых) стоков 10 дорожному полотну 1. Так, если смотреть со стороны северного полюса, то вращение земного шара n представляется направленным против часовой стрелки. Значит, за счет воздействия кориолисового ускорения на дождевые стоки их отклонение s (фиг. 1) по ходу движения должно происходить вправо. Величина этого отклонения наибольшая на экваторе, уменьшается до нуля с приближением к полюсам [2, с. 71]. А его значение определяется по формуле [3, с. 94]

где а - ускорение Кориолиса на экваторе, м/с²;

t - время перемещения дождевых стоков до сливного колодца, с.

Само кориолисовое ускорение [2, с. 71] равно

где n - значение числа оборотов в секунду (об/с) земного шара при n=1 за 24 часа;

υ - средняя скорость движения дождевых стоков по дорожному полотну в самотечной канализационной сети, например, с уклоном 1:1000, которая здесь равна [3, с. 50] .

Тогда значение кориолисового ускорения согласно формуле (2) составит , м/с².

Следовательно, отклонение дождевых стоков s по ходу движения на расстояние (фиг. 1) до сливного колодца за время t=/υ и от воздействия кориолисового ускорения а по формуле (1) составит:

, ;

, ;

, .

Здесь последнее означает, что элементы канализационной сети на правой стороне дорожного полотна должны пропускать количество дождевых стоков с него по ширине на 4,1 м больше, чем подобные элементы канализационной сети его другой стороны.

Кроме того, при выпадении дождевых (ливневых) осадков толщиной h₁ (фиг. 1) больше значения стрелки выпуклости h₀ дорожного полотна. Их слой толщиной, равной разности между h₁ и h₀, по всей его ширине беспрепятственно подвержен воздействию кориолисового ускорения и отклонению на величину s с направлением указанного слоя дождевых стоков к одному из краев дорожного полотна для отвода, т.е. в данном случае вправо по ходу их движения, в канализационную сеть с элементами большей пропускной способности.

Таким образом, при проектировании канализационной сети, т.е. из унифицированных или различных элементов необходимо учитывать воздействие кориолисового ускорения на отклонение дождевых (ливневых) стоков к одному из его краев в зависимости от расстояния от сливных колодцев и скорости движения υ по заданному направлению.

Предлагаемое техническое решение обладает следующим достоинством - обеспечение надежного водоотвода дождевых (ливневых) стоков с дорожного полотна на базе системы элементов канализационной сети при их расположении по краям вдоль него с различной пропускной способностью.

Источники информации

1. Патент РФ №2095525, опубл. 10.11.1997, МПК⁶ E03F 5/14.

2. Ландау Л.Д. Китайгородский А.И. Физика для всех. М.: Физматгиз, 1963. - 392 с.

3. Кухлинг X. Справочник по физике: пер. с нем. - М.: Мир, 1982. - 520 с.