Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Стальная водопропускная труба с небольшим бассейном внизу
Монтаж нескольких водопропускных труб в Италии
Бетонные коробчатые водопропускные трубы .
Большая коробчатая водопропускная труба. Водовод реки Монтеррозо

Водопропускной представляет собой структуру , которая позволяет воде течь под дороги, железной дороги, след, или подобной обструкции от одной стороны к другой. Обычно водопропускная труба заделана так, чтобы быть окруженной почвой, она может быть сделана из трубы , железобетона или другого материала. В Соединенном Королевстве это слово также может использоваться для обозначения более длинного искусственно заглубленного водотока . [1]

Водовыпускные трубы обычно используются как в качестве перекрестных дренажей для разгрузки дренажа канав на обочине дороги, так и для пропускания воды под дорогой при естественном дренаже и переходах через ручьи. Когда они находятся под дорогами, они часто пусты. Водовыпускная труба также может быть похожей на мост конструкцией, предназначенной для того, чтобы транспортные средства или пешеходы могли пересекать водный путь, обеспечивая при этом достаточный проход для воды.

Водопропускные трубы бывают разных размеров и форм, включая круглые, эллиптические, с плоским дном, с открытым дном, грушевидные и коробчатые конструкции. Выбор типа и формы водопропускной трубы зависит от ряда факторов, включая требования к гидравлическим характеристикам, ограничения по высоте поверхности воды выше по течению и высоту насыпи проезжей части. [2]

Процесс удаления водопропускных труб для восстановления открытого водотока известен как дневное освещение . В Великобритании эта практика также известна как декульвертирование. [3]

Материалы [ править ]

Стальной гофрированный водопропускной канал с каплей на выхлопной трубе, Северный Вермонт

Водовыпуски могут быть изготовлены из различных материалов, включая монолитный или сборный бетон (армированный или неармированный), оцинкованную сталь , алюминий или пластик (обычно полиэтилен высокой плотности ). Два или более материала могут быть объединены для образования композитных структур. Например, стальные гофрированные конструкции с открытым дном часто строятся на бетонных основаниях.

Дизайн и инженерия [ править ]

Водовыпускной канал под дамбой реки Вислы и улица в Варшаве .

Строительство или установка на участке водопропускной трубы обычно приводит к нарушению почвы, берегов ручья или русла ручья и может привести к возникновению нежелательных проблем, таких как промывные ямы или оседание берегов, прилегающих к конструкции водопропускной трубы. [2] [4]

Водовыпускные трубы должны быть правильно рассчитаны и установлены, а также защищены от эрозии и размыва. Многие американские агентства , такие как Федеральное дорожное управление , Бюро по управлению земельными ресурсами , [5] и Агентства по охране окружающей среды , [6] , а также государственные и местные органы власти, [4] требуют , чтобы водопропускные быть разработаны и спроектированы для удовлетворения конкретных федеральных, государственных , или местные нормы и правила для обеспечения надлежащего функционирования и защиты от отказов водопропускных труб.

Гидравлические трубы классифицируются по стандартам по грузоподъемности, пропускной способности воды, сроку службы и требованиям к установке подстилки и засыпки. [2] Большинство агентств придерживаются этих стандартов при проектировании, проектировании и спецификации водопропускных труб.

Неудачи [ править ]

Неисправности водопропускных труб могут происходить по широкому кругу причин, включая сбои, связанные с техническим обслуживанием, окружающей средой и установкой, функциональные сбои или сбои технологического процесса, связанные с производительностью и объемом, вызывающие эрозию почвы вокруг или под ними, а также структурные или материальные разрушения, вызывающие повреждение водопропускных труб выходят из строя из-за разрушения или коррозии материалов, из которых они сделаны. [7]

Если отказ является внезапным и катастрофическим, это может привести к травме или гибели людей. Внезапные обрушения дороги часто являются результатом плохо спроектированных и спроектированных участков пересечения водопропускных труб или неожиданных изменений окружающей среды, вызывающих превышение проектных параметров. Вода, проходящая через небольшие кульверты, со временем размывает окружающую почву. Это может вызвать внезапный сбой во время дождя средней величины. Аварии из-за разрушения водопропускной трубы также могут произойти, если водопропускная труба не имеет надлежащего размера и наводнение затопляет водопропускную трубу или разрушает дорогу или железную дорогу над ней.

Непрерывное функционирование водопропускной трубы без сбоев зависит от надлежащего проектирования и инженерных соображений, учитываемых в отношении нагрузки, гидравлического потока, анализа окружающего грунта, засыпки и уплотнения подстилки, а также защиты от эрозии. Неправильно спроектированная опора для обратной засыпки вокруг водопропускных труб может привести к обрушению материала или отказу из-за неадекватной поддержки нагрузки. [7] [2]

Для существующих водопропускных труб, которые испытали деградацию, потерю структурной целостности или должны соответствовать новым нормам или стандартам, восстановление с использованием трубы для замены облицовки может быть предпочтительнее замены. При определении размеров водопропускной трубы для замены облицовки используются те же критерии расчета гидравлического потока, что и для новой водопропускной трубы, однако, поскольку водопропускная труба для замены облицовки предназначена для вставки в существующую водопропускную трубу или основную трубу, установка замены облицовки требует цементации кольцевого пространства между основной трубой и поверхность перебазированной трубы (обычно с использованием раствора с низкой прочностью на сжатие ), чтобы предотвратить или уменьшить просачиваниеи миграция почвы. Затирка также служит средством установления структурного соединения между футеровкой, основной трубой и почвой. В зависимости от размера и заполняемого кольцевого пространства, а также от высоты трубы между входом и выходом, может потребоваться выполнение цементного раствора в несколько этапов или «подъемов». Если требуется несколько подъемов, то требуется план затирки, который определяет размещение трубок для подачи цементного раствора, воздушных трубок, тип используемого раствора и, если нагнетание или перекачивание раствора, то необходимое развиваемое давление для инъекции. Поскольку диаметр трубы для замены облицовки будет меньше диаметра основной трубы, площадь поперечного сечения потока будет меньше. Выбрав трубу для перебазирования с очень гладкой внутренней поверхностью, с приблизительным значением коэффициента трения Хазена-Вильямса, C, в пределах 140–150,уменьшение площади проходного сечения может быть компенсировано, а скорость гидравлического потока потенциально увеличена за счет уменьшения сопротивления поверхностному потоку. Примерами материалов труб с высоким C-фактором являются полиэтилен высокой плотности (150) иполивинилхлорид (140). [8]

Воздействие на окружающую среду [ править ]

Эта водопропускная труба имеет естественное дно, соединяющее среду обитания диких животных.

Безопасные и стабильные переходы через ручьи могут вместить диких животных и защитить здоровье ручьев, одновременно уменьшая дорогостоящую эрозию и структурные повреждения. Плохо расположенные водопропускные трубы меньшего размера могут вызвать проблемы с качеством воды и водными организмами. Плохо спроектированные водопропускные трубы могут ухудшить качество воды из-за размыва и эрозии, а также ограничить перемещение водных организмов между средами обитания выше и ниже по течению. Рыбы часто становятся жертвами потери среды обитания из-за плохо спроектированных переходных сооружений.

Кульверты, обеспечивающие адекватный проход водных организмов, уменьшают препятствия для передвижения рыб, диких животных и других водных организмов, которым необходим проход по течению. Плохо спроектированные водопропускные трубы также более склонны к забиванию отложениями и мусором во время дождей среднего и крупного масштаба. Если водопропускная труба не может пропустить объем воды в ручье, то вода может перетекать через насыпь дороги. Это может вызвать значительную эрозию, в конечном итоге вымыв водопропускную трубу. Смываемый материал насыпи может забить другие конструкции ниже по потоку, что приведет к их разрушению. Он также может повредить урожай и имущество. Правильно подобранная конструкция и жесткое ограждение берегов могут помочь уменьшить это давление.

Замена водопропускной трубы, совместимая с проходом водных организмов, во Франклине, Вермонт, прямо вверх по течению от озера Карми

Замена водопропускного трубопровода является широко распространенной практикой при восстановлении водотока. Долгосрочные преимущества этой практики включают снижение риска катастрофического отказа и улучшение прохода рыбы. При соблюдении передовых методов управления краткосрочное воздействие на водную биологию минимально. [9]

Рыбный проход [ править ]

Дополнительная информация: Рыбная лестница

Хотя пропускная способность водопропускной трубы определяется гидрологическими и гидротехническими соображениями [10], это часто приводит к большим скоростям в стволе, создавая возможный барьер для прохода рыбы. Критическими параметрами водопропускной трубы с точки зрения прохода рыбы являются размеры ствола, особенно его длина, форма поперечного сечения и обратный наклон. Поведенческая реакция видов рыб на размеры водопропускных труб, условия освещения и турбулентность потока может играть роль в их способности плавать и скорости прохода водопропускных труб. Не существует простых технических средств для определения характеристик турбулентности, наиболее важных для прохода рыбы в водопропускных трубах, но понятно, что турбулентность потока играет ключевую роль в поведении рыбы. [11] [12]Взаимодействие между плавающей рыбой и вихревыми структурами включает широкий диапазон соответствующих длин и чешуек пальцев. [13] Недавние обсуждения подчеркнули роль вторичного движения потока , рассмотрение размеров рыбы по отношению к спектру масштабов турбулентности, а также полезную роль турбулентных структур при условии, что рыбы могут их использовать. [11] [14] [15] [16] [17] [18] [19] Текущая литература по проходу кульвертовых рыб сосредоточена в основном на быстро плавающих видах рыб, но в нескольких исследованиях приводятся доводы в пользу лучших рекомендаций для мелкотоварной рыбы. в том числе молодь. [16]Наконец, твердое понимание типологии турбулентности является основным требованием для любого успешного проектирования гидротехнических сооружений, способствующих проходу рыбы вверх по течению. [20]

Кульверты с минимальными потерями энергии [ править ]

Размер водовода относительно человека

На прибрежных равнинах Квинсленда , Австралия, проливные дожди во время сезона дождей вызывают большой спрос на водопропускные трубы. Естественный уклон поймы часто очень мал, и в водопропускных трубах допускается небольшое падение (или потеря напора ). Исследователи разработали и запатентовали методику проектирования водопропускных труб с минимальными потерями энергии, которые дают небольшой приток. [21] [22] [23]

Водовод или водовод с минимальными потерями энергии - это конструкция, спроектированная с учетом концепции минимальной потери напора. Поток в подходном канале сокращается через обтекаемый вход в ствол, где ширина канала минимальна, а затем он расширяется в обтекаемом выпускном канале, прежде чем окончательно выпустить в следующий естественный канал. Вход и выход должны быть оптимизированы, чтобы избежать значительных потерь формы. Перевернутый ствол часто опускается для увеличения пропускной способности.

Концепция водопропускных труб с минимальными потерями энергии была разработана инженером из графства Виктория и профессором Университета Квинсленда в конце 1960-х годов. [24] В то время как ряд малогабаритных сооружений был спроектирован и построен в Виктории, некоторые крупные сооружения были спроектированы, испытаны и построены на юго-востоке Квинсленда.

Лесное хозяйство [ править ]

В лесном хозяйстве правильное использование водопропускных труб с поперечным дренажом может улучшить качество воды, позволяя при этом продолжать лесохозяйственные операции. [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Мост  - конструкция, построенная для преодоления физических препятствий.
  • Мост Клаппер  - мост, образованный большими плоскими каменными плитами.
  • Дренаж  - Удаление воды с территории
  • Рыболовная лестница  - конструкция, позволяющая рыбе преодолевать препятствия вверх по реке
  • Переход по низкой воде
  • Санитарная канализация  - подземная труба или туннельная система для транспортировки сточных вод из домов или зданий к очистным сооружениям или утилизации.
  • Подземная река  - река, которая полностью или частично протекает под поверхностью земли.

Примечания [ править ]

  1. ^ Тейлор, Карл (2010). «Схема смягчения последствий наводнений Thacka Beck, Пенрит, Камбрия - Обследование зданий на водопроводных трубах» . Oxford Archeology North .
  2. ^ a b c d Исследовательский центр шоссе Тернера-Фэрбэнк (1998). «Гидравлическое проектирование водопропускных труб на шоссе» (PDF), Отчет № FHWA-IP-85-15 Министерство транспорта США, Федеральное управление автомобильных дорог, Маклин, Вирджиния.
  3. Перейти ↑ Wild, Thomas C. (2011). «Deculverting: анализ свидетельств о« дневном освещении »и восстановлении культивированных рек». Журнал «Вода и окружающая среда» . 25 (3): 412–421. DOI : 10.1111 / j.1747-6593.2010.00236.x .
  4. ^ a b Транспорт Альберты (2004). "РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ КУЛЬВЕРТОВ РАЗМЕРОВ МОСТОВ" (PDF), Исходный документ, 1995 г., Alberta Transportation, Отдел технических стандартов, Правительство провинции Альберта
  5. ^ Департамент внутренних дел бюро землеустройства (2006). «Использование, установка и определение размеров водоводов», глава 8 (PDF), Разработка малых объемов J Глава 8, blm.gov/bmp.
  6. ^ Управление по охране окружающей среды EPA (2003-7-24). Грунтовые дороги НПС "Водопроводные трубы" Глава 3 (PDF), "КУЛЬВЕРТЫ" epa.gov.
  7. ^ a b Архитектурный рекорд CEU ENR (2013). «Варианты управления ливневыми водами и как они могут потерпеть неудачу» (онлайн-образовательный курс), Отчет об архитектуре строительства McGraw Hill Construction.
  8. ^ Справочник Института пластиковых труб по полиэтиленовым трубам, первое издание, 2006 г.
  9. ^ Лоуренс, JE, MR Обложка, CL May и VH Resh. (2014). «Замена стилей водопропускных труб имеет минимальное воздействие на бентосных макробеспозвоночных в лесных горных реках Северной Калифорнии». Limnologica . 47 : 7–20. arXiv : 1308.0904 . DOI : 10.1016 / j.limno.2014.02.002 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  10. ^ Шансон, Х. (2004). Гидравлика потока в открытом канале: Введение . Баттерворт-Хайнеманн, 2-е издание, Оксфорд, Великобритания. ISBN 978-0-7506-5978-9.
  11. ^ a b Никора, В.И., Аберл, Дж., Биггс, BJF, Джоуэтт, И.Г., Сайкс, JRE (2003). «Влияние размера рыбы, времени до утомления и турбулентности на плавание: пример Galaxias Maculatus». Журнал биологии рыб . 63 (6): 1365–1382. DOI : 10.1111 / j.1095-8649.2003.00241.x .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  12. ^ Ван, Х., Шансон, Х. (2017). «Как лучшее понимание взаимодействия рыбы и гидродинамики может улучшить проход рыбы вверх по течению в водопропускных каналах» . Отчет об исследовании гражданского строительства № CE162 : 1–43.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  13. ^ Лупандин, AI (2005). «Влияние турбулентности течения на скорость плавания рыб». Бюллетень биологии . 32 (5): 461–466. DOI : 10.1007 / s10525-005-0125-Z .
  14. ^ Папаниколау А.Н., Talebbeydokhti, N. (2002). «Обсуждение турбулентного потока в открытом канале в круглых гофрированных водопропускных трубах». Журнал гидротехники . 128 (5): 548–549.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  15. ^ Plew, ДР, Никора В.И., Ларн, ST Сайкс, JRE, Купер, Г. (2007). «Изменчивость скорости плавания рыб при постоянном течении: Galaxias maculatus». Новозеландский журнал морских и пресноводных исследований . 41 (2): 185–195. DOI : 10.1080 / 00288330709509907 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  16. ^ a b Ван, Х., Шансон, Х. , Керн, П., Франклин, К. (2016). «Гидродинамика водопровода для улучшения прохода рыбы вверх по течению: реакция рыбы на турбулентность» . 20-я Австралийская конференция по механике жидкости, Перт, Австралия . Документ 682: 1–4.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  17. ^ Cabonce J., Фернандо, Р., Ван H., Шансон, H. (2017). Использование треугольных перегородок для облегчения прохода рыбы вверх по течению в блочных водоводах: физическое моделирование . Отчет о гидравлической модели № CH107 / 17, Школа гражданского строительства, Университет Квинсленда, Брисбен, Австралия, 130 страниц. ISBN 978-1-74272-186-6.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  18. ^ Ван, Х., Шансон, Х. (2017). «Системы перегородок для облегчения прохода рыбы вверх по течению в стандартных ящичных водоводах: как насчет взаимодействия рыбы и турбулентности?» . 37-й Всемирный конгресс IAHR, IAHR & USAINS, Куала-Лумпур, Малайзия . 3 : 2586–2595.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  19. ^ Ван Х., Шансон Х. (2018). «Моделирование прохода рыбы вверх по течению в стандартных кульвертах: взаимодействие между турбулентностью, кинематикой рыбы и энергией» (PDF) . Речные исследования и приложения . 34 (3): 244–252. DOI : 10.1002 / rra.3245 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  20. ^ Шансон, Х. (2019). «Использование граничного слоя для восстановления взаимосвязи местообитаний и популяций рыб. Обсуждение технических вопросов». Экологическая инженерия . 141 (105613): 1–5. DOI : 10.1016 / j.ecoleng.2019.105613 .
  21. ^ Апельт, CJ (1983). «Гидравлика водопропускных труб с минимальным потреблением энергии и водных путей мостов», Австралийское гражданское строительство , CE25 (2): 89-95. Доступно в Интернете по адресу: Университет Квинсленда .
  22. ^ Апельт, CJ (1994). "Канал минимальных потерь энергии" (цветная видеокассета VHS), факультет гражданского строительства, Университет Квинсленда, Австралия.
  23. ^ Апельт, Колин. (2011). «Канавка с минимальными потерями энергии, Редклифф» (подготовленная речь: присуждение награды «Национальная достопримечательность инженерного наследия Австралии» 29 июня 2011 года). https://www.engineersaustralia.org.au/sites/default/files/shado/Learned%20Groups/Interest%20Groups/Engineering%20Heritage/EHA%20Queensland/McKay%20Landmark/CJA%20Speech-MEL%20Redcliffe.pdf
  24. ^ См .:
    • ШАНСОН, Х. (2003). "История водосливов и водостоков с минимальными потерями энергии. 1960-2002 гг." Proc. 30-й двухгодичный конгресс IAHR [Международная ассоциация гидроэкологической инженерии и исследований] , Салоники, Греция , J. GANOULIS and P. PRINOS, ed.s, vol. E, стр. 379-387. Доступно в Интернете по адресу: Университет Квинсленда .
    • Шансон, Хуберт, Веб-страница: Гидравлика водопропускных труб с минимальными потерями энергии (MEL) и водных путей моста .

Ссылки [ править ]

  • Оксфордский словарь английского языка , ISBN 0-19-861212-5 
  • Оксфордский словарь английского языка , ISBN 0-19-861212-5 http://www.fhwa.dot.gov/engineering/hydraulics/pubs/11008/hif11008.pdf 
  • Водные пути и кульверты, благоприятные для рыб - Интеграция взаимодействия гидродинамики и турбулентности рыбы (2017) Университет Квинсленда.

Внешние ссылки [ править ]

  • Технология  кульвертов может помочь молодым лососям развить мышечную массу в восходящем потоке - статья о влиянии кульвертов на миграцию лосося
  •  Информационный бюллетень Culvert - Информация подготовлена ​​Канадским Министерством рыболовства и океанов
  • Графический интерфейс пользователя 1.0 программы анализа водопропускных труб: инструмент предварительной и постобработки для оценки расхода через водоводы Геологическая служба США
  • Исследование размыва грунтовых вод без дна  - Исследование водопропускных труб FHWA
  • Проектирование дорожных водопропускных труб для рыбного прохода Руководство Департамента рыб и дикой природы штата Вашингтон по проектированию и строительству водопропускных труб, благоприятных для миграции рыб
  • Более 50 опубликованных в свободном доступе исследовательских статей по конструкции водопропускных труб, гидравлике водопропускных труб и смежным темам профессора Хьюберта Шансона из Школы гражданского строительства Университета Квинсленда
  • Гидравлика водопропускных труб с минимальными потерями энергии (MEL) и водных путей моста
  • Циркуляр № 26 по гидротехнике Федерального управления шоссейных дорог, первое издание
  • Бюро землеустройства, использования, установки и определения размеров водоотводов
  • Отдел технических стандартов Alberta Transportation, Руководство по проектированию мостовых водопропускных труб
  • Проход рыбы вверх по течению в коробчатых водопропускных трубах: как взаимодействуют рыба и турбулентность? Доктор Ханг Ван и профессор Хьюберт Шансон , Школа гражданского строительства, Университет Квинсленда