Расчёт пропускной способности самотечных трубопроводов ливневой канализации — базовая гидравлическая задача, к которой проектировщик возвращается на каждом объекте. Методика расчёта регламентирована СП 32.13330.2018 (раздел 7) и основана на формуле Шези-Маннинга для равномерного движения жидкости в открытых руслах и напорных трубопроводах. В статье рассмотрены три типовых расчётных случая: полное заполнение трубы (напорный режим, аварийный сценарий), частичное заполнение 0,75 (штатный режим для труб d≤500 мм) и частичное заполнение 0,80 (для труб d>500 мм). Для каждого случая приведены формулы, числовые примеры и инженерные таблицы, позволяющие подобрать диаметр трубы без итерационных вычислений.
1. Формула Шези-Маннинга и её модификации
Для полного сечения трубы (напорный режим)
Q = (1/n) × S × R2/3 × i1/2
где: n — коэффициент шероховатости внутренней поверхности; S = πd²/4 — площадь полного сечения, м²; R = d/4 — гидравлический радиус для полного круглого сечения, м; i — продольный уклон трубопровода (безразмерный).
Для частичного заполнения
При наполнении h/d < 1 вводится поправочный коэффициент kн: Qч = Qполн × kн, где kн зависит от h/d. Значения kн для стандартных наполнений: h/d=0,5 → kн=0,50; h/d=0,6 → kн=0,67; h/d=0,75 → kн=0,91; h/d=0,80 → kн=0,98. При h/d>0,8 пропускная способность практически равна полной.
Значения коэффициента шероховатости n
| Материал трубы | n | Примечание |
|---|---|---|
| ПНД гофрированный двухслойный (гладкий внутренний слой) | 0,010 | Основной материал для ливневых коллекторов |
| ПВХ гладкий | 0,009 | Для напорных участков |
| Бетон/железобетон (центрифугированный) | 0,013 | Гладкая поверхность заводского изготовления |
| Бетон/железобетон (вибропрессованный) | 0,014-0,015 | Более шероховатая поверхность |
| Стеклопластик (GRP) | 0,009 | Минимальная шероховатость, высокая пропускная способность |
2. Таблицы пропускной способности труб ПНД (n=0,010, наполнение 0,75)
| Диаметр, мм | i=0,003 (3‰) | i=0,005 (5‰) | i=0,010 (10‰) | i=0,020 (20‰) | V при i=0,005, м/с |
|---|---|---|---|---|---|
| 110 | 4,5 л/с | 5,8 л/с | 8,2 л/с | 11,6 л/с | 0,6 |
| 160 | 12 л/с | 15 л/с | 21 л/с | 30 л/с | 0,8 |
| 200 | 22 л/с | 28 л/с | 40 л/с | 56 л/с | 0,9 |
| 250 | 40 л/с | 51 л/с | 72 л/с | 102 л/с | 1,0 |
| 315 | 72 л/с | 93 л/с | 131 л/с | 185 л/с | 1,2 |
| 400 | 135 л/с | 174 л/с | 246 л/с | 348 л/с | 1,4 |
| 500 | 245 л/с | 316 л/с | 447 л/с | 632 л/с | 1,6 |
Пример подбора диаметра
Qr=180 л/с, уклон i=0,005 (ограничен рельефом). По таблице: d=315 мм — 93 л/с (недостаточно); d=400 мм — 174 л/с (почти подходит, дефицит 3% — в пределах запаса); d=500 мм — 316 л/с (запас 43%, избыточен). Принимаем d=400 мм. Проверка скорости: V=174/(π×0,4²/4×0,75×1000)=1,85 м/с — больше Vmin=0,7 м/с (самоочищение) и меньше Vmax=4 м/с (эрозия).
3. Особые расчётные случаи
Переменный уклон по трассе
Если коллектор на разных участках имеет разный уклон, расчёт ведётся по участкам. Пропускная способность всего коллектора определяется по наиболее «узкому» участку (с наименьшим уклоном или диаметром). Увеличение уклона на последующих участках не компенсирует недостаток пропускной способности на предыдущих.
Проверка на самоочищение
Скорость потока при минимальном расходе (в межень, при малых дождях) должна быть ≥0,7 м/с. Если при расчётном наполнении 0,75 скорость ≥0,7 м/с — условие выполняется. При малых расходах (наполнение 0,2-0,3) скорость может падать ниже 0,7 м/с — допустимо, так как малые дожди не транспортируют значительного объёма наносов.
Проверка на эрозию
Максимальная скорость для неметаллических труб — 4 м/с (СП 32.13330.2018). При V>4 м/с поток переходит в бурный режим, возникает кавитационная эрозия стенок. Решение: увеличение диаметра (снижение V) или устройство перепадных колодцев (гашение энергии).
Нормативная база
- СП 32.13330.2018 «Канализация. Наружные сети» (раздел 7 — гидравлический расчёт)
- Таблицы для гидравлического расчёта канализационных сетей (Лукиных А.А., Лукиных Н.А., 2008)
- СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводов из полимерных материалов»