Самотечный трубопровод: расход по уклону

Расход и скорость нужны для проверки, сможет ли трубопровод отвести расчётный поток без напорного режима. Без них нельзя сопоставить диаметр с уклоном и шероховатостью.

Расчёт помогает понять, почему самотечная труба зависит не только от диаметра, но и от уклона: вода движется за счёт силы тяжести.

Уравнение Маннинга связывает расход в открытом или частично заполненном русле с площадью живого сечения, гидравлическим радиусом, уклоном и коэффициентом шероховатости. Для круглой трубы, которую в этой схеме принимают полностью заполненной, площадь равна A = πD²/4, а гидравлический радиус R = D/4. Расход определяется как Q = (1/n)·A·R^(2/3)·√i, где n — коэффициент Маннинга, i — гидравлический уклон. Среднюю скорость получают делением расхода на площадь: v = Q/A. Уклон вводят в долях единицы. Например, перепад 5 мм на 1 м соответствует i = 0,005, а не 5. Коэффициент шероховатости выбирают для конкретного материала, состояния поверхности, стыков и отложений.

Меньший n означает меньшие потери и большую пропускную способность при прочих равных, поэтому нельзя переносить значение от гладкой новой трубы на засорённую или покрытую отложениями сеть. Диаметр в формуле должен быть внутренним, потому что именно он задаёт живое сечение потока. Модель полностью заполненного сечения удобна для предварительной оусловияки напорного участка, но самотечная канализация обычно работает с неполным наполнением и свободной поверхностью. Для рабочего расчёта определяют степень наполнения, минимальные и максимальные скорости, подпор, вентиляцию, самоочищение, местные сопротивления, колодцы и допустимые глубины.

Если труба переполнена или на выходе возникает подпор, свободное самотечное движение прекращается, и требуется другая расчётная схема. Калькулятор не проверяет засоряемость, наполнение, пропускную способность колодцев и соответствие проектных уклонов; его результат — ориентир для дальнейшего расчёта по трассе. Уклон и шероховатость влияют на результат по-разному: уклон входит под корнем, а коэффициент шероховатости — в знаменатель. Поэтому увеличение уклона не пропорционально увеличивает расход, а ухудшение поверхности может заметно снизить пропускную способность.

После округления диаметра к сортаменту пересчитывают площадь, скорость и расход. На длинной трассе отдельно проверяют отметки начала и конца, чтобы геометрического перепада действительно хватало для равномерного движения.\n\nПри выборе уклона отдельно проверяют минимальный продольный уклон и отметки присоединений. Расчётный расход по полностью заполненному сечению нельзя выдавать за подтверждённированный расход бытовой сети при частичном наполнении. Любые входы, выпуски и колодцы могут создавать подпор, поэтому гидравлический профиль сети является обязательной частью рабочего проекта.