XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ПРОБЛЕМА ПОДТОПЛЕНИЯ УЧАСТКА УЛИЦЫ ГОРОДА ЧЕЛЯБИНСКА НА ПРИМЕРЕ ОДНОГО ПЕШЕХОДНОГО ПЕРЕХОДА

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Трофимова В.Е. 1

---

1МАОУ «Лицей № 67 г. Челябинска»

Ватутина Е.А. 1

---

1МАОУ «Лицей № 67 г. Челябинска»

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Когда я была маленькой, мы с мамой и моей сестрой часто гуляли в парке. Случалось, что во время прогулки мы попадали под дождь. После сильного дождя, возвращаясь домой, маме приходилось меня и сестру переносить через потоки воды, бегущие по дороге, а сама приходила домой в мокрой обуви и одежде.

Сейчас я подросла и задумалась: «Почему во время дождя в одном и том же месте (где мы переходим дорогу по пути из парка домой) всегда большой поток воды, который просто невозможно перейти, не замочив ноги «по колено». Я люблю свой родной город Челябинск и наш парк им. Юрия Гагарина, поэтому решила разобраться, почему так происходит, и что можно сделать, чтобы решить эту проблему. Ответ оказался неожиданно сложным, но очень интересным. Попробую рассказать по порядку всё, что удалось мне узнать.

Цель работы: установить причины подтопления участка улицы Коммуны в городе Челябинске и предложить решение данной проблемы.

Задачи:

- выяснить причины появления потоков воды на улицах городов в целом и на рассматриваемом пешеходном переходе, в частности;

- ознакомиться с основами отвода воды с городских улиц;

- предложить решение по отводу воды с рассматриваемого участка ул. Коммуны и ул. Энгельса г. Челябинска.

ОСНОВНОЙ МАТЕРИАЛ

1. Причины появления воды на улицах городов

Для начала, попробуем выяснить, откуда берется вода на наших улицах. Каждый ребенок знает, ответ на этот вопрос: «Вода на наших улицах – с неба». Она скапливается в пониженных местах, в результате выпадения дождей или таяния снега, а иногда, и в результате аварий на коммунальных сетях (водопроводах, канализации или теплотрассы). Чтобы попасть в эти самые пониженные места, воде приходится «бежать» по различным поверхностям, имеющим уклон, и даже «падать» с различных высот, преодолевая препятствия на своем пути (на неё тоже действует сила тяжести, примерно также, как на все предметы на земле или, как говорят физики, – на «тела»). Вот так и появляется водный поток на нашем пути из дома в парк, и обратно: льет с неба дождь → капли воды одна за другой падают на проезжую часть, покрытую асфальтом (который, в свою очередь, практически не пропускает воду) → капля – за – каплей образуется «слой воды», который начинает «искать» куда бы убежать → и, под действием силы тяжести, устремляется вниз по уклону, пока не найдет «удобного» места для образования лужи (способной вместить весь имеющийся объем воды)… или пока не добежит до ближайшего водоема (реки, озера, пруда или даже моря).

Вода всегда бежит сверху-вниз. Значит, «исток» потока, который преграждает мой путь, должен находиться выше. Пришло время исследовать маршрут движения нашего потока: понять, где он начинается и почему «перебегает» нам дорогу, вместо того, чтобы где-то «устроиться в удобную лужу» или убежать в другую сторону, не мешая нам.

2. Причины появления потока воды на пешеходном переходе в районе пересечения ул. Энгельса и ул. Коммуны

Местоположение исследуемого участка: Россия, город Челябинск, пересечение улиц Коммуны и Энгельса в районе входа в ЦПКиО им. Ю.А. Гагарина – см. рисунок 1.

Следует отметить, что в наш любимый парк можно пройти, минуя указанный перекресток – через центральный вход в районе пересечения улиц Энтузиастов и Коммуны, но и там есть такая проблема. Придется исследовать участок улицы Коммуны от улицы Энгельса до улицы Энтузиастов и, может быть, даже выше – до пер. 2-го Институтского. Посмотрим, как выглядит наш район исследования на «Яндекс-картах» – см. рисунок 2.

Итак, все уже догадались, что место нашего исследования – это одна из улиц нашего города. В толковом словаре С.И. Ожегова приведено такое определение «улицы» - в населённых пунктах: два ряда домов и пространство между ними для прохода и проезда, а также само это пространство.

Наблюдательный человек заметит, что улица состоит из различных элементов. Если её мысленно «разрезать» поперек (построить сечение), то можно рассмотреть поперечный профиль улицы, на котором выделяются, как правило: проезжая часть (одна или две), тротуары и газоны, элементы освещения; также могут быть: трамвайные пути, велосипедные дорожки и т.п. С обеих сторон проезжую часть и тротуары ограничивают бортовым камнем (бордюрами).

Итак, мы выяснили, что на поток воды действуют сила тяжести, поэтому она всегда бежит по поверхности (при условии, что данная поверхность состоит из гидрофобного материала) по уклонам сверху-вниз. Инженеры используют это свойство воды и устраивают проезжую часть не горизонтальной, а наклонной, придавая поверхности проезжей части, наклонный профиль, по которому вода как бы «скатывается» к краям проезжей части, где на её пути встает бортовой камень, как небольшая стена, высотой порядка 15см. Таким образом, исключается (или уменьшается вероятность) образования луж по основной ширине проезжей части, предназначенной для движения автомашин, а вся вода собирается в лотковой части по обе стороны дороги и бежит дальше, уже по продольным уклонам (вдоль бортового камня).

По моим наблюдениям, поток воды движется сверху-вниз, по ул. Коммуны вдоль бортового камня, примерно, от пер. 2-го Институтского, пересекая ул. Энтузиастов, увеличиваясь (и по скорости, и по объему) по мере приближения к ул. Энгельса.

Узнав всё это, появился интерес к дальнейшему исследованию. Мы вышли на место и выполнили визуальный осмотр и выполнили замеры ширины проезжей части рулеткой. Целью нашей работы не является детальное исследование, поэтому визуального осмотра и простейших измерений считаем достаточными.

Результаты обмера поперечного профиля в районе дома № 133 по ул. Коммуны приведены на рисунок 3.

Теперь понятно, почему со стороны парка поток воды значительно больше, чем с противоположной стороны: поперечный уклон проезжей части – односкатный (стрелками на рисунке 3 показано направление уклонов по «твердым» поверхностям тротуаров и проезжей части).

Остается подтвердить наши предположения, что кроме поперечного уклона, на проезжей части ул. Коммуны имеется продольный уклон (от пер. 2-го Институтского до ул. Энгельса). Ввиду большой протяженности участка для изучения продольного уклона, воспользуемся сервисом «Google Earth Pro» и приведем на рисунок4 продольный профиль, участка ул. Коммуны протяженностью 828м с начальной высотой в районе пер. 2-го Институтского 242м и конечной - в районе ул. Энгельса с отметкой 228м. Таким образом, перепад высот составит: 242-228 = 14м. Вот по этой «горке» высотой 14м и бежит вода по лотку проезжей части → к нашему пешеходному переходу, формируя достаточно большой поток.

3. Инженерное решение по отводу воды с рассматриваемого участка ул. Коммуны и ул. Энгельса г. Челябинска

Итак, мы выяснили причину проблемы образования потока воды прямо на месте весьма популярного пешеходного перехода.

Теперь попробуем найти средство для решения этой проблемы.

Оказывается, есть специальный вид инженерной деятельности, который занимается изучением интересующего меня вопроса. Называется «Водоотведение».

Водоотведение - прием, транспортировка и очистка сточных вод с использованием централизованной системы водоотведения [1].

Для обеспечения водоотведения стоков с дорог и улиц применяют водоотводную систему, которая бывает двух видов: закрытая и открытая [2].

В городах обязательно должна быть система водоотвода закрытого типа, которую ещё называют дождевой или ливневой канализацией. В этом случае, поток воды с улиц и других территорий города собирается с помощью поперечных уклонов в лотки (рисунок 3), затем вода бежит по лоткам до ближайшего дождеприемного колодца, «падает» в него через отверстия в решетке и, благодаря этому, поток прерывается. Если разместить такой дождеприемный колодец перед пешеходным переходом, то он перехватит поток воды, который мешает перейти дорогу во время дождя.

Начинаем поиск дождеприемных колодцев в районе нашего пешеходного перехода (определим их по характерным металлическим решеткам, расположенным, как правило, в лотках проезжей части у бортовых камней). Результат визуального осмотра: дождеприемные колодцы в районе перекрестка ул. Энгельса – ул. Коммуны – отсутствуют, равно как и на участке ул. Коммуны от ул. Энтузиастов до ул. Энгельса; ближайшие дождеприемники нами обнаружены: в районе дома № 41 по ул. Энгельса и в районе пересечения ул. Коммуны и ул. Володарского (рисунок 5), но они расположены ниже по продольному уклону (на расстоянии, примерно 350м от рассматриваемого перехода), поэтому они «нам не помощники».

Итак, проблема установлена: отсутствует дождеприемный колодец перед пешеходным переходом. Казалось бы, решение тоже очевидно: установить этот самый дождеприемник, но… Сам по себе он работать не будет, так как является только частью дождевой канализации. Придется разбираться дальше.

После того, как мы «поймаем» поток в дождеприемный колодец, нужно её отвести дальше, иначе колодец быстро заполнится и уже не будет препятствием на пути движения воды. Из дождеприемника вода по перепускной трубе потечет в смотровой колодец, а из него в большую трубу – коллектор, который доставит всю собранную воду к очистным сооружениям, там наша вода очистится от вредных примесей и её можно будет сбросить в ближайший водоем, не нарушая круговорот воды в природе, и не загрязняя окружающую среду.

Модель современной дождевой канализации под проезжей частью улицы представлена на рисунке 6 [3].

Приходим к выводу, что для решения обозначенной проблемы, нужно построить участок дождевой канализации со всеми элементами, указанными на рисунке 6. Но, прежде чем строить, нужно проверить, возможно ли разместить в намеченном месте такое сооружение как дождевая канализация? Наверно есть причины её отсутствия.

В будущем я хотела бы выбрать профессию строителя. Попробую пока хотя бы мысленно построить участок дождевой канализации на ул. Коммуны, чтобы люди не мочили ноги во время дождя и не попадали под брызги из-под колес автомобилей.

Любое строительство начинается с чертежей. Попрошу маму, она мне поможет выполнить чертеж, на котором мы покажем план дождевой канализации (

ПРИЛОЖЕНИЕ 2). В качестве подложки возьмем фрагмент карты «Яндекс», на нем покажем:

1. синей линией коллектор – прямо под проезжей частью, так как место под тротуарами и газонами уже занято другими коммуникациями (водопроводом, канализацией, кабелями);

2. заштрихованными синими прямоугольниками – дождеприемные колодцы (обязательно у каждого перехода, а также по лоткам проезжей части на расстоянии, примерно 70-80м);

3. синими окружностями – смотровые колодцы;

4. синими линиями – перепускные трубы от дождеприемников к смотровым колодцам.

Остается найти, где закончить нашу сеть. Полагаю, что нужно найти ближайший действующий дождевой коллектор и к нему через колодец присоединить нашу дождевую канализацию. «А как его найти?» - спросите вы. «Дедуктивным методом, как Шерлок Холмс» - отвечу вам я. Ближайший дождевой коллектор, пригодный для нашего подключения, должен быть в районе ближайшего найденного нами дождеприемного колодца. Я выбираю дождеприемник, расположенный по ул. Володарского на пересечении с ул. Коммуны. Я знаю, что под улицей Володарского лежат целых 2 коллектора дождевой канализации диаметром более 1м каждый – вот в один из них и попробуем сбросить всю воду со сложного участка, который стал предметом нашего изучения.

Опять возникает вопрос: «Почему на ул. Володарского целых две большие трубы для дождевой канализации, а на соседних улицах – ни одной». Ответ оказался простым и загадочным: в этом месте раньше протекала небольшая река Челябка [4]. Потом она стала мешать строительству зданий, её «спрятали» под землю и теперь она течет в коллекторах…но это уже совсем другая история.

4. Использование результатов

Настоящая работа содержит материалы по постановке проблемы подтопления наземного пешеходного перехода и поиска пути её решения. Выявлена необходимость строительства дождевой канализации по ул. Коммуны города Челябинска. По результатм натурного обследования, установлена возможная точка подключения к действующей сети дождевой канализации, подготовлен схематичный план [Приложение 2].

Собранные материалы потребуются при дальнейшей подготовке проектной документации на строительство участка дождевой канализации [5].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Пришло время подвести итог моей первой инженерной работы. В ходе её выполнения, мною был пройден путь, который пробегает вода, которая мешает переходить по пешеходному переходу в дождь. Знакомая улица приобрела для меня новый вид – до сих пор я не обращала внимание, что любая улица в городе состоит из разных элементов: проезжей части, по которой едут машины; тротуаров, по которым мы ходим; газонов, на которых растет трава, кусты и деревья. Видимые части этих элементов можно назвать «поверхностями», они имеют уклоны, по которым вода «скатывается» в лотки и бежит по пути, заданному инженерами. Находчивые инженеры не просто направляют стоки воды, они их ловят специальными дождевыми колодцами и отводят в водоемы по трубам, проложенным в земле под улицами, вся эта система называется «дождевой канализацией». Именно такое решение я предлагаю применить на нашем любимом переходе, чтобы и взрослые, и дети, и мамы с колясками и все, кто любит прогулки в парке, могли к нему пройти, не дожидаясь, пока просохнут улицы после дождя.

Настоящая работа содержит материалы по постановке проблемы и поиска пути её решения – а именно: необходимость строительства дождевой канализации.

Но прежде, чем начать строительные работы, потребуется подготовка проектной документации [5]. Ему я и планирую посвятить следующие этапы моей работы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федеральный закон "О водоснабжении и водоотведении" от 07.12.2011 N 416-ФЗ

2. Дубровин Е.Н., Ланцберг Ю.С. Изыскания и проектирование городских дорог. – М.: Транспорт, 1981. – 471 с.

3. Официальный сайт научно-производственной компании «Топоматик» https://topomatic.ru/products/pipes/

4. Медиаресурс «Живой журнал», статья «Малые реки Челябинска» https://chelchel-ru.livejournal.com/719941.html

5. Водоотводящие сети [Электронный ресурс]: методические указания к курсовому проекту / М-во образования и науки Рос.Федерации, Волгогр.гос. архит.-строит. Ун-т; сост. Э.П. Доскина, Т.Д. Кичева, С.Г. Коган. – Волгоград: ВолгГАСУ, 2013 – 59с. https://vgasu.ru/publising/on-line

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ИЛЛЮСТРАЦИИ К РАБОТЕ

Рисунок 2. Карта района исследования

Рисунок 3. Поперечный профиль ул. Коммуны на участке от ул. Энтузиастов до ул. Энгельса

Рисунок 4. Продольный профиль, участка ул. Коммуны протяженностью 828м

Рисунок 6. Модель современной дождевой канализации

1 – люк дождеприемного колодца; 2 – дождеприемный колодец (дождеприемник); 3 – перепускная труба; 4 – смотровой колодец; 5 – коллектор.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

План участка дождевой канализации по ул. Коммуны