ЗАХОДИ З ПОПЕРЕДЖЕННЯ ТА ГАСІННЯ НЕБЕЗПЕЧНИХ ФОРМ РУХУ ПОТОКІВ ВОДИ В НИЖНЬОМУ Б'ЄФІ ДОРОЖНІХ ВОДОПРОПУСКНИХ ТРУБ
DOI:
https://doi.org/10.18664/1994-7852.212.2025.336352Ключові слова:
гасіння енергії, дорожня водопропускна труба, нижній б'єф, русло, потоки водиАнотація
Дорожні водопропускні труби є наймасовішими штучними спорудами на автомобільних дорогах. Слід зазначити, що нижній б'єф таких споруд працює у складних експлуатаційних умовах зі значною нерівномірністю розподілу питомих витрат, високою кінетичністю потоку, насиченістю потоку донними наносами, камінням, сміттям, що спричиняє розмивання нижнього б'єфу споруди та руйнування насипу і штучної споруди. Попередити утворення небезпечних форм руху рідини в нижньому бʼєфі дорожніх водопропускних труб можна шляхом застосування інженерних споруд, що дають змогу змінити механізм руху та швидкісну структуру потоку за водопропускною спорудою, що може бути досягнуто за рахунок влаштування гасника енергії для забезпечення вирівнювання за шириною відвідного русла витрат, глибин, швидкості та зниження їхньої пульсації. Одним із слабких місць дорожніх водопропускних труб є зона нижнього б'єфу, що нерідко зазнає деформації, оскільки з виходом струменя з дорожньої водопропускної труби круглого перерізу в каналі трапецеїдальної форми з'являється збійність течії, утворюються водоворотні зони, формуються великі донні швидкості. Тому необхідно змусити потік води розтікатися без збійності, із більш сприятливою швидкісною структурою та зменшеними актуальними швидкостями у придонній області.
На сьогодні відомо про велику кількість руйнувань нижнього б'єфа, що змушує розробляти нові конструкції нижнього б'єфу дорожнього водовідводу. Можна виділити два підходи щодо розв’язання проблеми кріплення нижніх б'єфів дорожніх водопропускних споруд: повна відмова від улаштування конструкцій гасників енергії і зсув на значну відстань вирви розмиву від дорожнього насипу; використання гасників енергії, розсікачів або розсіювачів різного типу.
Для запобігання пошкодженню потоком дорожніх водопропускних труб у нижньому б’єфі необхідно виконувати гасіння небезпечних форм руху потоків води.
У статті розглянуто заходи з попередження та гасіння небезпечних форм руху потоків води в нижньому б'єфі дорожніх водопропускних труб.
Посилання
Ковшун В. Я. Швидкісна структура потоку в нижньому б'єфі трубчатого перепаду з кінцевим гасником. Гідравліка і гідротехніка: Республіканський міжвідомчий науковотехнічний збірник. Київ, 1982. Вип. 34. С. 19―26.
Ліпіцький Г. О. Застосування гасника енергії при раптовому розширенні русла в нижньому б'єфі малої штучної споруди. Гідравліка: Міжвідомчий республіканський науковотехнічний збірник. Київ: Техніка, 1965. Вип. 1. С. 194–201.
Гаркуша М. В. Аналіз конструкцій гасників надмірної кінетичної енергії водного потоку. Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. Київ: НТУ, 2024. Вип. 116. Ч. 1. С. 171–194. DOI:10.33744/0365-8171-2024-116.1-171-194.
Підвищення несучої здатності основ при будівництві споруд із металевих гофрованих конструкцій в умовах залягання слабких грунтів / А. М. Онищенко, В. В. Ковальчук, І. А. Карнаков та ін. Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. Київ: НТУ, 2024. Вип. 115. Ч. 2. С. 121–136. DOI:10.33744/0365-8171-2024-115.2-121-136.
Taha N., El-Feky M. M., El-Saiad A. A. & Fathy I. Numerical investigation of scour characteristics downstream of blocked culverts. Alexandria Eng. J. 2020. 59 (5): 3503–3513. https://doi.org/10.1016/j.aej.2020.05.032.
Othman Ahmed K., Amini A., Bahrami J., Kavianpour M. R. & Hawez D. M. Numerical modeling of depth and location of scour at culvert outlets under unsteady flow conditions. J. Pipeline Syst. Eng. Pract. 2021. 12 (4): 04021040. https://doi.org/10.1061/(ASCE)PS.1949-1204.0000578.
Meegoda J. N., Juliano T. M. & Tang C. Culvert information management system. Transp. Res. Rec. 2009. 2108 (1): 3–12. https://doi.org /10.3141/2108-01.
Peter J. M. & Moore I. D. Effects of erosion void on deteriorated metal culvert before and after repair with grouted slip liner. J. Pipeline Syst. Eng. Pract. 2019. 10 (4): 04019031. https://doi.org/10.1061/(ASCE)PS.1949-1204.0000399.
Kilgore R. T., Bergendahl B. & Hotchkiss R. H. Culvert design for aquatic organism passage: Hydraulic engineering circular number 26. Rep. 2010. No. FHWA-HIF-11-008. Lakewood, CO: Central Federal Lands Highway Division.
Smith & Hallmark. New developments for erosion control at culvert outlets. Highway Research Board Bulletin. 1960. No. 286. Washington, DC: Highway Research Board.
Mamedov A. I. & Levy G. J. Soil erosion–runoff relations on cultivated land: Insights from laboratory studies Eur. J. Soil Sci. 2019. 70 (3): 686–696. https://doi.org/10.1111/ejss.12759.
Mohammed S. R., Nile B. K. & Hassan W. H. Modelling stilling basins for sewage networks. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. 671 (1): 012111. https://doi.org/10.1088/1757-899X/671/1/012111.
Azamathulla H. M. & Ghani A. A. ANFIS-based approach for predicting the scour depth at culvert outlets. J. Pipeline Syst. Eng. Pract. 2011. 2 (1): 35–40. https://doi.org/10.1061/(ASCE)PS.1949-1204.0000066.
Гаркуша М. В. Вплив пошкоджених гідротехнічних споруд транспортного будівництва з дорожніх водопропускних труб на навколишнє середовище. Водопостачання і водовідведення: проектування, будівництво, експлуатація, моніторинг. V Міжнар. наук.-техн. конф., 11-13 жовтня 2023, Україна, Львів : зб. матер. Київ: Яроче́нко Я. В., 2023. С. 82—83. DOI: https://doi.org/10.51500/7826-33-9.
Цивін М. Н. Дослідження експлуатаційних характеристик погашувача енергії активного типу. Автомобільні дороги і дорожнє будівництво: міжвід. наук.-техн. зб. 1999. Вип. 57. С. 209–213.
Gill M. A. Hydraulics of Rectangular Vertical Drop Structures. Journal of Hydraulic Research. 1979. Vol. 17, No. 4. Р. 289–302.
Federal Highway Administration. Hydraulic Design of Energy Dissipators for Culverts and Channels. Hydraulic Engineering Circular. No. 14. Sept 1983.
Campbell C. S. and others. Flow Regimes in Inclined Open-Channel Flows of Granular Materials. Powder Technology. Elsevier Sequoia. 1985.
Bhutto H., Mirani S. and Chandio S. Characteristics of Free Hydraulic Jump in Rectangular Channel. Mehran University Research Journal of Engineering and Technology. 1989. 8(2). 34–44.
Gharanglk A. and Chaudhry M. Numerical simulation of hydraulic jump. Journal of Hydraulic Engineering. 1991. 117(9). 1195–1211.
Chanson H., and Montes J. S. Characteristics of Undular Hydraulic Jumps. Experimental Apparatus and Flow Patterns. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 1995. Vol. 121, No. 2. Р. 129-144. Discussion : Vol. 123, No. 2 Р. 161–164.
Chanson H. Free-surface flows with near-critical flow conditions. Canadian Journal of Civil Engineering. 1996. 23(6): 1272-1284. https://doi.org/10.1139/l96-936.
Smith C. & Oak A. Culvert inlet efficiency. Canadian Journal of Civil Engineering. 1995. 22. 611-616. DOI:10.1139/l95-069.
Ohtsu I. et al. Incipient jump conditions for flows over a vertical sill. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 1996. 122(8). 465–469. doi: 10.1061/(ASCE)0733-29(1996)122:8(465).
Stahl H. and Hager W. Hydraulic Jump in Circular Pipes. Canadian Journal of Civil Engineering. CSCE. 1998.
Tyagi A. K. et al. Energy Dissipation in Broken-back Culverts under Open Channel Flow Conditions. Am. Soc. Civil Engineers International Perspective on Current and Future State of Water Resources, 2010. 10 p.
Utah Department of Transportation. Manual of Instruction – Roadway Drainage and Culverts. 2004.
Ohtsu I. et al. Hydraulic condition for undular jump formation. Journal of Hydraulic Research. 2001. 39(2). 203–209.
Federal Highway Administration. Hydraulic Design of Highway Culverts. Report No. FHWA-NHI-01-020. No. 5. Sept 2001.
Beirami M. K. and Chamani M. R. Flow Characteristics at Drops. Journal of Hydraulic Research. 2002. Vol. 128, No. 8. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9429(2002)128:8(788)).
Texas State Department of Highways and Public Transportation. Bridge Division Hydraulic Design Manual. 2004.
Larson E. Energy dissipation in culverts by forcing a hydraulic jump at the outlet. Master’s Thesis, Washington State University. 2004.
Hotchkiss R. and Larson E. Simple Methods for Energy Dissipation at Culvert Outlets. Impact of Global Climate Change. World Water and Environmental Resources Congress. 2005.
Federal Highway Administration. The Hydraulic Design of Energy Dissipaters for Culverts and Channels. 2006.
Mignot E. and Cienfuegos R. Energy dissipation and turbulent production in weak hydraulic jumps. Journal of Hydraulic Engineering, ASCE. 2010. 136 (2). 116-121. https://doi.org/10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.00001.
Alikhani A. et al. Hydraulic jump in stilling basin with vertical end sill. International Journal of Physical Sciences. 2010. 5(1). 25-29. http://www.academicjournals.org/IJPS.
Cristian B., Oprean C., Olivian C., Erdei Z., Neamtu L., Horgos M. & Popa A. The advantages of numerical analysis for claw pole alternator. 2014 International Conference and Exposition on Electrical and Power Engineering (EPE). 2014. 353–357. http://10.1109/ICEPE.2014.6969928.
Allaire G. Numerical Analysis and Optimization an Introduction to Mathematical Modelling and Numerical Simulation. Oxford University Press Inc., New York. 2007.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
