1. Podstawy teoretyczne
Przepustowość koryt otwartych oblicza się na podstawie formuły Chezy'ego i Manninga. Metoda ta określa się powierzchnię czynnego przekroju, obwód zwilżony, promień hydrauliczny oraz współczynnik szorstkości koryta (wg WR-D-71-1, wzory 5.2.3.1–5.2.3.3):
Q = A · v (5.2.3.1)
v = (1/n) · Rh2/3 · IE1/2 (5.2.3.2)
Rh = A / Lu (5.2.3.3)
gdzie:
- Q — przepływ [m³/s]
- A — pole powierzchni czynnego przekroju [m²]
- v — średnia prędkość przepływu [m/s]
- n — współczynnik szorstkości koryta [m−1/3s]; wartość n przyjmuje się na podstawie tab. 5.2.3.1 lub ustala indywidualnie
- Rh — promień hydrauliczny [m]
- IE — spadek linii energii [−]; przy spełnieniu wymogów podrozdziału 5.2.2 można przyjmować wartość spadku podłużnego dna koryta
- Lu — obwód zwilżony [m]
Wody roztopowe lub opadowe odprowadzane korytem otwartym nie powinny mieć poziomu wyższego od jego najniższej górnej krawędzi.
2. Charakter przepływu — liczba Froude'a
Liczba Froude'a pozwala określić charakter przepływu w korycie otwartym:
Fr = v / √(g · D)
D = A / T
gdzie D — głębokość hydrauliczna [m], T — szerokość zwierciadła wody [m], g = 9.81 m/s².
- Fr < 1 — przepływ spokojny (podkrytyczny) — typowy dla koryt z małymi spadkami
- Fr = 1 — przepływ krytyczny — prędkość krytyczna vc = √(g · D)
- Fr > 1 — przepływ rwący (nadkrytyczny) — wymaga weryfikacji warunków brzegowych
3. Geometria typowych przekrojów
Przekrój trapezowy
A = (b + (m1+m2)/2 · h) · h
Lu = b + h · (√(1+m1²) + √(1+m2²))
T = b + (m1+m2) · h
Przekrój prostokątny
A = b · h
Lu = b + 2h
T = b
Przekrój trójkątny
A = (m1+m2)/2 · h²
Lu = h · (√(1+m1²) + √(1+m2²))
T = (m1+m2) · h
4. Wartości współczynnika szorstkości n
Poniższa tabela zawiera zakresy wartości współczynnika szorstkości n w zależności od rodzaju koryta i sposobu umocnienia dna i ścian (wg WR-D-71-1, Tab. 5.2.3.1):
| Rodzaj koryta | n [m−1/3s] |
|---|---|
| Kanały ziemne proste o stałym przekroju, czyste, bezpośrednio po wykonaniu | 0.016–0.020 |
| Kanały ziemne proste o stałym przekroju, czyste | 0.018–0.025 |
| Kanały ziemne proste o stałym przekroju, czyste, z łożyskiem żwirowym | 0.022–0.030 |
| Kanały ziemne proste o stałym przekroju, z niewielką roślinnością | 0.022–0.035 |
| Koryta ubezpieczone betonem z powierzchnią wygładzoną | 0.013–0.016 |
| Koryta ubezpieczone betonem z powierzchnią niewygładzoną | 0.014–0.020 |
| Koryta z okładziny asfaltu | 0.013–0.016 |
| Koryta ubezpieczone kamieniem (mur z ciosanego kamienia) | 0.013–0.017 |
| Koryta ubezpieczone kamieniem (mur z kamienia łamanego na zaprawie cementowej) | 0.017–0.030 |
| Koryta ubezpieczone kamieniem (mur z kamienia łamanego bez zaprawy) | 0.023–0.035 |
| Muldy trawiaste | 0.033–0.050 |
| Muldy z porowatym umocnieniem tłuczniem lub żwirem | 0.033–0.040 |
| Muldy z gładkim umocnieniem kształtkami betonowymi | 0.020–0.033 |
| Muldy brukowane kamieniem łamanym | 0.020–0.025 |
Źródło: WR-D-71-1 Wytyczne projektowania urządzeń do odwodnienia dróg zamiejskich i ulic. Część 1: Wymagania podstawowe, Tab. 5.2.3.1.
5. Wskazówki praktyczne
Przy obliczeniach hydraulicznych koryt otwartych zaleca się:
- Przyjmować współczynnik szorstkości n z górnego zakresu wartości tabelarycznych dla koryt nieutrzymanych lub silnie zarośniętych
- Sprawdzać prędkość przepływu pod kątem ryzyka zamulania (v < 0.3 m/s) i erozji (v > 2.5 m/s dla koryt ziemnych)
- Przy Fr > 0.8 weryfikować warunki brzegowe — przepływ bliski krytycznemu jest niestabilny
- Zapewnić wolną bordę (odległość zwierciadła wody od korony koryta) co najmniej 10–20% napełnienia obliczeniowego
Oblicz przepływ lub napełnienie w korycie przy użyciu interaktywnego kalkulatora: Kalkulator Manninga →