герб

ГОСТы

флаг

Методические рекомендации Методические рекомендации по расчету максимального дождевого стока и его регулированию

СССР

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГЛАВТРАНСПРОЕКТ

СОЮЗДОРПРОЕКТ

У тве рждено для практического

прим ен ения

Гла вный инженер Союздорпроекта

Б.Р. С илк он

1 980 г.

МЕТОДИ ЧЕСКИ Е РЕКОМЕН ДА ЦИИ
по расчету макси мального дождево го стока
и его ре гулировани ю

М осква, 1 980 г.

П ре дисловие

В метод и че ски х рекоменд ациях и злож ены методы определения максимальных дождевых расходов , ре комен дуемые для обо сновани я отверс тий водопроп ускных, водоотводных и во досборных сооружений при п роекти ровании внегородски х автомобильных дорог. Даны рекомендации по методи ке обоснования расчетных параметров основного метода расчета максим ального дож девого сток а по мате риал ам инж ен ерно-гид ромет еорол огически х и зысканий. Из лож ены ме тоды естественного и искусственного регулирования максим ального стока.

Метод и ческие рекомендаци и п одготовлены по рез ульта там мн оголетних и сследований, выполненных в Сою здор про ек те с 1 966 по 1 980 гг., а так же опыта примен ения нового метода расч ета максимального дож дев ого стока в п роекти рован ии автомоби льных дорог как в СССР, так и в некоторых зарубеж ных странах.

Даль н ейшее сни жени е стоим ост и водопропускны х, водоотводны х, укрепи тельны х и регуляционных сооруж ений н а автомобиль ных дорогах во мног ом зави сит от повышения качества определения макси мальных рас четных расходов, с учетом конкретных условий их формирования, е ст ественног о и иску сственн ог о регули ро вания.

Нормативные методы оценки максимального стока п озв оляют характеризовать условия форм ирования максимального стока ли шь на тех водосборах, фактические наблю дени я на к оторых положены в основу ге ографи чески-т еррито риал ьны х обобщений расчетн ых п араметров.

Использование этих параметров на неис сл едованных водосборах соп ряжено с и звестной степенью приближенности, характери зуемой точностью и полнотой измерени й на опорных ств орах, о тноси тель ной условн остью в схемат изации расчетных параметров и их ин терполяции по территори и.

По э тому оценка максимального стока крат кос рочными натурн ыми наблюд ениями, п роизводимыми п роект но-изы ск ат ельски ми организаци ями в п ериод инженерных изысканий, позволяет достигать не только большей надежности расчетных максимумов , но и в ряде случаев значи тельную экон омичность п остроенных и эксплуатируемых соо руж ений.

Одн а ко в разли чных в едомства х и орган изациях, вопросы расчетов мак симальных расходов, их обосно ван ие нат урными дан ными, а т акж е трактовка норм ативных д окум ент ов , п орядок их исп ользовани я и правом ерн ость решаю тся и поним аю тся п о-р азном у. Такое положение нередко при водит к разночт ению этих нормативов, к различным рез ультатам расчета и к неравн ообесп еченн ос ти про ектных р ешен ий в одних и тех же райо нах строительства.

Поэт ому с 19 67 года в Сою зд орпрое кт е н ачаты исследован ия и обобщения те ори и и прак ти ки расчетов макси мального д ождев ого стока в це лях разработки еди ной методологии обосновани я рас четных максимумов расходов с уче том специфики и о собенностей автодо рожного строи тельс тв а.

На осно ве эти х и ссле дований в 1 969 г. были сформули рованы п редложения п о расчету м аксим альных дождевых расходов, а в 1971 г. разраб отан ы вед омств ен ные указания п о ра счету дождевых расх одов ( 18).

В 19 73 г. была подг отовлена вторая ред акция этих ук азаний ( 19), кот оры е были согласов аны Г лавт ран сп роек том и рекомендованы рядом ин структи вн о-н орм ативных документов Ми нт ран сстроя СССР ( 5, 12, 3, 4) для проекти ров ания автомоби льных и железн ых до рог.

В соответст в ии с планом пересмо тра дейс твующи х и разработки новых норм ативны х докумен тов до строительству и архитектуре на 1 978 г од, утвержд енны м постан овлени ем Г осст роя СССР от 1 5.1 2.77 г. № 200, техническим задан ием и программой работ на разработк у «Инс трукци и по оп ределению расч етных ге ологи чески х характеристи к» (п ересмотр СН 435- 72), утвержд енным Г оскомгидрометом Сою зд орпроект по согласованию с ведущей орг ан изацией ГГИ пр оизве л как соисполнитель в 1 978 - 80 г г. и ссле дования по разработке методически х основ расч етов макси мальн ого и внут риг одов ог о стока п ри отсутствии дан ных н аблюд ений.

В результате вып олненных иссл едов ани й п ри знано цел есообр азны м максимальное и сп оль зов ание возможностей инжен ерн о-гид ром ете орологич еских изы сканий авт омо бильны х дорог для п олуче ния натурных данных по м ак сим альн ому стоку. Разработан состав и м етоды из ысканий максим ального стока, а также обосн ован методически и вн едрен в практику р асчетов п ринц ип линейно-региональных норм максимального с тока. О бобщены методы учета естес твенного и искусственного регулирования м аксимального стока и разработаны некото рые из малои сследованных. По результатам этих исследова ний и разработаны настоящие методичес кие ре комен дации.

Они ра с сматриваются Сою здорп роект ом к ак н овая редакция в едом ств енных указаний по рас чету дождевы х расходов, составленных в раз витие СН 43 5-80 (81).

В н астоящи х рекомендациях дана более полн ая систематизация вопросов обосн ов ани я расчетных максимумов до ждевых расходо в, п роизве дено ведом ственн ое регламентирование мет од ически х основ и поряд ок рас четов максимальног о дождев ог о стока в д орожн ом с троительст ве, а также определена н аиболее целес ообразная техни ческая нап рав ленн ость инженерно-гидром етеорологи ческих работ при обоснован ии проектов автомо би льных дорог.

Методически е ре коменд ации рекомен дованы ЦНИИ Сом ( № 530715 /1 30 от 1 0.12.1 980 г.) и од обрены Глав тран сп роект ом (3 00 2/ 24 о т 26.1 2.1 980 г.) для проектировани я автомобил ьных дорог.

Метод и ческ ие рекомендации разраб отаны главным сп еци алистом те хни ческог о отдела канд. т ехн. наук Перевозниковым Б.Ф.

Н ачал ьник технич еск ог о отд ела                                                       Ротш тейн К.М.

1. Нормативные методы расчета и регулирования максимального стока, анализ и порядок их применения к решению задач автодорожного строительства

Мет оды расчета и регулирования максим ального стока в тран спортн ом проекти ровании реглам ентирован ы следующими инструктивно-но рмати вны ми документами:

«Указаниями по о п ределению расчетных гидрол огических характеристик. СН 435-80 ( 17), разработанными ГГИ ».

«Инструкцией по расчету стока с малых водосборов». ВСН 63-76 ( 1), разработанной ЦНИИ С.

«Наставлением по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорож ных мостовых переходов через водотоки» НИМП-72 ( 5) ЦНИИ С-Г лавтран спроект.

«Руководством по гидр а влическим расчетам малых иску сств енных сооруж ений» ЦНИИС-Главт ран сп роек т ( 12).

«Ук азани ями по расчету дож девых расходов» ( 19), разработ анными С ою здорп ро ектом.

Ос но вным документом для расчета максимально го стока на реках СССР п редназначены быть СН 475- 80. В этих нормах огов орены условия прим ен ения других норм ативов, а также границы использовани я п ре длагаемых мето дов расчета м аксимального стока. Так, разреш ается руков одствоваться со ответствующими н орм ативн ыми докум ен тами , утве ржденн ыми или согласован ными Гос строем СС СР, а т акже офици альными документами в области гидрологии , опубликованными ГУГМС при СМ СССР.

Для объекто в , расположенных на устьевых участках рек, в зоне вли яния морских п ри ли вов и отливов , а также на сел еносны х реках след ует ( 17) выпо лн ять сп еци альные расчеты.

В целях повышения обоснованности гидрологически х расчетов допускается ( 17) п рименение резуль татов доп олнительных исследован ий, выполн енных дл я малоизученных рай онов.

Расчетные максимальные расходы необходимо уста н авливать ( 17) н а основе всестороннего анали за и обобщени я данных о высоких паводках, наблюд авши хся в зад анном рай оне. При необходимости, обусловленной степе нью гидро логической изуче нности района, п роизводятся полевые исследования.

Методы таких обобщений и исследова н ий макс има льного с тока не регламенти рованы и не о граничены требованиями о согласовании с какой- либо утверждающей инстанцией, а, сл едовательно, должн ы вып олняться по ведом ственн ой мет одологии.

Д л я вычис ления максимального дождевого стока С Н 435 -72 рекомендованы две различные формулы, грани цы примен ени я которых определены данны ми табл. 1.1. в зависимости от размеров водосборов и физ ико- географиче ских зон.

Таблица 1. 1 .

Природная зона СССР

Расчеты по формуле

предельной интенсивности стока

эмпирической

площадь водосбора

P , км2

Рав ни нная те рритория

Тундровая , лесная и лесостепн ая

< 50

50 - 30000

Степ н ая

< 20 0

200 - 1 0000

Засушливых с тепей

< 200

200 - 1 00 0

П о лупустынная

< 20 0

-

Горные районы (500 Нср 200 м )

Районы Ср е дн ей Азии

< 200

-

- »- Северо-Востока

≤ 1 0

> 10

Прочие районы

< 50

50 - 1 0000

П римечан ие: При проектировании сооружений н а рек ах с площадями водосборов, п ревыш ающими пределы, ук азанные в т абл. 1.1. мак сималь ны е дождевые расходы п ри отсутствии гидрометрических данных требуетс я ( 17) о пределять на основе полевых гидрологиче ских иссле дов аний .

Таким образом в н ед рени е в практику гид ролог ических расчетов СН 435-72 подтве ржд ает и обуславливает необходим ость п ровед ения полевых и сследов ани й вод от ок ов , а также разработки методов их пр оведени я и обобщения результат ов этих и сследов аний. А поскольку м етоды пол евы х гидрологи чески х исследов аний и расчетов на их осн ове максим альн ых р асходов т акж е не регламентированы и н е ограничены СН 435- 80, то они должны устанавливаться п роектн о-и зы ск ател ьской организаци ей.

Дл я автодорожного строи тельства прим енение СН 485- 80 ограничивается не толь ко ра змерами водосборо в и физико-географически ми зонами СССР, п редст авл енными в табл. 11, но и отсутствием реком ендаций: 1) по опреде лению объема п авод очного стока; 2) по расчету мак симальных расходов воды в до рожных сооружениях с учет ом аккуму ляции павод очного с тока п еред дорогой; 3) по приближенным методам расчетов максимального стока на ускоренных изысканиях для технико-эко номических обоснований (ТЭ О), ОПР; 4) по опред елению ма ксимального стока на раз личны х стадиях п роект но-изы скате ль ских работ; 5) по оцен ке предельных м ак симумов стока; 6) по учету региональны х особен ностей искусственного и естес твенного регулирования максимальн ого стока; 7) по оценке максимал ьных расходов в ос обых условиях формирования паводочн ог о стока; 8) по расчету и регулированию максимального стока с мик робассейн ов дорожно го водоотвода, характериз ующихся безрус ловыми од носклоновыми прямоугольными поверхностями с различными типами и ск усствен ных покрытий и сочетанием поперечных и прод ольны х уклонов стекания; 9) по расчету максималь ного стока при отсутствии подробного топографического материала; 1 0) по определ ению максимальн ого стока и его регули рования в различных з арубе жных рай онах строительства при оказан ии технической п омощи СССР ра звивающи мся странам.

Отсутствие в СН 435 -8 0 рекомендаций по этим вопросам, а т акж е ме тодов полев ых гидрологических исследований м аксималь ного сто ка и обобщени й п олученны х рез ультатов обуславливает необходим ость и п равомерность их разработки и реглам ентирования ведомств енными инструктивно-нормативны ми документами для различных отраслей строительства с учетом их специфики и задач развития.

Указан иям и СН 435-80 для водопроп ускных сооружений на ж елез ных и авт ом обильных дорогах мак си ма льн ые расходы воды дождевых п аводков на реках с площадью водосборов не более 1 00 км 2 доп уск ае тся определ ять по др угим н орм ативным докуме нтам, утв ержденным или согл асов анным Госстроем ССС Р, при соот ветствующ ем о босн ован ии проектн о-и зыск ательской орг анизаци ей це лесообразности их п рименения.

Таким документом являются ВСН 63-76 , согласованные Госстроем СССР для расчета максималь ных дожд евы х расходов на водосборах до 10 0 км 2 . Однак о при во досборах более 50 км 2 по ВСН 63-76 требуется пров ерка результатов расчетов по натурным данным . Для однородных рай онов допускается использование в качестве расчетны х мест ных региональн ых н орм стока, разработанны х по данн ым натурн ых наблюдений.

ВСН 63 -6 7, как и СН 435-72, признав ая значимость и необходим ость натурных п ав одочны х расходов для сопоставления с вычисленными не рег ламентируют для дорожного строительства методы пол евых гидроло гиче ских и сследов аний и о бо бщения их рез ультатов, а так же не содержат рекомендаций по учету регулирования максимального стока, за исключе нием акк умуляци и п ав одо чного стока на малых водосборах.

Требо в ания современного автодорожн ог о строительства выдв игаю т ряд задач специфи ческого гидрологи ческого обоснования расчетны х макси мумов дождевого стока, которые подлежат не только разработке на к аждом объекте проекти рован ия, но ведом ств енн ому реглам ентированию доп олнительно к нормативам ( 17) и ( 1):

1 - Приближенные расчеты м аксимального дожде вог о стока на во досборах неза висимо от их величины и района строительств а, при любой степе ни обоснованности натурными данными и стадии п рое ктн о-и зыск ате льс ки х работ, а также расчеты в район ах, не охваченных рекоменд аци ями нормативных до кум ентов ;

2 - Инжен е рно-гидрометеорологические из ыскания максималь ного дождевого стока с получением натурных данн ых о паво дочны х расходах воды и условиях их естественного и искусственно го регули рования п ри лю бой степени изуче нности и района проекти рования;

3 - Обоб щ ени е результатов полевых инженерно-гидрометеорологических изы сканий максимального стока и их использ овани е для получения надежных рас четных ма ксимумов стока в нормативн ых ( 17 ) или иных ведомственных схемах ра с чета для любого требуемого рай она;

4 - Расчеты максимальных дождевых расходо в с учетом региональ ны х особенностей ес тественного и искусстве нного регулиров ани я паводочн ог о стока, а также в особо сложны х условиях его формирования.

Для районов , не охваченных рекомендациями норма тив ных документов ( 17), а та кж е для приближенных расчетов м ак симальных расходов на п ерв ых стадия х п роекти рования ведом ственны е документы Минтрансстроя СССР - НИМП -72 ( 5) , Рук оводс тво ( 12) и Указания ( 19) п ре дусматри вают применение метода С ою здорп роект а ( 19). Для предварите льных расчетов м ак сим альны х дождевых расх одов на стадии ТЭ О и сравнения в ариантов в полевых условиях «Руководством» ЦНИИС - Глав трансп роект а ( 12) р еком ендуютс я «Указания» Союздо рпроект а ( 19) . С учето м внесения дополнитель ных коррективов , касающихся максимумов 1 0 % вероятности п ревышени я, ливневого районирования за п редела ми СССР и других эта методик а ра сче тов м аксимал ьны х дождевых расходов излагается ниже (см. р азде л 2).

Необх о дим ость проведения инженерно-гидрометеорологических изысканий в с оставе инжен ерны х изысканий офици альн о регламен тиро вана с 19 69 г . ( 15), а в настоящее время СНиП II -9-78 ( 16). По поручению Г о сст роя СССР и Минтрансстроя в Сою здорп роек те разраб отан со став, тех нология и методы инж ен ерно-г идроме теоро логи че ских изысканий и в том числе максималь ного с ток а, которые регл аменти рованы ( 3) в едом ственным и документами ( 3) и ( 4) и н аст оящими рек ом ендациями ( см. р азде л 5).

Логическим за верш ени ем инженерно-гид ром етеорологи ческ их и зыска ний м ак сим альных стоков является обобщени е их резу льтат ов пут ем соп ост авлени я с вы чис лен ными по н орм ативам ( 17, 1 , 19), ли бо о боснованием реги он альны х параметров форму лы ( 19) для неи зуч енног о района.

С оюзд орпроек том вп ервые (1 96 6 - 70 гг.) в практ ик е гидрологичес ких о босн ований тран сп ортных сооруже ний методически обосн ов ан и внедрен в проектиро ван ие м етод обоб щения результато в нату рных изм ерений и инжен ерно-гидрометеорологи че ск их и зы ск аний в виде линейно-региональных н орм максимального стока. Э тот ме то д п олучи л ш ирокое п ризнание, им раз работ аны рас че тные нормы максимальн ого сток а на объе ктах, расп оложенных в ряде р айон ов СССР, а также зарубежных стран. Он рекомендован наставлением ЦНИИС - Главт ранспроекта ( 5) в виде «Методического руководства» ( 4). Рекомендацию по обобщению натурных данных и разр а бо тки линейно-региональных норм в развитие этого руководства ( 4) излагаются ниже (с м. р аз дел 6).

Вопро с ы учета регио нальных особенно сте й е стестве нного искус ствен ного регули рования павод очног о стока и в особо слож ных услови ях его регулирования являются пока мало исследованными. В Союздорпро екте вперв ые были систематизированы и обобщены извес тные ранее методы, а также раз рабо таны новые. Отдельные м етоды учета региональны х ос обенн остей были уже регламентирован ы ведомственными докум ен тами ( 4, 19), а на иболее полное их обобще ние дан о в монографи и ( 7) и в н ас тоящих рекомендациях (см. р азде л 6).

С учето м особенностей примен ени я инструктивно-но рмативных документов и спецификации требований а втодорож ного строительства реко мендуется следующий состав и порядок обосн ований расчетных максимумо в расходов воды:

1. Н а п редп ро ектных и н ачаль ных проектных работах ( оцен ка вариантов со оруж ений, ориенти ровочных объемов рабо т или условий и скусствен ног о паводочн ого регу лирования и т.п .) расчеты м аксимальных расходов следует прои зво дить мето дами, регламентир ованными «Руководство» ЦНИИ С-Гл авт ранспр оек та ( 12) и настоящими рекомендациями (см. р аз дел 2).

2 . Н а стадии разработки технического или техно-рабочего проекта сле дует пр оизводить:

- инж ене рн о-гид ромет еоро логи чески е изы скания максимальн ого стока с опре дел ением н атурных расходов и о бобщением их параметров до террито рии рай он а (или вдоль трассы дороги);

- расч е ты по СН 435- 80, ВСН 63-76 , настоящим рекомендациям; сопоставление результатов расчета с натурными расходами и ус тановлени е расчетн ых макси мумо в для разработк и п роектн ых решений;

- для о с обо неизученн ых территорий разраб отку (по усмотрению проектн ой организац ии) линейно-региональных норм мак сим ального стока и по ни м определять требуемы е расчетные максиму мы расходов для территорий (и услови й п роектирования) н а охваченн ых рекомендациями н орм ативных до кум ентов.

3. Н а стадии рабочего проектирован ия нео бходимо выполнять:

- д оп олнительные инж ен ерно-гидр ометеорологи ческие изыскания максим альн ого стока с определением на турных расходов пав одков, прош едших пос ле и зы сканий на предыдущих с тадиях;

- со п ост авление п олученных натурных с расчетными расходами, принятыми н а предыдущ их стади ях проекти рования и внесе ние необхо дим ых коррек тив ов в рабочие чертежи.

Оценка предельн ы х м аксимумов стока и учета влияния на п аводочные расходы у сло вий естествен ного и и ску сс твенн ого регу ли ров ания мак сим ального с тока мож ет возникнуть на любом из рассмотренных этапов обоснований проектных решений и должн а решаться с учетом рекомендаций С ою зд орп рое кт а (см. р азделы 2, 6).

2. Расчеты максимального дождевого стока и его аккумуляции при отсутствии длительных гидрометрических наблюдений и на начальных стадиях проектирования

2.1. М ак сим альны е дождевые расходы расчетной ВП рекомен дуетс я о пределять п о формуле:

Qp = 16,7 · α p dp · F · φ · KJ · K Ф                                           (2.1)

при                                                         α p = a час · Kt · KF ;                                                      (2.2)

dp = α 0 · δe                                                             (2.3)

K Ф = Ф + (1 - Ф) C ,                                                    (2.4)

где: α p - ра с четн ая инте нсивность осадков, соответствующая требуемой ВП для расхода, м м/мин; dp - расчетный коэффици е нт склонового стока; F - в одосборн ая п лощадь, км 2 ; a час - ма к симальн ая часов ая инт ен си вн ост ь д ождя, определя емая по приложени ю 1 для заданного ливневого района (рис. 2.1) и ВП, м м/мин; Kt - к оэффиц иент редукции часовой инт енсивности осадков в зави симости от в ремени формирования мак си мальны х расходов на вод осб ор ах раз личной величины (приложени е 2); KF - коэффициент учета нерав н омернос ти распределения расчетных ос адков по пл ощади водо сбора (п рилож ен ие 3); α0 - коэффициент склонового ст ока при по лном насыщени и п очв водой (приложение 4); φ - коэ ффициент редук ции максимал ьно го дождевог о стока в зависимости от размеров во дос борной площади (п рил ож ени е 5); KJ - коэ ф фи циент учета влияния крути зн ы во досборного бассей на, (приложение 6); K Ф - коэффици ен т, уч итывающий форму водос боров ; Ф - коэф фициент, учиты вающи й форму водосбо ров (рис. 2.2) ; C - коэфф ициен т, учитывающий ум ен ьшени е вл ияния ф ормы водо сбора на вели чину расчетного расхода воды; δe - коэ фф ициент, учи тывающий естественн ую ак кумуляци ю дожде вого стока на по верхност и во досборов в зависимости от различной з але сенн ости и по чв о- грун тов , определяют:

при спло ш ной зал есенн ости и ли однородных почво-грунтах по всему вод осбору

δ e = 1 - γ g β П;                                                        (2.5)

при частичной з але сенн ости и резких различиях п очво-г рунт ов на водосборах

δ e = 1 - (γ g л f л + γ g г f г ) β П                                                 (2.6)

при                                                    f л = F л : F и f г = F г : F                                                     (2.7)

В формулах ( 2.4 ) - ( 2.7): γg - к оэффици ент, у читыв ающий различную проницаемость п очво- грунт ов на склонах водосборо в, в рас четных условиях (приложение 1); β - коэффи циен т, учитыв ающий состояние п очв о-грунтов к началу формирования ра счетн ого паводк а (прил ожени е 8); П - поправочный коэффици ен т на редукцию п роница емости почво-грунт ов с ув еличе нием площади водосборов ( при ложение 9); γ g л , γg г - коэффициенты, у читы вающи е пр оницаемость грунтов н а о тдельны х частях водосбора, раз личн ых по степе ни зале сен но сти и почво-грунт ам (см. п рил ож ение 7); f л , f г - ко эффициенты , х ара ктеризующ ие в ели чины отде ль ных ча стей водо сбора, различны х по степ ени залесенн ости и почво-г рунт ам; F л , F г - пл ощади отд ельных частей водосбора, занятые разли чными почво-грунтами и раст итель ностью.


Ри с. 2.1 Карта -с хема ли вн евых районов в СССР.


Р ис. 2.2 Гра ф ик для распредел ен ия пара метра Ф в формуле ( 2.4)

П ри п ролож ени и дороги по н еск ольким ливневым районам или в непос ре дственной близ ости от их границы (рис. 2.3.) расчетные ливневые характеристи ки на участка х, п римыкающих к границе того или иного ра йона определя ют по формуле:

a′ час = 0,5 (aN + aN+1),                                                  (2.8)

где: a ′ ч ас - расчетная и н тенсивность часового дождя для переходн ого участка, у стана влив аемого длиной 25 км в каждую сторону от г раницы ли вневого района по н аправ лению дороги; aN , aN +1 - ч асовы е интенсивно сти дождя, определенные по п рил ож ению 1 и рис. 3 для дв ух соседних рай онов.

Рис. 2 .3 Воз м ожн ые ( I , II ) п олож ения дороги относительно гра ниц ливневых рай он ов:

1 - трас са дороги; 2 - г раниц а двух ливне вых рай он ов; 3 - участки районов , на которых ин тенсивн ост ь дождя определяют из формулы ( 2.8).

Для в одо сборов , площади которы х находятся в нескольких л ивневых районах, расчетн ая часовая интен сивность дождя опре деля ется как средн евзвеш енн ая по пл ощади .

В рав н инной местно сти расчетный уклон главного лог а на м алы х водосборах ( J ) может быть п ринят равным у клону лога у сооружен ия. Н а очень малых водосборах пл ощ адью до 1 км2, а также на односкатн ых водосборах при н еи зменн ом, о днозначном накл оне п оверхн ости стекания (рис. 2.4) в качестве расчетного уклона главного лога может быть принят уклон между водораздельн ой точкой по главному логу и пон иженной точкой жив ого сечения в створе перехода.

П ри резкой смене уклонов поверхности стекания на различных частя х склонов по всей длине однос катных и малых в одосборов (см. р ис. 2.4) , а такж е н а средних водос борах расчетный уклон гла вного русла оп ределится как средневзвешенный на расстоянии от в ерхне й водо раздельной точки до створа перехода. На больш их и средних во дот оках при наличии хорошо выраж енного русла в качес тве расчетного уклона глав ного лога принимае тся уклон реки в осн овн ом русле , характ ери зующий средний уклон на большем его протяж ении вв ерх от створа перехода.

Р и с. 2.4 Сх емы к определ ению рас четного уклона J главного русла водотока в ыше створа проектируемой до рог и

П ри оценке коэффициента формы K Ф ( см. р ис. 2.2) длину главного лога на малых водосборах определ яют от наивысшей в одораз дельн ой точки, расп оложенной по н ап ра влени ю главного лога. На больш их водотоках д лин а глав ного лога может быть принята с достат очн ой степ ень ю точности ра вн ой длине основного рус ла, опреде ляюще го форму и ра змеры водосборного бассейн а. К оэффици ент C п ринимают по отн ош ению:

F км2 .............

менее 5

10

20

30

40

50

60

70

80

C ....................

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,8

0,9

2.2 . В некоторых районах и зыск аний может возни кнуть необхо димость у чета специфи ческих факто ров, ре гулирующ их максимальный сток и присущи х только одно му район у или отде льным водосборам. К этим факто рам могут быть отнесен ы: меженный сток; бессточные емкости ; пахотные земли на ск лонах; искусст венн ое орошени е; т ерраси рова нное землед ели е; зат орность горн ых русел; влияни е карстовых явлен ий; регулирование стока иску сств енных сооружений; перели вы паводковы х вод из одного бассей на в другой; н еуст ой чивое перерасп ределен ие стока между водотоками на вы ходе из го р; озе рность и заболоченность; забор воды на хозяйств енные нужды ; многократность повтор ения расчетных паводков в мус сонны х районах; регу ли рование стока на широких поймах; т ран зи тные участки русел; н ал едны е явл ени я и зал ед енелость русла; р егу лирование сто ка м ели орати вными сооружениями; подпорные явления, нали чи е в бассейне н ас еленн ых пунктов или построенных дорог и другие .

Учет этих региональных особенностей м акси маль ного стока д олжен п роизводиться в к аж дом ко нкр етн ом случае путем введения в форм уле ( 2.1) д ополнительных коэффициентов, установл енных по данным специальн ых и сследований (нормативных источников), а при их отсутствии на основе материалов , полевы х, гидрометеорологических обследований водосборов. В особо сл ож ных случаях и при недостаточн ости материалов полевог о обследования для обоснования методов учета влияния этих фа кторов необходимо пров едение инженерно-гид рометеоролог ически х и зыск ан ий и исследований по специальным программам.

В ли яние региональных факторов следует учитывать, исходя из ос обенностей вну триго дового режима дождевого стока в район е изысканий. Н еобходимо также давать вероятностную оцен ку возмезд ного совпа дения паводочного периода со вре мене м де йствия этих факторов, как регулирующи х. Влияние региональных фа кторов может проявляться на водотоках различной в еличин ы по-разному. Поэтому для каждог о объекта необходимо установить п ределы при мен ения коэф фициентов, у чи ты вающи х рег ион альны е особенности водосборов не только во времени их де йствия, но и по п лощади водосбора.

Для установл ения реги он альны х коэф фиц ие нтов п о данным по левого обследо вания или специал ьных исследов аний сл едует и споль зоват ь метод сост авления уравнений балан са стока на период фо рмирования максимальной ординаты гидрографа расчетного паводка .

Для учета некоторых особен н осте й регулирования максимального стока п ро изведено ( 9) обобщение и систематизация расчетных ме тоди к, раз работ анны х различными авт орами. Некоторые из них вошли в ведомственные нор мативы ( 3, 4, 12), остальны е реком енд уются настоящими ук азаниями ( см. р азделы 3 и 4).

Особен н ости расче тов максимального дождевого ст ока в не ко торых спец ифических рег ион ах (Неп ал, А фган истан, Ирак, Узбекистан, Таджики стан) от ражены по результатам п оследних на учных исследований в разделе 7 насто ящих рекомендаций .

2.3. П ре дел аккумуляц ии пав од очного стока реглам ент ируется СНиП II -Д.7 -62, согласно которому уменьш ение м акси мальных расходов притока, всл ед ств ие уч ета аккумуляции допускается не более чем в три раза. До полни тельные ограничени я при соз дании временного пруда аккуму ляции перед дорогой возник ают ( 1, 19) в следующи х слу чаях : 1) В горной и предгорной ме стностях при значит ельны х укло нах глав ного лога; 2) В районах муссонно го к лимат а при воз можн ости п рохода расче тн ого па водка по частично или полностью заполн енн ому водой пруду аккумуляции предыдущими дождями; 3) в ме стах зат опл ения цен ны х угоди й, н аселенных пунктов и т.п.; 4) в районах вечной мерзл оты с возм ожными услови ями образования н аледей.

Указанные ограничени я с ледует оценивать в каждом конкретн ом с лу чае при проектиров ан ии от дел ьных или целой г руппы сооружений, так как они мог ут п роявляться одновременно все в одн ом район е изысканий.

Расче тный расход вод ы в сооружении с учет ом создания перед до рогой пруда аккумуляции на м алых водотоках рекомендуется опред елять (в м3 /с) по формуле:

                                                  (2.9)

при                                                      Wp = 1 000 dp α p · F t Ф ;                                                ( 2.1 0)

                                                (2.11)

где : Qp - м аксималь ный расход дожд евых вод расчетн ой ВП , определяемый по формуле ( 2.1), м3 /с; Wp - объем до ж девого стока той же ВП, м3 ; W пр - о б ъем пруда аккуму ляции перед сооружением, м3; K г - коэффициент фор м ы расчетн ого гид рографа паводка, равный 0, 85 для районов муссонн ог о клим ата и 1 ,05 для м уссонны х районов при отсутствии ог ран ичений для аккуму ляции ; 1 000 - к оэффициен т, учи тыв ающий размерности параметро в, входящих в формулу (10); dp - расчетная интенсивность осадков , о пределяемая по фо рм уле ( 2.2), мм/мин; αp - расчетны й к оэфф ици ент склонового стока, опре деляемый по ф орм уле ( 2.3); Ko - коэффиц и ент, учи тывающий очертани е продольного профиля дна пруда равный 0,33 ; ω - площадь живого сечения водотока в створе с ооруже ния при расчетном уровне подпертой воды (РУПВ); H пр - ма к сималь ная глубина воды в по ни же нной точке живого сечени я при РУПВ; Jo - расчетный уклон лога на участке образования пруда аккумуляции; α - острый угол пересечения трассы дороги с водотоком; t Ф - расчетная продолжительность осадков, ф о рми рующи х максим альную ординату ги дрографа, определяемая в зависимости от площади F водосбора:

F , км2

0,0001

0,0005

0,001

0,005

0,01

0,05

0,1

0,5

1

5

7

10

30

t Ф , мин.

4

5

9

14

19

24

30

36

42

48

51

53

57

Форма гидрографов пав одко в при определе нии Qpc принимается в в иде равнобедренного треугольника. Для и ного очертания гидрографа нужно использова ть рекомендации ( 9).

При конфигурации живого сечения водотока с четко выраженными руслом и пойменными частями или участками с резким и различиями формы поперечного сечения (овраги, крутые лога и т.п.), оп ределять объем пруда (в м3) рекомендуется по формуле (рис. 2.5):

                           (2.12)

где: α и Jo - и меют обозначения, что и в формуле ( 2.11) ; B - пол н ая ширина раз лива п отока в рас четном створе п ри РУПВ; H п ,  - с редняя и максимальная глубины воды на самом высоко м пой менном участке живо го сечения при РУПВ , м ; Bpi - ширина русла или д ру гого характерного у частка при РУПВ , м; Hpi - максимальная глубина русла при Р УПВ , м.

Рис . 2.5 . Схема к определению объема пруда на водотоках с резким различием конфигураций отдельн ых часте й живого сечения

При м енение формулы ( 2.12) обос нован о для одинаковых уклонов отдельных частей водотока и всей долины. При разли чных уклонах нужно применять формулу:

                        (2.13)

гд е: J п , Jpi - соответственно укл он самого высокого пойменн ого учас тка и ук лон русла или других характерных участков реч ной долины . Остальные обозначения такие же, как и в формуле ( 2.12).

Для проектир о вания водопропус кных со оружений необходимо на каж дом объекте предусматривать: 1) определени е отверсти й водопроп ускных сооружен ий и режима протекани я; 2) уст ан овл ени е расчетного уро вня подпертой воды (РУПВ) при приня том режиме проте кания воды через сооружение; 3) нанесение РУПВ на продольный профиль в местах пересечения водосборов; 4) о пределение минимально до пустимой по СНиП II -Д .5 -72 и II -Д .7- 62 отме тки бров ки насыпи зе млян ого полотна в местах устройства сооружений; 5) проверку на возможный перелив через дорогу в пониженных мест ах проект ной линии на продольном профиле, а также проверку на перел ив через водоразделы вдоль дороги в соседние сооружения; 6) установление мероприятий по укреплению входных и в ы ходных русел; 7) расчет и п роекти рование дамб обвалования в случае их устройства; 8) оценку продолжительности це нных уг одий: п ри согласов ании и х заня тия:

                                               (2.14)

гд е: Qmin - расход в сооружении при мин и мальной допустимой отметке затоп ляемы х угоди й, м3/с.

2 .4. Для п олучения расчетных максимум ов, наиболе е п олно отр ажающих условия и х форм ирования в районе проектирования, н еобх одимо пос ле вы пол нения изы скательских работ произв одить уточне ние отдельны х п араметров фор мул ( 2.1) и ( 2.10) по материалам полевы х о бследований в одотоков и длительных наблюд ени й на суще ств ующи х водпостах и метеостанциях.

Уточнению могут подле ж ат ь: расчетн ая интенсивн ость ос адков; неравномерное расп ределение расчетны х осадков по направлению изыскиваемой дороги; коэффициент скл он ов ого стока; коэффициент редукции максимального дожд евого стока; ук лоны логов, пересекае мых дорогой; к оэффици ент неравномерности выпаден ия дожд ей по территории; ф орма водосборн ых бассе йнов ; степень и характер за лесенн ос ти ; категори я и прони цаемо сть почво-грун тов; состояние п очв о-г рун тов к н ачалу п аво дков; наличие и влияние реги она льн ых особенн остей во досборов.

П ри уточн ении расчетных пар аметров формул ( 2.1) и ( 2.10) не обходимо учитывать возможные из менения во времени ра счетных ха рак теристик, вызываем ые как естественным измене нием г идроме теорологического режи ма стока, так и вли яние м хозяй стве нной де ятельн ости человека в течение н ормативного периода службы проектируемых водопроп ускных со оруж ений . В результате этих работ должны быть пол учены уточненные расчетные параметры, отраж ающие д ейст вит ельн ые гидрометеорологические у словия заданного района изысканий и регион альные особенн ости отдельных водотоков.

2 .5. Одн ой из основных особенност ей мало осв оенных зарубежных районов является отсутствие многолетни х н аблюдений за расхода ми воды и недостаточная сеть пунктов гидрометеорологи ческих наблюден ий. И только в от дельных районах имеют с я некоторые материалы наблю дений за осадками по дождемеру в виде: с уточных максимумов, меся чных и годов ых су мм. На малых водосборах полность ю отсутствуют какие-л ибо наблю дения за стоком и, как следс твие этого, расчетные зав исим ости максимальных расходов, основа нные на н ату рны х данны х наблюдений.

В те х же з арубежных ст ранах, где им еютс я рекомен дации по расче ту стока, он и нередко носят ориен тировочный характер или от ражают усл овия одного из ло кальных районов, на материалах кот орого они п остр оены. Прим енение этих зависимостей тр ебует тщательного обоснования расчетных парам етров на осн ове изучен ия конкретны х гид ромет еорологи чески х условий, и бо в озмо жны существенные просчеты в определении отверстий сооружений. П рименение методов расчета, п араме тры которых обосновываются в заруб ежны х странах косвенными ан алогами с привлечением о тдален ных физ ико-географических район ов, не может быть оправ дано, так как не о твечает дей ст ви тельным условиям стока района изысканий.

Н аиболь шее обоснов ание и п рим еним ость для расчетов максимального дождевого сток а в зарубежны х районах строительства име ет формул а ( 2.1) . Для учета н е только общи х гидрометеорологически х закономерностей, н о и мес тных особ енностей п аво дочно го стока целесообразным явля ется разработка линей но-региональных зави си мостей и признан метод, основанный на использовании результатов краткосрочных полевых обследований во дотоков, выполненны х в п ериод изыскан ий автомобильных дорог (см. р азде л 6).

2 .6. Д ля уста новления дост оверн ост и существующих зарубежны х ре гиональных зависимостей м ак симальног о стока, гаран тийных запасов наиболее ответственных гид ротехни ческих и дорожных сооружений, анализа технико-экономи ческой эфф ек ти вн ости капитал овложений в строительство различных объектов, для нау чного о боснов ания теоретических кривых расп ределения максимальных расходов в области расчетных ВП требуется оцен ка п редельных максимум ов стока.

Из известных способов оценки п редельных максимумов д ожд ев ого стока наибол ее надежен метод определения физических пределов максиму мов стока, потенциально возможных в конкретных мет еорологиче ских усло виях ( 13, 9). Он основан на положении о том, что наибо льшая ин тенсивно сть стока A в со склонов в русло (элементарный модуль стока) не может п ревышать при отсутствии заторов, п одпоров и других факторов, искаж аю щих естествен ный режим п авод очны х усло вий, наибольшую интенсивность п ритока воды за расчетный интервал времени:

A в ≤ 0 ,28 am αp,                                                       ( 2.1 5)

где am - максимал ьная интенсивность дождя, мм/ час; αp - наибольший эл ементарный коэффициент стока со склонов.

Максималь н ую интенсивность дожд я определяют по формуле ( 2.2) для переменного интервал а времени дожд я t Ф , формирующего максимальные модули стока с элемента р ны х бассейнов.

Максимальная интенсивность часового дождя, изменя е тся в пределах: от 60 до 80 мм/ час в восточных районах А зиатской части СССР; 300 - 350 в южн ой части США и в юго-восточн ой Азии.

Д л я этих район ов при αp = 1 ,0 предельные мак симумы колебл ются A в ≤ 23 - 98 в м3/с с 1 км 2 .

При наличии то лько суточных макси мумов осадков выражение ( 2.15) может быть представлено в следующе м виде:

A в ≤ 0 ,28 (0,33 + 0,4) Нст ≤ (0,093 + 0,126) Нст,                          ( 2.16 )

где Нс т - максимальный суточный слой о садков, мм.

П редельные величины Ав и Нст для наиболее ли внеопасных районо в п риведены в табл. 2.1.

Таблица 2. 1

Районы

Предельные максимумы

Нст, мм/сут

Ав, мм/мин с 1 км2

Лив н еоп асны е рай он ы СССР (ДВК, Черноморское п обережье Кавказа, Карпаты)

1 50 - 250

1 5 - 2 5

Сред н езем ном орск ое по бережье Ев роп ы и Северной Африки

30 0 - 600

30 - 6 0

Южные штаты США , Северная Индия, Пакист ан, Южный Непал, Бирма, Китай, А встралия, Н овая Зеландия

600 - 1 000

60 - 100

При наличии материалов обследований редких па в одков значен ия нат урны х максимальных элементарных модуле й ст ока могут быть вычис лен ы по д ан ным фактичес ких и змерений:

                                            (2.17)

где Qm - м аксим альный натурный расх од во ды, оп реде лен ный по данным п олевого гидрометеорологического обследования, м3/с; δ p - обобщенный к оэффициент , учитыв ающий рег улиров ание максимальног о стока оз ерами, болота ми , лесами и д ругими регион альными факторами.

С оп оставл ен ие вычисляемых по формуле ( 2.17) максимал ьных э лементарн ых модулей ст ока с теоретически ми, оп ределяемым и по выражению ( 2.15) позволя ет оценит ь вероятнос ть превышения любого наблюдавшегося паводка.

3. Учет естественного регулирования максимального стока

3. 1 . Влияние оз ер, бо лот и бессточных пониж ений

Сте п ен ь и характер влия ния этих факторов определяется их кол ичес твом , м естоположением, размерами и метеорологическими о собенностя ми ст окообразования в зад анном районе п роек тирования. Оценка во зможных условий работы естественных аккумулирующих, их размеры и общий объем регулиро вания составляют одн у из задач инж ен ерны х из ыскани й максимального стока.

П оте ри сток а на неболь ших бессточных пониж ениях принято учи тыв ать в формулах ( 2.1) и ( 2.10) через коэффициен т склонового стока α p , суммарно учитыва ю щий влиян ие мик рорельефа, п очв о-г рунтов и м ете оролог ических особенностей форми ров ания м аксимальног о стока.

Потери ма к симальн ого стока на заполнение больших бессточных емкосте й при полн ом задержан ии ими стока следует учитывать п утем вы чи тания площа дей ука занных емкостей из общей площади водосбора. К оличеств о и размеры бессточн ых емкостей определяют по картографическому материалу и уточняют в натуре при полевых обследованиях. Особое внимание следует уделять точности определения водораздельн ых контуров этих п ро странств с уч етом возможной максималь ной аккумуляц ии воды этими емкостями. В особо сложны х случая х для этой цели производят рас чет максимального уровн я наполн ения бессточных емкосте й объемом стока дождевых вод, определяемым по формуле ( 2.10).

На стадии ТЭО при отсутствии данных полево г о обследования уче т потерь стока на заполнение ярко выраженных больших бе ссточных е мкост ей следует ориентировочно производить ( 4) по формуле:

                                                  ( 3.1)

здесь                                                           Δ Fi = ΔBiPi                                                            ( 3.2)

μ = Wp : ( Wp + ΔW )                                                   (3.3)

где Fi - площадь отдельной бесст о чной емко сти , км2; μ - ко эф фиц иент, учиты вающи й затоплен ие бессточных емкостей п редшествующими дождями; ΔFi - коэ ф фи ци ент, учитывающий точность оп ред еления к онтуров бессто чных площадей по картографич ески м м атериалам; Wp - объем дождевого стока, определяемый для з а данной ВП по фо рмуле ( 2.10 ); ΔW - часть объ е ма стока от п редшествующ его дождя, определяемая в зависимости от конкретных условий формирования максимального стока в районе п роекти рования; Pi - периметр бессточной емкости по контуру расчетного водоразд е ла; ΔBi - расчетная толщина водораздельной линии на картографичес к их материалах, определя емая по следую щим данным:

Масштаб ...............................

1:10000

1:25000

1:50000

1:100000

Δ Bi , км ....................................

0,005

0,0125

0,025

0,05

Задержание дождевого сто г а наблюдает ся и в бол ее крупных речных бассейнах, имеющих значительные аккумулирующие е мкости в виде озер и болот. Большому влиянию озер и болот п одверж ены озерн о- болотные водотоки северных и западных районов Ев ропейской части СССР, н а которы х для учета снижени я расчетных максимум ов рас ходов рекомендуетс я при f оз + 0,2 f б ≤ 45 % исполь зовать фо рмулу Д.Л. Соколовского ( 14):

δо = 1- K lg ( f оз + 0,2 f б + 1),                                               (3.4)

где f оз , f б - площади соответствен но озер и болот в процентах к площади всег о водосборного бассейна; K - коэффи ц иент, равный 0,7 - 0,9 и зависящий от располож ения озер. Наибольше е его значени е принимаю т при низовом их расп оложении.

Для учета зарег у ли ров анн ости максимального стока на водотоках с проточными озерами, а также на реках Кольского полуостров а, Карельской АССР и рек бассейнов Белого и Баренц ева морей следует использовать рекомендации СН 435-8 0.

Для учета озерности и заболоченности для малых водосборов (пр и 1 0 ≤ F ≤ 20 км 2 ) рекомендуется формула Н.Н. Ч егод аева ( 1). На водосборах с озерностью более 1 0 % на стадии разработки технического проекта эти рекомендации требуют ( 1) уточнения инди видуальн ыми рас четами.

Вл и яние озерн о- болот ной аккум уляции в неизученных и зарубежных районах следует учи тывать путем сопоставления и анализа з ависимостей натур ных модулей мак симального стока от площ ади во досбора, устанавливае мых по материалам краткосрочных ин женерно-гидр ометеорологических и зыскани й раздельно для водотоков с о зерами и болотами и без них. На основании этого и должны быть окон чательно о боснов аны коэффициенты в фо рмулы ( 2.1) и ( 2.10) для учета влияни я бессточных емкостей, озер и болот на тех водотоках, на которых полевые обследования не п роизводились.

3.2. Распласт ы ван ие паводка на тран зи тных учас тках предгорных русел

П ри п роло жении дорог вблизи возвышенностей или горн ых хребтов пересекают водотоки (рис. 3.1) , которые после выхода на предгорье или полностью бесп рит очны , или приток к ним не совпадает по в ремени с максимумом стока, формирующимс я в верхней части основного басс ейна. В обоих этих случаях водотоки по выходе на п редгорный участок яв ляютс я, как правило, транзитными.

Рис. 3. 1 С хем а п ере се чения дорогой транзитных участков водотоков в предго рн ой мест ности:

1 - трасс а до ро ги; 2 - г раницы ба ссей нов; 3 - стокообразующая часть вод осборн ого бассейна; 4 - нач альный створ транзитного у час тк а.

Прохождение паводка по т ранзитным участкам водотоков обуславливает распласты вание паводочн ой волны, заключающееся в увеличен ии п родолжи тельн ост и прохождения паводка при относительно постоянном объ еме стока, что вызывает уменьшение максимального расхода воды, оп ределяемого в любом створе транзитного участка по форму ле:

Qmt = Qm · χp,                                                          (3.5)

где коэффициент χp устанавливают для малых логов с периодическим стоком по методу Л.Л. Лиштв ан а в зависимости от уклона транзитного русл а Jp и расстояния от его нача л а l (рис . 3.2) и в п редп оложени и параболическ ой формы гидрографов с отношением времени подъема и спада паводка равного 1:1,5.

Рис. 3.2 Номограмм а для опред ел ения коэфф ициент а трансф ормации макси мально го расх ода воды на т ранзитных участка х водо ток ов

Для мал ы х водотоков с гид рог рафами в виде равнобедренного треугольника коэффициент χp вычисляют по формул е:

                                                          (3.6)

При иной с хематизации гид рог рафо в и наличии натурных гид рографов рас четны й рас ход в любом ство ре транз итного русла определяют по более общей формул е:

                                                    (3.7)

здесь                                                        τp = ( l : v 2 ) - ( l : v 1 ),                                                    (3.8)

где Wp - объем стока в расчетный паводок; t к - время концент рации паводк а, сек; τ p - ко эффици ен т, характеризующ ий разнос ть во в ре мен и п рохождени я паводка до и после его тран сформации н а тра нз итн ом уча стке длиной l ; v 2 - скорость продол жени я тыловой части паводка, близкая к меж енной скорости; v 1 - скорость п родвижен ия лобовой части паводка, близкая к м аксимальной скорости. Вели чины средн их скоростей течения v 2 и v 1 мог ут быть п риняты для предварительных расчетов по следующим соотношениям:

Jp .......................................

0,0005

0,0005 - 0,001

0,001 - 0,005

0,005

v 2 , м/с .................................

0,25

0,35

0,4

0,5

v 1 , м/с .................................

1,5

1,5 - 2

2 - 2,5

2,5 - 3

Для водотоков н езависимо от размеров, формы и схематизаци и гид рог рафов расчетны е расходы в заданном створе транзитного участка могут быть в ычислены по формуле:

                                           (3.9)

з де сь                                                        ve = 0,5 ( v о + v з ),                                                     (3.10)

где tn - продолжительность подъема паводка в н ачальном створе транзитного участка; n - отношение продолжительности спада к продолжительности подъема пав о дка в начальном ств оре; v е - с редняя скорость течения потока на транзитном участке; v о , v з - средние скорости жив ого сечения потока при РУПВ соответственно в начальном и заданном створах. При отсутствии данных по значен иям v о средн я я скорость v е может быть п ринята с известной степенью точности равной v е = v з .

И с следования М осги прот ранса в Н еби т-Даге и Сою здорп роект а в предгорьях Гималаев п оказали ( 9), что учет распластывания паводков на транзитных участк ах позволяет установить более бли з кие к реа л ьным величины расчетных рас ход ов и тем самым о боснованно уменьшить отверстия водопропускны х соо руж ений. Уменьшение отв ерстий в значительной степ ени зависит от длины тран зитно го участк а и его продольного укл она и в отдельных слу чаях могут составлять от 30 до 48 %.

3 . 3. Слияние н ескольких вод отоков

В практике прое к ти рования автом обил ьны х и железных дорог нередки случаи вы нужденно го перес ечения двух или нескольких водотоков в мес те их слияния или на некотором расстояни и ниже него. К э тим же случаям след ует отнести и искусств енное спрямление русел дв ух в одотоков в одн о подм осто вое русло, а также переходы через блуждающи е реки с неустойчивыми руслами п ритоков в местах выход а из гор (рис. 3.3).

Ри с . 3.3 Сх емы возможн ых пересечен ий в одоток ов в места х сл ияния нескольких притоков :

1 - основной водоток; 2 - в ариан ты прол ож ен ия дороги; 3 - приток; 4 - иск усс твенн ое русло после спрямления; 5 - русло в одоток а до спрямлен ия или прорыв а; 6 - ру сл о, образованное при п рорыве или свала с кон уса вын ос а

Реше н ие поставленной задачи можно существенн о облегчить хронол огически одн овременными длительными гидрометрическ ими н аб людениями в ус тьях притоков и местах, расположенны х ниже и выше мостов ого пе рехода на основном водотоке. Однако такой случай представляе тся практически исключением : имеетс я н едостаточное количест во п унктов наблюдений, материалы наблюден ий ог раничив ают ся н епрод олжи тельными срок ами или полностью отсутс тв уют.

Для обоснования требу е мой величины расхода в заданном створе проектирования н еобходим тщательный гидрологический анализ формировани я паводк овы х явлений, что в оз можно лиш ь н а основе конкретной расчетной методики, по зволяющей оп ределить с ост ав необходи мы х сведений и организацию их сбора в зави симос ти о т ст епени изученности водотоков.

Анализ общей схемы формирования максимального сто к а и опыта практических разработок на некоторых мостовых переходах позволили рекоменд ов ать методи ку расчета, основанную на следующей фо рму ле определения расчетного расхода воды в местах слияния двух или нескольких водотоков:

                    (3.11)

где Qo - максимальный расход з а дан ной ВП в створе пе рехо да через водото к, принимаемы й в качест ве основного для построения суммарного расчетн ого гидрографа, м3 /с ; Qi - максимальный расход той ж е ВП одного из п рито ков в месте впа дения в основно й во дото к, м 3 /с; Kg - коэффициент уменьшения ма ксим ал ьного расхода притока при нес овпадении наибольшей ор динаты е го гидрографа с мак симумом гидрографа основ ного водотока во времени; K т - коэ ффи цие нт, учитывающий трансфо рмацию м аксим альн ого расхода притоков на учас тке осно вного водотока от устья притока до места перех ода; Q п - макси мальный расход притока с блужд ающим или неустойчив ым руслом в месте его вых ода в другой бассейн или месте выхода из гор, м 3/ с; ΔQp - коэ ффициент учета возмо жной п ерегрузки в работе отверстия моста при п ропуске паводка от прорыва неустойчивого русла одного из п ритоков смеж ного водосбора.

Структура о сновной расчетной формулы ( 3.11) универсальная относительн о наибо лее сл ожных случаев расп олож ения мостовых пе реходов в п ред горн ой местности с различн ыми сочетаниями в плане притоков относите ль но основного водотока и возможными образованиями новых русел. В каждом отдельном случае она может быть конкретизирована и сходными условиями.

Основным п ри ни мают водоток с наибольшей водностью, площадью бассейна и длиной от створа перехода до во дораздела. Величины расходов с основн ого водо тока и притоков определяют по одном у из методов (см. п. 2) .

Следу е т различать два характерны х случая пе ресечения осн ов ного во доток а: в месте слияния одного или неско льких притоков и на некотором расстоя нии от него, которы е и опре деляют о собенности расч ета. Все другие сочетания такж е учитываются расчетом по фо рмуле ( 3.11) .

Для о п ределения рас четного расхода в случае пересечени я ос новного водотока в устье нескольких притоков следует п остроить расчетный гидрограф путем суммирования гид рографов с основного бассейн а и притоков, п редварительн о рассчитанн ых и пост роенных в соответствии с имеющимися рекоменд ациями по их форме. Так, для малых во дотоков оправдывает се бя схематизация гидрографа п аво дков по рав нобедренн ому треуг ольник у, для средних и больших целе сообразн а криволи нейная схематизаци я ветвей подъема и спада гидрографа, предложенных Д.Л. Соколовским.

Для обоснования расчетных коэффициентов в формуле ( 3.11) принята замен а криволине йных ветвей подъема и спада прямыми ли ниями , при прове дении которы х соблюдено равенство объемов стока до и п ос ле заме ны, что позволило без ущерба для точности расче т ов обос новать соответствующие соотнош ения между элементами состав ляем ых гидрографов.

А н ал из построения суммарн ого гидрографа (рис. 3.4) пок аз ал, что ордината гид рог рафов притоков может зани мать различные полож ения относительно м ак симума ги дрографа основн ого водотока.

Рис. 3.4 Схем а построен ия резуль тирующег о г идрограф а:

1 - гидрог раф ос новного водотока в ме сте сли яния с притоком; 2 - гид рограф притока при с лиянии с основным водоток ом

В с луч аях, ког да в ремя п одъем а паводка на основном водотоке tg больше вре м ени подъема воды притока t п , т.е. п ри tg > t п , к о эффици ент Kg устанавли в аю т по ветви спада гидро графа при тока по следующей формуле:

                                                   (3.12)

г де tc - время с пада паводка гидрог рафа притока.

При совпадении м ак сим аль ны х орди нат ги дрографов притока и основ ного водотока, т. е. при tg = tp , коэффициент Kg п рини ма ют равным 1 ,0. Для случаев , к огда время п одъема паводка на осн овном водот оке меньше времени п одъема паводка на при ток е, т .е. при tg < t п , коэффициент Kg определяют по ветви подъема ги д рогр афа притока по формуле

Kg = tg : t п                                                         (3.13)

В случае п ерес ечения водотока ниже впадения притоков необходимо учитывать трансформа цию паводка на участке основного водотока от усть я к аждого рассч итываемого притока до с твора переход а.

При линейной схематизации ветв е й, подъема и спада гидрографа объем стока мож ет быть вычислен по следующей общей формуле

W = 0,5 Qi · t п (1 + ni),                                                 (3.14)

гд е ni = tc : t п - характеристика наклона кривой спада гидрографа паводка в заданном створе в устье притока.

Время подъема пика паводка при его трансформации на некот о рое расс тоя ние от устья притока до створа перехода увеличив ается н а величину t т , а объем стока трансформируемого п аводка с учетом этого может быть равен:

W т = 0,5 Q т ( t п + t т ) (1 + n т ),                                             (3.15)

где Q т - расход паводка с уче т ом транс формации; n т - характеристика наклона кривой сп ада гидрографа п ри т рансформа ции паводка, оп ределя емая как отношение времени с пада к врем ени подъема трансформированного гидрографа.

Учитывая, что о б ъем стока при трансформации остаетс я п рак тически неизменяемым, к оэффици ент т ран сфо рмации может быть получен из уравнения ( 3.14) и ( 3.15) с введением коэффици ен та δ т :

                                                              (3.16)

при                                                                                                                    (3.17)

где δ т - ко эффици ент, учитывающий и зменение наклона кривой сп ада гидрографа притока при трансформации; ni , n т - и меют прежни е обозн ачения и могут бы ть приняты с огласно табл. 3.1.

Т аблица 3.1

ni

t т : t п

0,05

0,1

0,2

0,3

0,5

1

n т

1

1

1

1

1

1

1

2

1 ,96

1 ,91

1 ,83

1 ,77

1 ,67

1 ,5

3

2,9 1

2,82

2,67

2,55

2,35

2

4

3,86

3,73

3,5

3,3

3

2,5

С учетом данн ых табл. 3.1 коэ фф ициент транс формации мож ет быть вычислен по данным табл. 3.2.

Таблица 3.2

t т : tQ

0,05

0,1

0,2

0,3

0,5

1

K т

1

0 , 95

0,9 1

0,84

0,77

0 ,6 7

0,5

2

0,96

0, 94

0,88

0,83

0,75

0,6

3

0 ,94

0,95

0,9 1

0,8 6

0,79

0,67

4

0,98

0,96

0,93

0 ,89

0,83

0,7 1

Есл и осн овной водоток ниже слияния притоков им еет бесп ри то чны й участ ок , то трансфо рмация мак симума его паводка может быть т акже учтен а коэффициентом тран сфо рма ции.

Формула ( 3.11 ) позволяет учиты вать однов ременн о со стоком ус тойч ивых п ритоков случаи прорыва неус то йч ив ых рус ел на к онусах выноса и блуждающи х рек и их частичного или полного свал а в с оседние водотоки, путем о це нки с обс твенн ой величи ны расх ода притока Qi от прор ыв а в месте его н аиболь шей к онц ентраци и, а т акже коэфф ициента несовпадения ордин ат максимумов Ki и коэ ффициен та тран сформ ации.

П ри оп редел ении этих коэффициентов следует учитыв ать возможную трансфо рмацию расчетног о расхо да при увеличении ширины расп ластывания волн ы п аводка в транз итной зоне при прогрессирующем самоуширении русла. Учет т рансформации рас четного расхода при увеличении распластывания волны па водка может быть выполнен с помощью к оэффициента

Ky = K т y : K т ,                                                          (3.18)

гд е K т и K т y - коэ фф ициенты т ран сформ ации ра схода соответс твенн о в н ачал ьный и расчетный п ериоды самоуширения р усла, определяемые по формуле ( 3.16) при соотв етс тв ующи х исходных параметрах рас чета.

Для расчет ов на первой с тадии п роектирования за и сходную сле дуе т п ринима ть ширину русла, зафикси рованную в период поле вого обсле дования. Для п рогн ози ров ани я возможного развития или ожидаемого прорыва ис ходн ой считают ширину русла в начале тран зитного учас тка, как п равило, на выходе из гор. При расче тах на пос ледующих стадиях трансформация рас хода может быть уточнен а с огласно рекомен дациям, изложенн ым вы ше с примене нием формулы ( 3.18).

Ко э ффициент у чета перегрузки Δ Qp о п реде ляют исходя из допустимых нормативн ых и конструктивно возможных зап асов в отверстии мос та при безаварийном п роп уске паво дка с верх расчетного уровня воды , установленного по расчетному расходу без учета притока воды от прорыва неус тойчивых русел:

ΔQp = 0,5 ( Q п - Qp ),                                                   (3.19)

где Q п - пред ельный рас ход воды п ри н е за топ лении низа пролетных ст рое ний моста, рассчитанного на расчетный расход Qp , без учета притока воды от прор ы ва неустойчивых русел.

При п остановке гидрометрических наблюдений в период изыс кан ий необход имо о рганизовать одновременное на блю ден ие: в устьях притоков (вне вли яния п одпора от глав ной реки), в н ачале транзи тны х участков притоков и на основной реке в район е перехода. Если н а основной реке или при ток ах имеются пункты длительных г ид ромет ричес ки х н аблюден ий, то уст анавливают связь с этими п унк тами.

Дл я приближенных рас четов при от сутствии надежных сведе ний о скорос тях т ечения дл я расчета времени подъема и спада максим ума гидрографа следует п римен ять формулы Д.Л. Соколовского.

3.4. Отсутствие ярко выраженн ы х водораздел ов и распределе ния расчетны х расходов воды

между соседними в одотоками

В п рактике проектирования принято ра зли чать три характерных случая перерасп ределения стока между см ежными во досборами : 1) водораздельные п ро странства отсутствуют в бассе йне, но хорошо выражены в рас четном створе; 2) водоразделы отсутствуют и в замык ающем створе; 3) водо разделы хорошо выраж ены в бассейне, н о отсутствуют в замыкающем створе.

С ос тав и методы изы скательских работ по сбору исходных данных и полевы м обследов аниям водосборов с отсутств ием в одоразделов и четкого распределения расчетны х расх одов воды между соседними вод от оками рассмотрены в ра зделе 5 настоящих ме тодических рекомендаций.

П ри нед оста точных данны х наблюдений за п ерераспр еделением паводочного стока м ак симальный расход воды за дан ной вероятностью превышения (ВП) для каж дого из водот ок ов, объеди няемы х общим вод осб орны м бассейн ом (случай 1), ре комендуется опред еля ть ориентировочно по формуле

                                                     ( 3.20)

где li - длина отдельного водотока, км; Σ li - сумма длин в с ех в одотоков, объединя емых общим басс ейном; K п - коэффи ци ент г арантийн ости, учи тывающий неиз ученное перерасп ределен ие стока между в одотоками и п рин им аемый равным 1 ,5 по опы ту внедренных проектных п роработок по ря ду п остроенных объектов; Qm - расчетный расход воды заданно й ВП с общего бассей на, оп ределя емый для п риближенн ых расчетов по фо рмуле 2.1.

П ри рав енстве длин всех во дотоков или нев озмож ност и их определ ения в форм уле ( 3.20) следует исполь зов ать соотношения:

количество водотоков ...................

2

3

4

5

li : Σli ...........................................

0,75

0,5

0,38

0,3

При отсутств и и водоразделов в з амыкаю щем створе (рис. 3.5) расчетные максимальн ые расходы воды для отдельных сооружен ий на равн ых участках водотоков с отн ос ительно спокойным течением ре комендуется определя ть по следующим соотношениям:

Qm1 = Q1 + ΔQ2;

Qm2 = Q2 + ΔQ1 + ΔQ4;                                               (3.21)

Qm3 = Q3 + ΔQ3;

где Q 1 , Q 2 , Q 3 - п авод очны е расходы, вычислен ные мо рфом етрич ески по расчетному створу для ка ждого водотока, имеющ его самостоятельное русло, м 3/ с; Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 - дополнительные рас х оды, учитывающие в оз можное перера сп ределение воды меж ду дорожными во доп роп ускными сооружениями в паводок, определяемы е по участкам живого сечения, обозначенным на рис. 3.5 позициями 1, 2, 3, 4.

Р ис. 3.5 Схема перераспределения расходов воды при от с утств ии водоразделов:

1, 2, 3, 4 - р асп ределяемые части живого сечения

В ычи сление расчетных расходов водотоков п о соотношениям ( 3.21) пред усматривает предварительное определен ие расх ода воды с общей площади и морфом етрическ ого подбо ра расчетного уровня высокой воды , соответствующего максимальному расходу воды с общей площади. Для большего числа пересекаемых водотоков сле дует п ринимать аналоги чную схему расче та.

На водотоках с четким и водораз делами в бассе йне, н о при их отсутствии в замыкающем створе (рис. 3.6) расчетный расход ка ждого из ни х рекомендуется определить по формуле:

                                                 (3.22)

гд е Qi - собственный рас х од одного из водосборов;   - с умма частей величин собственных расходов остальных водосборов в данной группе, п ри ходящи хся н а п ериод формирования мак симум а г идрографа паводка Qi ра с смат ри ваем ого водоток а.

Рис. 3 .6 Схема группового расположения водо п ропу скны х сооруже ний при их совместной акк умуляц ии паводочного стока:

1 - г раниц а бас сейн а; 2 - граница разлива пруда аккумуляции; 3 - бровка земляного полотна; 4 - РУВВ

При н аличии гид рог рафо в паводков на в сех во дотоках в еличины ΔQn -1 могут быть п олучены в точках пересечения ординаты максимума гидрографа расс матриваемого водотока с кривыми спада или п одъема гидрографов остальных водосборов.

Пр и отсут ствии натурных гидрографов расчеты расходов воды рекомендуется в ыполнять, исходя из теоретического анализа сочет аний гидрографов различной величины. Так, максимальный расх од самого бо ль шого в группе водосбора (рис. 3.7) устанавливают по формуле

                                          (3.23)

или пр им енительно к группе из трех водотоков по формуле:

                                     (3.24)

где t пб - прод о лжительн ость п одъема пик а гидрограф а н аи большего в гру ппе водотока ; t сп( n -1) - п род олжительность с п ада паводка на каждом из рассматриваемых водотоков; t Ф( n - 1) - продолжительность павод ка на каждом водотоке, определя емая по форм уле

t Ф = 2Wp : Qm                                                          (3.25)

Расходы воды с водосборов , меньш их самого большого и больших с амого малого, т.е. находящихся в диапазоне водосборных площаде й Fmax > Fi > Fmin , определяют по формуле

                   (3.26)

или для г руппы из трех водотоков (см. р ис. 3.7) по фо рмуле

                                       (3.27)

где Q б( n -1) - м аксимальная ордината гидрог рафов водосборов больших, ч ем рассматри ваемый; Q м( n -1 ) - м ак симальная орди ната гидрографов водосборо в меньших, чем рассм атрива емый; tn б( n -1) - продолжител ьность подъема пика паводка на водотоках больших, чем рассм ат рив аемый; tnc ( n -1) - п родолжи тельность подъема гид рографа на средних в группе водосборах; t спм( n -1) - п ро должит ельнос ть с пада паводка на меньших водосборах, чем расс матри ваемый.

П родолжительность п одъема п аводка на водот оках , может быть устан овлена в зависимости от фо рмы гидрографа п о формуле

                                                          (3.28)

з дес ь                                                       

где t ст - вре мя спада пика паводка.

Ра с ход воды с н аимень шего в групп е вод осбора

                                            (3.29)

а для груп пы из трех водотоков (см. р ис. 3.7) расход составляет

                                            (3.30)

гд е t пм ( n -1) - про должит ельн ост ь подъема пав одка на водотоках меньши х, чем рас смат рив аемый или равны й ему.

Рис. 3.7 Схе м а к построени ю резуль ти рующе го гидрографа:

1 - гидро гр аф наибольш его водосбора; 2 - гид ро граф с редни х во до сборов; 3 - гид рог раф наимень шег о в группе в одосбора

Сумм арную п ропу скную спосо бность групп ы сооружен ий, о бъединя емых одним прудо м аккумуляции (см. рис. 3.6) определяют по формуле

                                             (3.31)

гд е Qmi - суммар ны й расход прит ок а группы водосборов, опреде ляе мый как м ак симальная ордината результирующего гид рог рафа или как наиболь шая велич ина из вычисленных по ф ормулам ( 3.23), ( 3.30); Ω - пл ощадь з еркала об щего пруда при РУПВ, м2; Нпр - средневзв еш енн ая по пл ощади зе рк ала глубина пруда при РУПВ , м ; K г - коэффициен т не линейности результирующ его гидрографа, принимаемый равным 1 ,05; W г - сумм арный объем стока с общей площади груп пы водосбор ов.

Расч е тный уров ень подпертых в од следует устанавливать подб ором для заданного кол ичества и размеров водоп ропускн ых сооружений, и сходя из условий проек ти рования, доп ускаемого объема аккумуляции и реж има протекания. Из -за различ ных глу бин пруда при одном РУПВ с оо руж ения могут раб отать в разных режимах протекания (б езнапорный, п ол ун ап орный , напорный), поэтому окончательную рас становку сооруж ений сле дует производить исходя из услови я соблюдения их работы в задан ном (избранном) ре жиме.

С оздание о бще го пруд а перед доро гой позволяет пе рераспреде лить расходы п ритока с разных водосборов между группой водопроп ускн ых сооружений и допус тить по условиям рельеф а у велич ение ра змеров аккумуляц ии свыше суммарно допу сти мых д ля отдельных со оружений , что в ряде случаев при водит к дополнительному экономическому эффекту. Во зможность такого ре шения должна быть оценена с уче том охраны о кружающей среды и недоп ущения вре дного подтопления занимаемых земе ль .

В районах с пониженными и плохо выр аженными водо разделами , где наб людают ся пер еливы воды из о дн ого бас сейна в друго й, перелив ы воды происходят по отде льным понижениям и п ром оинам в од оразделов и в некоторых случаях имеют вид не больш их у стойчивы х русел (рис. 3.8).

Р ис. 3 .8 Пер еливы воды в смежны е басс ейны:

1 - т рас са дороги; 2 - водоразд ел ; 3 - выплеск воды с перелив ом её чере з водора здел ; 4 - выпл ески во ды с об разован ием отдельных водотоков

Н еск олько иного вида переливы могут быть в предг орны х рай он ах на реках с неуст ойчивыми руслами и пониженными бе регами, на которых на блюда ет ся образование новы х рукав ов , а такж е мелких водотоков , образующихся в результате вып лес ков в оды в пав одок на берега в мес тах из лучин и рез кого изменения направления течен ия (р ис. 3.9).

Рис .3 .9 Образование выплесков на пре дго рны х реках

Эти явления требуют о с обого у чета , так как о бычны е методы расчета мак симальных расходов н е могут быть здесь приемлемы из -за особых условий притока дождевых вод к расчетному створу.

Случаи переливов и вы п лесков должны быть выя влены п ри изыск атель ски х раб отах и тщательно обследованы с целью своеврем енного и х учета п ри п роек тиров ании и о пре делен ии ме тода расчета м аксим ал ьны х расходов.

Если яв л ени е пе рели ва вызв ан о происходящи ми ест ественными переформированиями местности, н осит временный характер или мес та и объем воды при переливе трудно оп ределимы , расчетный расход во дос бо ра, из которого переливается в ода, оп ределяется без учет а части общего р асхода, сбрасываемого в соседний бассей н.

В случаях, где место перелива устойчи во и хорошо прослеж ив аетс я на ме стности, а сбрасыв аемый рас ход хорошо определим, расчетный расход может быть определен по формуле:

Qmp = Qm - Q сб · K тр ,                                                     (3.32)

где Qm - собстве нный расход водосбора заданной ВП, м3/ с; Q сб - сбрасываемый расход воды в месте перелива в смежный бассейн, м3/с ; K тр - ко э ффи циент т рансформации сбрасываемого расход а воды, применяемый для четко выраженных сбро сных русел по специ альном у расчету с учетом расп ластыв ания на протяжении т ранз итного сбросного русла. При невозм ожности такого рас чета принимают равным 1.

Расчетный расход водосбора, в которы й пер ели вается вода с соседне го бассейн а, определя ется нез ави симо от степ ен и устой ч иво сти места перелива по с ледующей формуле:

Qmp = Qm + Q сб · K тр                                                      ( 3.33 )

Расчетные расходы в од отоков, о браз уемых в результате вы плес ка вод ы из другого водотока, оп ределяют по формуле:

Qmp = Q вып · K тр + Qm в ,                                                 (3.34)

г де Qm в - расход воды, вы численный с площади водосбора, п римыкающ ей к руслу вып леска.

Для у ст ановл ения расхода выплеска в м есте его образования фиксируют ж ивое сечение, определяю т уров ень воды по следам на м естности или по степени возможного за полнения русла водой и выполняют м орфом етри ческие расчеты расхода. Необходимо учитыв ать условия, спо со бств ующие разви тию выплесков и связанное с этим увел ичение рас хода воды по руслу выпле ска. Скор ость теч ения воды может быть оценена для ор иентировочных сообщ ений по грунтам ложа выплеска.

Св оеврем енный учет ест ественн ого перераспределени я с тока между водосборами позволяе т: избежать неучтенных пе регрузок или догрузок в одоп ропускных сооружен ий , рассчи тан ных без влияния выплесков и переливов; предусм от реть дополнительные соо ружения н а водотоках, об разов анных вып лескам и и пе релив ами; принять в н ео бходи мых случаях м еры по искусствен ному регули рованию максимального стока, образуемог о в местах выпле ск ов и переливов из одного в одосбора в другой.

Дл я ум еньшения объе ма стока и рас четных расходов , фо рмирующихся в общей зон е р азлив а в некоторы х случаях м ожет быть организов ан с брос воды из этой зон ы вдоль доро ги в смежное водопропускн ое сооруж ение.

3.5. Учет вли ян ия переменного подпора может в озникнуть в случаях : 1) п ролож ен ия дорог в зон е подтопления ре ками или водохранилищами (рис. 3.10); 2) переустройств а сооруж ений от предп олагаемого подтопления; 3) техн ик о-экон омических обоснов ан ий и сравнений вариант ов различного пр олож ен ия дорог.

Ри с. 3.1 0 Схема проло ж ен ия дороги в зоне подп ора паводочных вод:

1 - трасса дороги; 2 - РУ ПВ

Для определ е ни я расчетных расходов п равомерно применен ие урав нен ий баланса стока, сост авленных (по аналогии с предл ожение м О.В. Ан дреева) на пе риоды: наполнения (3.35) и опорожнен ия (3.36) зоны аккумуляц ии от в лияния п одпора:

                                                 (3.35)

                                                 (3.36)

где Ω - переменная п лощадь зеркала зоны а ккумуляци и перед сооружен ием; Δ H н , Δt н , ΔH о , Δ t о - переме нные инт енсивн ост и соответст ве нно п одъем а и спада уровней в оды от подп ирающе го источника. П ри Qm < Ω ΔH н : Δt н воз н икает обратное течение .

Наиболь ш ее отверстие вод опропускн ого сооружения оп ределяе т о дна из дв ух в еличин расчетных расходов воды, вычисленных соотве тственно для течен ий , нап равлен ны х вниз по водотоку и вв ерх по нему от источника п одп ора. Наибольш ие расходы при прямом и обратном течения х возник ают в случаях прохода пав одка: 1) в п ериод нап олнения з оны аккумуляции; 2) по предварительн о заполненной зоне аккумуляции; 3) по п редва ри тельно заполн енн ой зон е аккумуляции в период интен сивного спада у ровне й п одпора.

Д ля вып олнения расчетов необходимо иметь: 1) график ко лебаний уровней п одп ирающей реки H = f ( t ) или проек тный г рафик уровенн ог о ре жима водохран илища, характеризующ ий ра счетную скорость изменения п одпорного уровня Δ H : Δt ; 2) п лан в гори зонталях акватории аккумуляции перед сооружением; 3) расче тный уровен ь ма ксима льн ого подтопления требуе мо й ВП ; 4) график нарастан ия п лощ ад и п ове рхности акватории аккумуляции перед со оружени ем в зав исимости от изменения глубины подтопления Ω = f ( H ).

П ри н аличии таких материалов расчет расходов в сооружении может быть выполнен графоаналитиче ски п о методам О.Б. А ндреева или НИМП- 72 . Наиболе е сло жным при выпо лнении этих расчетов является построе ние расчетного графи ка ко лебаний уровней подпирающей реки в заданном створе проектируемого сооружен ия п ри недостаточности или отсутств ии наблюдений.

При наличии не п родол жительных наблюде ний за уров нями воды на подпирающей реке последние должны быть использов аны дл я выбора расчетной модели. Расчетный график H = f ( t ) може т быть построен п утем пересчета ординат расчетн ой модели одн ом одаль ног о пав одк а по коэффи циенту моделирования

                                                      (3.37)

где H р - максимальный уро в ень воды расчетн ой ВП в ство ре наблю дений; H м - максимальная ордината графика к олебан ий уров ней воды , принятого в к ачестве расчетной модели.

При отсутствии наблюдений в районе п ролож ени я дороги в качестве расчетного графика к олебаний уровней может быть принята ег о схе матизированн ая модель, построение которой следуе т осущ еств лять по м аксим альн ому уровню требуемой ВП в заданном с тв оре реки и по ве личин ам времени подъема, стояния и спада паводк а, установленным по модели расчетн ого паво дка, гидрографу или графику H = f ( t ) на близлежа щем вод пост у. А пр и о тсутс твии водп ост а временн ые характеристи ки подъема и спада могут быть получены в результате постро е ния схематиз ированного по геом етри че ским фигурам или уравнениям гидрографа расчетного паводка.

По ско льк у дл я расчета малых сооружен ий требуется зн ать то лько в ерхню ю часть графика H = f ( t ) , оп ределяемую раз ностью РУПВ и отметкой дн а со оружен ий, то вполне прав омерно допустить лин ейн ую схематиз ацию его к ривы х спада и п одъема, а расчеты ве ст и по ос редн енным скоростя м линей ного измен ения подпорных уровней при наполнении и опорожнении.

Акк умуляци я собств енного стока водотока мо жет бы ть ц елесообразна в н еобходимы х размерах тол ько в случае несовпадения п ав одк а с п ериодом дей ств ия п еременного п одпора или п ри величине создав аемого им п руда, допуск ающ им п о условиям проектирования дополнитель ное повышение уров ня п одп орных вод. В других случаях она не допуска ется.

Наибол е е с ложным случаем расчета являе тся учет влия ния переменного п одпора при ус трой стве двухсторонн его водосл ива с заданной отм етк ой п руда аккумуляции с верхов ой стороны. П ри полном заполнении пруда к началу перелив а подпорных в од через водослив р ас четы расходов выполняют по уравн ен иям ( 3.35) и ( 3.36), но п ри величин ах Ω, Δ H н , ΔH о , Δ t , соот вет ств ующих режиму нап олне ния пруда выше гребня водос лив а.

П ри ч астичном заполн ени и п руда к началу пере лива подп орных вод чер ез водослив расчетн ые расходы оп ределяю т по соотн ошениям:

д ля п ериода н ап олнения пруда до гребня водослива

;                                                        (3.38)

для п ериода наполнения п руда вы ше г ребн я водослив а

                                             (3.39)

для периода о п орожнения пруда

                                              (3.40)

где Ω в - переменная площадь зеркала в одной по ве рх ности пруда аккумуляции при изменении глубин в оды от гребня водослива до РУПВ ; Δ H нв : Δ t нв , Δ H ов : Δt ов - переменные инт енсив ности соо тв етственно подъема и спада уровней воды от по дпираю щей реки в ыше гребня во досли ва; Δ Q в - пер е менный расход водо сли ва при заполнени и пруда до уровня гребня водослива, определяемый по графоаналити ческому методу Б.Ф . Перево зни кова в следующем п орядке: 1) по расчетному графику колебаний уровн ей по дпирающей реки намечают несколько зн ачений уровней H 1 , H 2 , H 3 ... Hn через равные интервалы времени Δt (ри с. 3.11); 2) по фо рмуле водослива для заданн ых отверстия и величин напора H 1 , H 2 , H 3 ... Hn опр е деляют соответствующие им расходы Q 1 , Q 2 , Q 3 ... Qn и для интервало в време ни Δt 1 , Δt 2 , Δt 3 ... Δtn с тро ят кри вую изменения рас ходов Q в = f ( t ); 3) определ я я в начале и конце интервалов времени Δt объемы стока: W 1 = Q 1 t 1 , W 2 = Q 2 t 2 и т.д., стро ят кривую изменения объемов сбро са воды через водосли в W = f ( t ) ; 4) определяют объем п руда для неско льк их величин уровней ΔHi в д и апазоне измен ени я уровней от начала его заполнен ия через водослив до отметки гребня по фо рмуле:

W пр i = 0,5 ( Ω i + Ω i +1 ) ΔHi ,                                              (3.41)

гд е Ω i и Ω i +1 - п лощади зеркала п руда при различны х у ровнях его наполнения с равным ин тервалом глубин межд у этими уровнями Δ Hi . По вычисленным зна ч ениям W пр1 , W пр2 , W пр3 , ..., W пр n строят кривую ем к ости пруда выш е отметки его предвари тельного заполнения.

Рис. 3. 11 Г раф оанали тический расчет наполнения пруда аккумуляции:

1 - гребень во до слива; 2 - к ри вая подъема уров ней и подпирающей реки H = f ( T ); 3 - нача ло перелива через гребень в од ослив а; 4 - к рив ая ёмкости пруда; 5 - о бъём п руда при уро вне п редп аво до чно го напол нения; 6 - о бъ ём пруда при уровне; 7 - к рив ая про должи тельно сти н аполнения пруда во до слив а W п р = f ( T ); 8 - к рив ая изме нения расхода воды при нап олнении пруда Q = f (Т); 9 - в ремя заполнения пруда до отме тки водослива

Точка пересечения горизо н тальной линии соо тветствующей полному объему заполнения пруда через водослив от уровн я начала заполнения до гребня водослива, с кривой Q = f ( t ) опред еляю т время, через которое пруд будет заполнен до гребня водослива. К аж дому уров ню заполнения пруда через интервалы Δ Hi будут соответствова ть расходы Q в , полученные с кр и вой Q = f ( t ).

4. Расчеты искусственного регулирования максимального стока хозяйственной деятельностью на водосборах

4.1. Регулирова ние максимальн ого стока существую щими дорогами . В п рактик е проектирования все чаще в стречаются случаи, когда на водосборе выш е проектируемой трассы може т н аходиться одн а или несколько дорог. Возможны дв а принципи ально различны х положения существ ующих дорог на во досборах относительно направления главного лога. Н ап равление существующей дороги совпадает с направлением г л авн ого русла водотока и пересекае т только боковые притоки и лога (рис. 4.1) или существующая дорога располагается п ерпендикулярно к гл авному руслу, пересекая его и некоторые п ритоки. Все остальные положения дорог на в одосборах являются различными вариантами сочетаний э тих двух случаев.

Р ис. 4.1 Сх е ма возм ожны х ра спол ожений дорог н а водос борах:

1 - г рани ца ба ссейна; 2 - п остроенны е дороги; 3 - т расса прое ктируемой дороги.

Наличие автомобильных и железных дор о г на водосборах, пересекаемых проектируемыми дорогам и, значительно изм еняет расчетные величины расходов. На основе рассмотрения больш ого к оли че ства схем с различными полож ениями существующ их дорог , анали за уравнения баланса расходов, на ф азе пика паводка в расчетном створе и учета ф акто ров, определяющих величину м акси маль ного дождевого стока, рекомендуется следующая формула для определения максимальных расходов в створе проектируемы х со оруж ени й:

Qm = Qp + λp ΣQci K т i ,                                                    (4.1)

где Qi - максимальный расход заданной ВП с площ ади основного бассейна, ограниченного естествен ными водоразделами, проектируемым створом и существующей дорогой; λ p - переходный коэффициент от ВП паводка, на которую рассчитан ы сооружения на существующей дороге, к требуемой ВП для проек тируемой дороги ; Qci - максимальн ы й расход в одном из с уществ ующих водопропускн ых сооружений или расход в месте перелива воды че рез насыпь в месте ее прорыв а; K т i - коэффицие н т, учитывающий изменения величин м аксимальных расходов, формирующихся в существующих сооружениях, в зависимости от времени их трансформации до створа проектируемого сооруж ения относите льно ф азы макси мума расхода с основ ного бассейн а.

Сп ос обы определения парамет ров форм улы ( 4.1) зависят от стадии прое ктиров ания, нали чия и достаточн ос ти исходны х данных и ог раничиваются необходимой точностью расчетов.

Величину коэффици ен та при нали чии проектных материалов по существующей дороге следует определять по формуле:

λp = hc : h пр ,                                                             ( 4.2)

гд е h с , h пр - величины слоев стока в мм (или интенсивности д ождя в мм/мин) расчетной ВП соответственно для сущ ест вующи х и проектиру емы х сооружений, приведенные к одной п родол жит ельно сти водоотдачи.

П ри отсутствии про ектных мате риа лов коэффициент м ожет быть определен по форму ле ( 4.2) путем установления категории суще ствующ ей дороги или размеров отдельных сооружений и определе ния соответствующи х им по СНиП у норматив ных ВП п о величин ам слое в (и ли ин те нси вн ост ей) стока, вычисленных для ВП существующих и проектируемых сооружений. Категорию дороги устанавли ваю т непосредстве нным обследованием или другими способами , которые в настоя щих рекомендациях н е рассматриваетс я. Нео бходимость учета этого коэффициента опре деляе тся не только возможными различиями категорий существующих и проектируемых дорог, но так же и сост оянием, капит ально стью и сро ками службы существующи х водопропускных сооружений и устанавливается в каждом кон кретном случае. При этом необходимо учитывать из менен ие характера зарегу ли ров ан ности в одосборов за расчетный период рабо ты проектируемого сооружения, определяемо й нормативн ыми ВП.

П ри достаточных проектн ых материалах по существующим дорогам расходы в существующих сооружениях Qci определяют известными способами с использованием графиков (таблиц) пропуск но й сп особ ности труб. П роп ускную способность мостов следует н аходить расчетами , принятыми при проектировании.

Есл и таки е материалы отсутствуют максимальную пропускную способность можно ори ентировочно опре делить по формуле:

Qci = Qi · Ka,                                                              (4.3)

где Ka - коэффици ен т, у чи тывающий умен ьшение максимального расхода за счет аккумуляции воды перед с уществующими сооружениями и определяемый по материалам изыскани й; Qi - максимальный расход притока дождевых вод с частного бассейна, ограниченного су щ ествующей дорогой от основного водос бора.

Наиболее возможные сочетания гидрографов паводков с частных в одосборов относительно гидрографа осн овного в одосбора (ри с. 4.2), характери зуются различными соотн ошениями вре мени формирования максимума расхода в отверстии существующего сооруж ения tc , и времени подъема пика павод к а с основного бас сейна tn , прин и мае мо го равным в данном расчете времен и добегани я паводка t д :

I - tc = t д , ti = tc;

II - tc < t д , ti = tc + tp;                                                    (4.4)

III - tc > t д , ti = tc - Δt = t д .

Время д обег ани я м акси мума расхода ti с л юбого частного водосбора до расчетного створа основн ого бассейна может быть определено в соответствии с п риведен ным и выше тремя расчетными случаями по уравнениям ( 4.4), в которых tp - время трансформ ац ии м аксим ального расхода в сооружении от этого сооружения до расчет ного створа.

Анализ уравнений ( 4.4) и рис . 4.2 показывае т, что п ри совпадении максимальных ординат гидрографов паводков с о сновного водосбора и в существующе м сооружени и величина рас четного расхода воды с частного бассей на на фазу максимума с основного равна максимальной пропускной способнос ти сооруж ени я, а коэффициент K т i , может быть принят равным 1,0.

Рис. 4.2 Схема соче т ания г ид рограф ов:

1 - гид рограф с осн овного бассейна; 2 - г ид рографы при тока с частн ых водосборов; 3 - ги дрографы сбр оса с частны х в одосбо ров

Если время формирования максимальн о го расхода в существующем сооружении менее времен и добегания с основн ого бассейн а, то величина расчетного расхода воды с частного бассейна должн а определяться с учетом трансф ормаци и в створе проекти руемого сооружения и п ри принятой схематизации гид рографов мо жет быть п олучена по формуле:

                                                   (4.5)

откуда значени е коэфф ициента K т i равно:

                                                       (4.6)

где K г - коэффициент, учитывающий уменьшение Qci из-за нелиней н ости гидрографо в н а пике паводка, принимаемо й в расчете равным 1 ,1 ; значение tp определяют как: tp = t д - tc .

Время с п ада паво дка в существующем сооружении при треуг ольной схематизации гидрографа в сооружен ии определя ют по формуле:

                                                           (4.7)

где Wp и Qp - соответственно объем стока и расчетный расход воды с частного бассейна.

Использова н ие формулы ( 4.6) правомерно при t сп > tp ; при t сп ≤ tp вел и чина коэ ффициента K т i , а следовательно и ΔQci становятся равн ы ми нулю.

В случа е, к огда время формирования максимального расхода в существующем сооружении боле е вр емени добегания с осн овно го бассейна, расче тный расхо д воды с частного бассейн а с учетом трансформации в створе проектируемого сооружения определяют по формуле:

                                                         (4.8)

а коэффициент K т i соот в етственно этому равен:

                                                            (4.9)

где все обозначе ни я прежние, а время добегания с люб ого частного бассейн а равно времени добегания п аводка с осн овного бассейна, т.е. ti = tg .

П остроение расчетного гидрограф а в створе проектируемого сооружен ия произв одят путем сумм ирования ординат всех гид рографов п аводков в существ ующ их сооружени ях и с основного бассейна.

Наиболее сложе н случай нахождени я на водосборе нескольких параллельных дорог, разли чных по категории и назначению. Расчет максимальных расходов с учетом такой зарегули рован ности в одосборов производят следующим образом:

1) выч ис ляют расче тные расходы требуемой ВП для створа ( I ) с амой верхней сущ ест вующ ей дороги по формуле:

Qpi I = Qpi                                                             (4.10)

2) определяют расчетные расходы для створа ( II ) нижележащей до роги:

Qpi II = Qpi I - II + λpi I Σ Qci I K т i I - II                                         (4.11)

3) определяют расчетн ы й расход для заданного ( III ) створа, проектируемого сооружен и я:

Qpi III = Qpi II - III + λpi II Σ Qci II K т i II - III                                         (4.12)

В форм улах ( 4.10), ( 4.11), ( 4.12) приняты обозн ачения:

Qpi I , I - II , II - III - максимальные расходы воды, о п ределяемые соответств енно по частям водосбора, ограниченным водоразделом и ст вором I верхней дороги, между створом I верхней дороги и нижеле ж ащим створом II , межд у ств ором II и створом проектируемой дороги; λ pi I , II - пер е ходные коэффициенты от ВП расчетных паводков соответственно на I и II существую щ их дорогах к заданной ВП; Qci I , II - максимальные расходы в сооружениях соответствен н о на первой и второй дороге; K т i I - II , II - III - коэффициенты трансформации расходов соответственно между створом I и II и ст в орами II - III существующих дорог.

4 .2 . Сброс части стока в смежн ое сооружение . При про ектировании малых водопропускных сооружений в стречаются случаи, когда из-за низкой отметки одного из во доразделов (ри с. 4.3), разделяющих смежные водосборы у земляного полотна, невозмож но у сооружения создать необходимый по допускаемым размерам аккумуляции п одпор воды. Такие случаи харак терны при косых пересечениях распластанных логов и логов на косогорах, располо женных поперек него. Устройство на водоразделах разделительных валов и дамб обвалования особенно на пахотных землях и в равнинной местности не всегда может быть возможно или э кон омически нецелесообразно.

Поэтому возникают условия, при которых часть воды, по ступающ ей с одного бассейна, можно сбросить в смежный, расположенный ниже пруда аккумуляции, что позволит более э ффективно использовать явление аккумуляции перед низовым сооружением в случае его незагрузки или хороших высоких водоразделов в замык ающ ем створе.

При высоких водоразделах (рис . 4.3, б) сброс части сто ка в соседнее сооружение в отдельных случаях может оказаться экономически целесообразнее варианта устрой ства сооружений без искусственн ого п ерераспределен ия стока между ними. Необходимость проработки таких вариантов обуслав ливает потребность в конкретной расчетной схеме перераспределения стока с определением расходов низового и верхового сооружений, сбросного расхода и оценки затрат на обеспечени е сброса, исключающее воз можн ость размывов откосов земляного полотна, образования оврагов и эрозионного понижения водосбросного русла.

Рис. 4 .3 Схема к ра сч ету иск ус стве нн ого распре деления максимальн ого стока:

1 - водора здел; 2 - п рое ктна я лини я п род ольн ого профил я дороги; 3 - вер хов ое водопроп ускно е сооружение; 4 - н изовое сооружение ; 5 - сбро сн ой лоток

Расчетные расходы в сооружении с учетом ограничения аккумуляции стока по рельефу ж ивого сечения пруда у дороги и искусственного сброса части стока в смежное сооружени е определяют раздельно для верхового и н изового сооружений по следую щим формулам:

                                         (4.13)

                                (4.14)

где Q в m , Q н m - расходы притока в од ы заданной ВП с оотв етствен но к верховому и низовому сооружениям, м3/с; W в пр , W н пр - допускаемые объемы п руда аккумуляции с оответств енн о у верхов ого и низ ового сооружений, м3; W в р , W н р - объемы с т ока соответствен но с верхового и низового бассейн ов, м3; Q сб - расход воды от сбрасываемой части объема стока с ве рхового бассейн а, определяемый по формуле ( 4.15), м3/с; W сб - объем сбрасываемой части стока с верхового бассейна, Q сбт - сбросной расход с верхового бассей н а у низового сооружения с у четом его тра нсфор мации по длине сбро сного русла, м3/с; Ky - коэ ф фициент уменьшения расхода с низового бассейн а на время форм ирования максимум а сбросного расхода с у четом его трансф орм ации у ни зового сооружения; K г - коэф фици ент формы гидрограф а.

При сбросе воды в доль дорог возможны два случая сопряж ения п оверхности потока с уровнем за водоразделом - с двумя перепадами кривой свободной п оверхности или с одним. В первом сл учае сброс воды через водораздел может быть рассм отрен как н езато пленны й водослив с широким порогом, а во втором как затопленны й. Расход с броса в случае незатопленного водослива оп ределя ют по формуле:

Q сб = K в B H сб 3/2 ,                                                         (4.15)

где B - ширина сбросного потока на водоразделе п ри РУП В (рис. 4.4), м ; H сб - статичес к ий нап ор в м над отметкой водораздела ( Z в ), соответствую щ ий РУПВ перед верховым сооружением ; H сб = РУПВ - Z в ; K в - к оэффициен т, характеризующ ий величину расхода водослива дл я следующ их его сечений:

треугольное ................................................................................................ 0, 80

прямоугольное ........................................................................................... 1, 41

трапецеидальное с отно ш ением нижнего основан ия к верхнему:

0,3 ................................................................................................................ 0,92

0,5 ................................................................................................................ 1 ,06

0,7 ................................................................................................................ 1, 20

Р ис . 4.4 П опе ре чны е сечения сбросного лотка:

1 - РУПВ; 2 - о сь прое кти руемой дороги; 3 - миним ал ьн о допустимое превышение дороги над РУПВ

Наиболь шая скорость потока v к при сбросе возникает на в о до разделе в сечен ии, где устанавливается критическая глубина

                                                         (4.16)

где K с - коэ ф фи циен т, характеризующий изменение скорости потока в следующи х сечениях водослива:

треуг о льное ................................................................................................ 1, 76

прямоуг о льное ........................................................................................... 2, 25

тр а пецеидальное с отношением нижней грани к в ерхней:

0,3 ................................................................................................................ 1 ,95

0,5 ................................................................................................................ 2,02

0,7 ................................................................................................................ 2, 1 4

Критическая ско рость потока не должна превыш ать скорости ( v доп ) допустимой по раз мыв ающей способности грунтов, слагающих водораздел или типа его укрепления. Допустимый статически й напор в м при переливе через водораздел следует определять по формуле:

H сб = ( v доп : Kc )2                                                     (4.17)

На остальном протяжении сброса укре п ление следует назначать в соответствии с фактическими уклонами и скоростями течения, вычисляемыми по формуле Ш ези.

При малых уклонах русла и на горизонтальном участке сброса сечение с критической глуби ной может быть затоплено. В этом случае движени е сбросного потока можн о приближенно считать равн омерным, а величину H сб следует определять по формуле затопленного водослива.

Сбросно й расход у н изо вого сооружения с учетом его трансформации по д лине сбросного русла оп ределяют по формуле:

                                           (4.18)

здесь                                                               tc = l : v ср                                                             (4. 1 9)

                                           (4.20)

где tc - время сдвига гидрографа сброса; l - длина резерва или русла, по которому пр о исходит сброс воды в нижнее сооружен ие; v ср - средняя скорость сброса части стока, в ы числяемая приближен но при Q = 0,5 Q сбр ; Q г - расход воды в сооружении, пр и котором соответствующий ему РУПВ достига ет гребня водораздела (водослива) и начинается сброс стока в нижнее сооружение, м3/с; Q с - расход про п уска воды через верховое сооружение на фазу максимума сброса в нижн ее:

                                            (4.21)

Если сумма времени формирования расхода Qm - tm и времени сдвига ги д рографа сброса tc за счет его трансформации при движении к низовому сооружению больше времени формировани я подъема максимума паводка с низового бассейна (рис. 4.5), т.е. tm + tc > t н n , то коэффициент Ky следует определять по формул е:

                                               (4.22)

здесь                                                                                                                  (4.23)

где t н Ф - длительность расчет н ого паводка с н изового бассейна; t н сп - время спада пика паводка с низового бассейн а; t в сп - время спада пика паво д ка с верхового бассейна. Если tm + tc = t н n , то коэффици ент Ky = 1.

Ри с . 4.5 Схема к п остроен ию резуль тирующ ег о гидрографа :

1 - г ид ро граф наибольш ег о водосбора; 2 - гид рограф с ре дн их вод ос боров; 3 - гид рограф наименьше го в одосбора

В случае, когда tm + tc < t н n коэ ф фициент Ky приним а ют равным:

                                                      (4.24)

4.3. Сб р ос части стока в водохр ан илища. В отдельны х сл уч аях требуется рассчитать необходимое н а п ериод строите льства уменьшение расход а в сооружен ии за счет частичн ого сброса в бессточны е емкости или временные водо хранилищ а (карьеры, обв алован ны е пространства и т.п.), расположе нные в русле водотока с верховой стороны от дороги (рис. 4.6) . К п одобны м случая м можно отн ести сбор питьевой воды со склонов водосборов в подземные и поверхн остные водозаборн ые емкости, расположен ные в пониженных участках логов и такы ров. В п рактике эксплуатации дорог имеются случаи устройства регулирующих емкостей для преднамеренного умен ьше ния п ритока воды к водопропускным сооружениям в местах их напряж енной работы или при переливе п аводковых вод через дорогу. Расходы водоп ропускных сооружен ий при п редп аводочн ом опорожнении регулирующих емкостей следует оп редели ть по формуле:

                                        (4.25)

где Σ We - объем емкостей, регулирующих водохранилищ у водопропускных сооружений.

Р ис. 4. 6 Сброс стока в ре гули рующие емкости:

1 - ре гули рую щая емк ость ; 2 - РУПВ

4.4. Р егулирование ст ока м алыми п рудами с зад анной о тме ткой водослива . П отребность в гидрологических расчетах прудов с заданной отметкой водослива возникает при исп ользовании дороги как плотины для создания постоян ны х и временн ых водохранилищ перед дорогой, предназначаемых для целей водного хозяйства, а также п ри оценке достаточности существующих плотин и п рудов при реконструкции дорог или подпоре водами других водохранилищ или рек.

Сооружение таких прудов распространено в Молдави и , на Украине, в Тамбовской области и друг их районах СССР. Водопропускное соо ружение устраивают либо в русле водотока, либо выносят на один из склонов лога (рис. 4.7). Сбросной расход с учетом пред паводочн ог о опорожнения прудов с заданной отметкой водослива следует определять на малых водотоках по формуле:

                                       (4.26)

здесь                                                        W о пр = W пр - W ак ,                                                   (4.27)

                                             (4.28)

где Qnt - расход волны прорыва вышел еж ащих нек апитал ьны х плотин с учетом тран сформац ии на участке добеган ия до проектируемого сооружения (см. п. 4.5) ; Wo п р - начальный об ъем зап олн ени я общего пруда W пр , ограниченный уровнем водосли в а; W а к - часть общего объема пруда выше заданного уровня водослива или опорожнения; H пр , H в - максим а льные глубины у сооружения при РУПВ соответственно при общем пруде и пруде с задан ным уровнем водослива (рис. 4.8) , м; B п р - ширина разлива общего пруда в створе сооружения п ри РУПВ, м.

Рис. 4.7 Гидрограф сброса ч ере з во дослив с заданно й выс отой.

Р ис. 4.8 Пруд при з а да нной отметке водослив а:

1 - заданны й уровен ь водослива ; 2 - расчетный ств ор; 3 - уров ен ь фактического за топл ен ия пруда; 4 - объем пруда выш е зада нн ого уровн я водослива; 5 - н ачальный объем пруда

Расход сбросного сооружения со значительным объемом пруда можно опр е делять по формуле:

                                           (4.29)

В случае ежегодного опорожнения общего объема пруда или его частичной сработ ки перед максимальным годовым паводком величину W ак о п ределяют по уравнению:

W ак = W пр - W о ,                                                        ( 4.30)

где W о - часть объема пруда ниже заданного уровня опорожнения или частичной сработки к началу расчетного паводка.

Н аименьшую отметку насыпи подходов у сооружения определяют от РУПВ создаваемого общим прудом аккумуляции с учетом нормати вны х зап асов, регламентируемых соответствующими Строительными нормами и правилами.

При налич и и на русле водотока в непосредственной близости от расчетного створа нескольких прудов в виде каскада сбросной расход проекти руемо го сооружения вычисляют по формуле УкрНИГМИ

                             (4.31)

гд е W 1 пр , W 2 пр , ... , Wn пр - р егулирующ ие объемы всех прудов.

Бо лее то чное определение Qc может быть выполнено пр и по строе ни и результи рующ его гидрограф а в расчетном створе путем пос ледовательного построения гидрографов в створе отде льных п лотин с учетом времени добегани я. Н аибольш ую сложность п ри п остроении рез ультирующ его гидрографа п редставляют водотоки с расположение м каскада прудов не только в русле, но и на притока х.

При н аличии каскада п рудов с плотинами некапитального типа необходимо рассчитать максимальный расход, образующийся при прорыве одной из пл отин и оцени ть наиболее неблагоприятные услов ия работы п роектируемого сооружения.

4.5. Учет сброса вод п р и прорыв е некапитальных плотин. Соору ж ения, расположенные выше или ниже некапитальных плотин, дополнительно рассчи тыв ают на пропуск расхода при внезапном п рорыв е плотины. К некапитальным принято относить плотины 4 и более низки х классов, построенные по современным нормам, а также стары е п лотины.

Расчетный расход от прорыва плотины д ля створа перехода, ра сположенно го ниже плотины на расстоянии L , определяют с учетом данных Л .Л. Лиштв ан а по формуле:

                                      (4.32)

где W о - объем во д охранилищ а п ри наивысшем уровне ве рхнего бьефа, м3; B - шир и на водохранилища в ств оре плотин ы при его предельном наполнении, м; Нн - максимальны й на пор до прорыва пл о тины, м ; τ - коэф фиц иент, характеризующий условия прохождения волны прорыва в н ижнем бьефе (табл. 4.1) ; Q м - ожид аемы й расход притока на момент прорыв а пл отины ; K пр - коэф ф ициент, учитывающий отношение шири ны п рорыва к ши рине пл отины , а также боковое сжатие и п ринимается д ля новых зем ляных плотин 5 класса, находящ ихся в удовл етворительны х условиях эксплуатации, равным 0,50; для всех д ру ги х некапит аль ны х плотин - 0,75.

Таб лиц а 4.1

Типы рек

Средние уклоны на участке распластывания

τ

П ери одические

0, 0005 - 0, 005

1 ,25 - 1,0 0

Водотоки

0, 005 - 0, 05

1, 0 - 0,80

Малые и средние водотоки с постоянным стоком

0, 0 0005 - 0,0 001

1 ,50 - 1 ,25

0,000 1 - 0,0005

1 ,25 - 0 ,80

0,0005 - 0,005

0,80 - 0,70

0 ,005 -0 ,05

0,7 - 0,55

0,05 - 0,0 1

0,50

При определении расстояния L от плотины до перехода не учитывается длина участка гашения энергии перепа д а при прорыве п лотины , равная 1 0 Нн.

Расстояние, на которо м волна прорыва окажется рав ной волне расчетного паводка и ее влияние не отразится на устойчивости мостового перехода, может быть определено по следующей формуле:

                    (4.33)

где Qm - расчетный расход воды, определяемый для не зарегули р ованной реки; Q м - расход межени или боковых притоков на предполагаемый период прорыва плотины.

Объем водохранили щ а Wo определяют по плану в горизо н талях или получают в организации, эксплуатирующей плотину. Для ориентировочных расчетов принимают:

Q = 0,25 B в H н l в ,                                                   (4.34)

где l в - дл и на водохранили ща, м.

Расход в створе п лотин ы при ее прорыве определяют приближенно по форм уле :

Q = 0,25 B п H н 3/2 K пр                                                (4.35)

Расход воды от проры в а пло тины для перехода, расположен но го в верх нем бьефе водохранилища принято определять по формуле:

                                              (4.36)

где Wi - объем в одохранилищ а выше перехода; W 2 - тоже ниже перехода при н аинизшей отметке дна в створах плотины и перехода; b - ширина водохранилища в створе плоти н ы п ри напоре h .

4. 6. Регули рование максимального сток а террасированным земл ед елием . На террасированных полях и при устройстве обвалований не обходимо наряду с потерями стока учитывать в озможное переполнени е и разрушения аккум улирующих емкостей. Для учета влияния такого регулирующего воздействия малых водохранилищ на малых во досборах, поверхности которы х заняты сплошь этим и акку мули рующими емкостями (рисовыми полями, террас ированными полями и т.п.), п римыкающ ими непосредствен но друг к другу следует использо в ать формулу:

                                                 (4.37)

где Wp - п олный объем стока от расчетного дождя; Σ Va - суммарный объем стока, аккумулированный в водохра ни лищах, не подверженных опасности разрушений; Σ Vo - суммарн ы й объем стока от опорожнения разрушенных водохранилищ с учетом объема воды, оставшегося в них после прорыва; K г - коэф ф ициен т уче та фирмы гидрографа при дополнительном сливе воды из разрушенных водохранили щ, равный: 1 ,4 - 1 ,2 в муссонны х районах; 1,01 - 1 ,1 в районах средних по водности; 1 - 0,9 в засушливых районах.

Ф ормула ( 4.37) отражает условия, когда некоторы е ма лы е водохранили ща не подвергаются разрушению и к моменту разрушения других продолжают аккумулировать поверхностный сток, а аккумулирующие емкости опорожняемы х водохранилищ полностью или частично заполнены к началу выпадения расчетного дождя.

Малые водохранилища, расположенные в различных частях водосборного бассейна отдельно одно от другого, оказывает различное влияние на регулирование максимального стока. Для учета этого влияния рекомендуется следующая формула:

                                      (4.38)

здесь                                                       vai = 1000 hai Fai                                                       (4.39)

voi = 1000 ( hoi - hoci ) Foi ,                                                  ( 4.40)

где tg - время добе г ани я расчетного паводка по руслу д о сооружения; tgi - врем я трансф ормации сбрасыв аемого объема воды при опорожнении, равное времени добегания от центра тяжести раз рушенного водохранилища до створа п роектируемого сооружения; vai , voi - объемы аккумуляци и и оп орожн ения; Fai , Foi - площади, занятые м алыми вод охранилищ ами, км2; hai - слои воды, задержив ающи йся в аккумулирующих водохранилища х, мм; hoi - слой оставшейся в оды в вод охранилищ ах после их оп орожнения, мм.

Прорыв о г раждающих устройств возможен от переполнения водохранилищ и п ерелива воды через верх временных дамб обвалований и земляны х запруд, от повреждений н аездами на них автомобилей (сельскохозяй ственны х или других машин) , от потери устой чивости при переувлажнении, фильтра ции и ли искусственного пропуска воды из одного водохран илища в другое (в период их максимального нап олнения), а такж е от других причин .

В ероятность прорыва обвалований определяется устойчивостью соседних водохранилищ и их оградительных сооружений, а также вероятностью п оявления дождя, способного вызвать переп олнение и п оследующее разрушение одного или нескол ьки х водохранилищ.

Оценку расч е тн ой повторя емости п рорыва временных водохран илищ следует производить по данным полевых обследований, п роизводимых при инже не рно-гидрометеорологических изыскан иях. П ри наличии данных многолетних наблюден ий сочетание случаев п рорыва водохрани лищ с расчетн ым дождем н ужно устанавливать статическим расчетам. При отсутствии таких н аблюдений расчетную вероятность возможного разрушения ограждающих устройств от расчетн ого дождя (или других причин) необходимо устанавливать по данн ым оп роса местных жителей. Для оценки расчетной вероятн ости прорыва временных водохранилищ следует учитывать срок службы прое ктируемых сооружений, их кап итальность, а также возможность прохода расчетного паводка в любой год с начала строительства.

Учет этого вида искусственного регул и рования максимальн ого стока нужно производить введением коэфф ициента δ n в формулу ( 2.1) .

5. Состав и методы инженерно-гидрометеорологических изысканий максимального стока

5. 1. Общий состав и методы изысканий . Изыс кания для опре де ления м ак симальных расходов выполняют в составе инжен ерных гид рометеорологиче ских изысканий автомобильных дорог, регламентиров анных «Методическими указаниями по инженерно-гидрометеорологическим изысканиям автомобильных дорог» ( 3), в которы х определен а общая ме тодика, состав, порядок и объемы работ. Объем и характер изы сканий зависят от сложности и степени изученн ости природны х у словий района, а такж е от стадий проек тно -изыск ат ельски х работ.

Изыскания на стадии технико-экономического обоснования ( Т ЭО) проводят для получения минимально не обходимых данных в объеме, достаточном для оценки вариантов и выбора основного нап рав лен ия трассы дороги. Изуче ние гидрометеорологических условий формирования максимальных расходов осуществл яют п утем ознакомления с имеющи мися литературными, фондовыми и мате риалам и изысканий прошлы х лет, осмотром в натуре отде льных сложных участков и расчетами по формулам ( 2.1) и ( 2.9). Полевые обследования для оценки максимальных расходов по натурным данным не выполняют. Исключени е составляют отдельные объекты, находящ иеся в районах с наиболее слож ны ми при родными условиями. В этих случаях полевые обследования выполняют по сокращенной программе и лишь на эталонн ых участках.

Изыскания для технического п роекта заключаются в де таль ном изучении гидрометеорологи ческих условий района п ролож ения дороги по выбранному направлению и к онкурирующим вариантам, до статочн ом для выполнения расче тов максимальных расходов. Основ ной м етод и зысканий - морф ометри ческ ое обследование всех пересекаемых водотоков с оп ределение м натурных расходов по меткам и следам паводков прош лы х лет. Гидрометрические изыскания выполняют на наиболее сложны х и больших мостовых переходах. При необходим ости на стадии технического проекта сле дует разрабатывать линейно-региональные нормы максимального стока.

Изыскания для составления рабочих черте ж ей д олжны предназначаться д ля уточнения и детализаци и и сходных данных, полученных п ри изысканиях для технического п роекта и корректиро вки резуль татов расче тов максимальных расходов. Допо лнительные исхо дные данные собирают в случае, если и м еется длительный перерыв во времени между изысканиями для технического проекта и рабочими чертеж ами; если за этот период наблю дались вы сокие паводки, бли зкие к расчетны м или выше их, а также при недостаточной обоснов анности расчетны х гидрометеорологических характеристик , установленных на стадии предыдущих изысканий.

Д л я одностадий ного техно-рабочего проек та изыскания выполняют в одну стадию с получением исходных материалов, достаточных для состав ления проекта, разрабатыв аемого со степенью подробности рабочих черте жей .

Если крат к осрочные инже нерн ые гидрометеорологи ческие изы скания не раскрыли (или не могут раскрыть) реж има или динамики физических процессов, региональных особенносте й район а, предусматривается постановка ста ционарных наблюдений по специальны м программам.

Изыскания для технического проекта, рабочих чертежей и техно-рабочего проекта проводят в три периода: подготовительный, полевой и каме ральный. В подготовительный период собирают, обобщают, предварит ельно изучают исходные данные и составляю т программу и смету проектн о-и зыск ательски х работ. Иногда с этой целью дополнительно выполняю т рекогносцировочное обследование. В полевой период выполняют предусмотренные программой полевое обследование и часть камеральных работ, необходимых для своевременного контроля полноты и качества полевых работ. В камеральный период обрабатыв аю т материалы изысканий, выполняют расчеты и обоснования, а также составляю т отчетные материалы.

В состав инженерных изысканий для расчетов максимальных расходов входят с ледующие работы: 1/определение гидрографических характеристик водосборов; 2/ линейные обследования малых и средних водотоков; 3/ экспресс метеорологические наблюдения за дождевыми осадками в районе из ысканий; 4/ обследования больших водотоков; 5/ обследования существующ их сооружений; 6/обследования для выявления региональных особенностей максимального стока.

5.2. Опреде л ение гидр огр аф ических хар актери стик про и зв од ят по имеющим ся топографическим материалам, а при их не достаточности или полном отсутствии - по данн ым полевых обследо ваний местност и. В результате этого собирают след ующи е сведения: 1/ название и местоположе ние водосбора по трассе дороги, площадь бассейна, дли ну водоток а; 2/ отм етк и истока и у расчетного створа, общий характе р рельефа бассейна (равн инный , холмис тый , горный), уклон лога; 3/ ти пы почв о-грун тов, видовой состав растительности и их распростране ние по направ лению до роги и п лощади каж дого в одосбора; 4/ наличие и мест ополож ение оз ер, болот, марей , бессточных впадин, пахотных земель, карстовых, мерзлотны х и других я вл ений; 5/ нали чи е и местоп оложени е прудов, водохранилищ, каналов, арыков, плотин, запруд, барр аж ей, ме ль ниц, мостов и други х и скусств енных сооруж ений.

П о сле установлени я границ водосборов, пересекае мых трас сой дороги, составляют общий план бассейнов, н а ко тором показывают проектируемую дорогу, намечаемы е вари анты, грани цы бассейнов, русл а водотоков, лога и таль веги со всеми прито ками, существующие дороги и другие искусственные сооруж ения, озера, болота, м ари, границы лесов, пашен и други х угодий, а также населенные пункты. На каждо м бассейне указывают порядковый номер во досбора по ходу пикетажа или километража, площ адь бассейна в квадратных километрах и назван ие водотоков.

На во дос борах с неясн о в ыраженными водоразделами реком ендуется определять /уточнять/ границы бассейнов путем аэровизуальн ых или наземны х рекогносцирово чных обследований , ли бо ин струменталь ными и змерени ями с разбивкой в натуре сети тахе омет рических ходов и обязательной фик сацией контрольных точек: истоков; смежн ых водоразделов; мест переливов в оды из одного бассейна в другой, им еющи х в некоторы х самостоят ельные русла и т.п.

Сп о соб полевых обследований неясно выраженных водораз делов следует определя ть в каждом кон кретн ом случае и сходя из стад ии, сроков выполнения и объемов изыскательских ра бот, наличия топографи ческих материалов, характ ера местности, степе ни зал есенн ости , до ст упн ости водосбора и других усло вий.

При необходимости опре д еления границ бас сейн ов путем непосредственного их обследования в незалесенной и открытой местностях, с хо рошо выраженными водоразделам и, целесообразны м следуе т считать про кладку теодо литных ходов по боковым и верхо вым водоразделам с замером расстояни й и румбов (рис. 5.1) .

Рис. 5. 1 С хем а те одолитных ходов при хорошо выраженных в одоразделах

В слу чаях хо рош о вы раже нного верхового в одораздела произв оди тся теодоли тный ход по этому водоразделу, а также ан ал оги чные хода по дну логов от трассы дороги до этого водораздела. Устан овление бок овых грани ц водоразделов п роизводится по водораздельным точкам п родольного профил я дороги и общим очертаниям верхов ого водор аздела, и соседних логов. В наиболее сложных случаях целесообразно уточнен ие границ бассейнов путем обхода бассейн ов по румбу вдоль боковы х во доразделов или про кладки теодолитных ходов.

В предгорных и друг и х районах, где наблюда ются во в ремя паводков случаи образовани я отдель ных водотоков из других путем перелив а в оды через водораз делы необхо димо выполнять теодолитные ходы вдоль этих русел до мест и х образования с целью выявления длины в одотока, ре жима поверхностного стока и тенденций его изм енения во времени.

При о п ределении границ бассейнов в з алесенной местности с неясно выраж енными водоразделами, мож ет быть рекомендован способ разбивки магистральных тахеометрических ходов вдоль трассы дороги, располагаемых на различных расстояниях друг от друга в зависим ости от местных условий и необ ходимости выявления конкретных водораздельных пространс тв (рис. 5.2) . Для прокладки этих ходов следует производить минимальную рубку визирок с п рои звольн ыми расстояни ями (диктуемыми условиями рельефа и зал ес енн ости) ме жду горизонтальным и углами по ворота и обязательным их замером, а такж е должны быть измерены с начала хода расстояния и вертикальные углы на резких перегонах рельефа и стоянках инструмента с целью возможного построения продольного профиля по выполненному ходу, для выявления отдельных частных водоразделов могу т быть произведены ви сячие ходы от магистраль ного хода.

Рис. 5.2 Схема определения гра н иц бассейн ов в залесенной местн ости

Водораздель н ые точки меж ду смеж ны ми бассе йнам и определяют по п остроенным продольным профилям маги стральных и висячих ходов (рис. 5.3) . Этот м етод наиболее эфф ек тив ен для выяв ления границ малых водосборов, входящи х в систему больших бассейн ов, но в ряде районов мож ет прим еняться и дл я определения гра ниц больш их и средних бассей нов со с лабовыр аж ен ными бо ковыми в од оразделами.

Ри с. 5.3 Схема водоразде л ьных точек при устан овл ен ии боков ых гран иц бассейнов

При необхо дим ости установ ления границ верхового во дораздела в вершинах этого в одораздела уст анавлив аются в откры той местности вехи, а в закрыто й зажигаются костры ил и сигнальные ракеты и путем засечек теодолитом с трассы производится съемка контрольных точек главного водораздела, по которым и производится линия водоразд ела. Этот спо соб может применяться для предварительн ых соображени й.

Окончательное уточнение границ ме ж ду водосборами должно быть произведено по замыкающему ств ору, сов падающему с трассой проекти руемой дороги. Указанное уточнение целесообразно п рои зводи ть по продольному профилю дороги.

В равни нной или предгорной местности для уста новления границ водораздельных пространств больших речных си стем оказывае тся необходим ым построение сокращ енн ого продольного профиля по всем у направлению дороги.

При наличии на вод о сборах авто мобильных или ж елезных дорог определение границ басс ейнов следуе т прои зводить с учетом их положения на местност и. Ось дороги нужно принимать за искусств енный водоразд ел. Методы определения максимальны х расходов с учетом иску сственного регулирования по верхностного стока автомобильными (железн ыми) дорогами рассматриваются под робно в «М етодических указаниях» ( 3).

При выявле н ии неясно вы раж енных гра ниц водоразделов, а такж е мест п ереливов паво дковых вод в смежные (или новые) водосборы целе сообра зно про изводить опрос старож ило в.

После производства поле вы х работ по выявлению неясно выраж енных водораз делов н еобходимо нанести на планы бассейнов уточненные границы водора зделов, места переливов вод ы и з бассейна в бассейн, места образов ания самостояте льных русел, а также места с т рудноопр еде лимым установлени ем величин рас п редел ения расхода на не сколько рукавов и прот ок.

При гидрографическом изучении водото к ов устан авл ива ют г раницы районов или участков дороги с од нородны ми морфологическими признаками по типам п очво- грунт ов, растител ьности и рельефа. Д ля установления район ов с одинаковы м рельефом и формой бассейнов производят графическое построение зависимости дл ин, ширин и уклонов водотоков от соотве тствующих им п лощадей бассей нов. При недостаточности исходных данных указ анн ые соо тноше ния ог раничива ют построени ем зависимости длин водотоков от площадей бассей нов, косвенно учитывающей свойстве нное дан ному району соотношение морфом етри чески х элементов водосборов.

В результате работ по определению гидрографических характ е ристик представляют следующие материалы: 1/сводный план бассейнов и планы отдельны х бассейнов; 2/ ведомость рас четных данных по трассе дороги, вариантам и обслед уемы м существующим дорогам с указанием гидрографических характеристик; 3/ гид рог рафи чес кие зависимости водосборов по однородным районам; 4/ материалы полевых рекогносцировочных обследований (планы, маршруты, водораздельные точки и границы бассе йнов); 5/ региональные факторы регулирован ия максимального стока.

5.3. Линейные обследования малых и средних водотоков следует производить по всем вариантам дороги и п е ресекаемы м вод оток ам . Из-за невозможности постановки гид рометрически х наблюдени й на малых и сред ни х водотоках нужно производить лишь м орфом етрическ ое или гид роморфометри ческ ое обследование без наблю дений за проходом паводка. В состав работ по этим обследованиям входят: выбор и разбивка на местности расчетного морфост вора и оп ределение морфологических характеристик; установление отметок УВВ по сле дам прошедших паводков; определение продольных уклона и профил я реки; установление деформ аций русла и берегов; опре деление гидрометрических характеристик водотоков в пери од обследования; визуальная характеристика водотока.

Пересечение бо л ьшинства малых в одотоков, как правило, подчиняют нап равлению дороги, поэтом у н еобх одимо учиты вать наличи е косины потока путем разбивки на местности дополн ительн ых м орфоств оров , начало которых в некоторых случ аях для удобств а работ мож ет иметь общую точк у с трассой дороги.

Когда п ересечение осуществлено норм ально к водному потоку, в каче стве расчетного должен быть принят створ по трассе до роги . Н а каждо м из пересекаем ых водотоков устраиваю т не более одн ого морфо ст вора. К расчетному створу долж ны быть предъявлены требования: нали чие прямо лин ей ног о участка водотока с параллельн ым нап рав лен ием течения и отсутствием значительной к осост руйк ости ; отсутствие ежегодно д ефо рми рующи хся берегов русла и резкого изменения продольного профиля дна; наименьшая ширина створа при УВВ; отсутствие подпора от какого-ли бо источника; отсутствие в олновы х явлен ий; отсутствие конусов вынос а, островов и староречий.

Отметки У В В паво дков п рош лых лет устанавливают на к аждом из пересекаемых водотоков по: 1) следам и меткам прошедших паводков; 2) оп росам очевидцев и старожилов; 3) ботаническим и различным визуальн ым признакам. К меткам и следам нужно относить остатки карчеход а, сухой травы, сучьев, тростн ика и т.д. на берегах, деревьях, кустах, откосах дамб и дорог; от лож ени е наносов реки на бе регах, коре деревьев, плотинах; загар на с калах, све жие под мывы крутых берегов, следы на опорах мостов, зд аний и других с ооружений.

Не все метки и следы на мест н ости могут характериз овать истинную картину прошедших паводков и их величин у. Репрезент ати вн ост ь меток для к аждог о водосбора следует проверять тща тельны м образом, учитывая воз можны е размыв ы и обвалы берегов, п однятия местн ости, особенн ости жи зни мик рооргани змов (н е на вы соки х, а на сред немноголетни х уровня х в оды), возведени е и п рорывы п лотин , н абег волны от динами ческого возде йствия потока, динам ик о-кли мати ческий эфф ек т воз никновения г ребенчато -образн ых в олн и т.п.

Отм етки УВВ по следам и м еткам устанавливают по обоим берега м водотока, н о не менее трех точек по к аждому берегу. УВВ желательно находи ть на разном расстоянии от створа перехода в пред ела х с ъе мки продольного профи ля реки. В некоторых районах в озможны случаи нахожде ния след ов неск ольких паводков, разн ых по величине и времен и п рохода. Поэтому на каждом водотоке следует различать следы, принадлежащ ие к разн ым паводкам и обязательн о их фиксирова ть, различая по год ам и давн ос ти .

При о просе очевидце в и старожилов принято получать сведения у нескольких ли ц и в р азных местах наблюде ний. Особую це нно сть представляют те места, где старожилы отчетливо помнят высокую воду по каким-либо характерным признакам (или событиям) и которые не претерпели изменени й за прош едше е время . У с тарожи лов выясняют также, в чем видят они причину появлени я с амого высокого паводка. Эти св едения п ом огаю т в неко торы х случаях установить реги он альны е ф акторы , дей ствующ ие в данно м районе на формирование высоких п аводков. Установленные УВВ закрепляют на местности, нивелируют и привязывают в плане к положению места перехода.

Сведен ия о выдающихся паводках могут быть получен ы в ме стных организациях: в дорожных участк ах и управлен ия х, с ов хозах, колхозах, поселковых, сельских и районны х советах. Несомненный интерес представляют обобщения собранны х данн ых о выдающихся паводках и наводнениях в проектных организациях, а также в ря де литературных источни ков.

Одноврем е нно с определением УВВ на каждом во дотоке должны быть зафиксированы уровни воды на дату полев ого обследования. Уклон водной поверхности рекомендуется оп ределя ть по урезу воды на момент производств а работ. При отсутствии воды в рус ле продольный уклон необходимо определять по дну водотока, а также по следам уровней высоки х вод. Для полной характеристики водной поверхности выполняют нивелировку продольного профиля реки. Протяженность участка нивелирования зависит от характе ра водотока и тип а русловых процес сов на нем и должна составлять для малых водотоков не менее 0,7 - 1 ,0 км. Одновременно с определением продольного уклона нужно производить н ивелировку кромок левого и правого берегов.

На каждом в о дотоке устанавли вают тип и характер руслового пр оцесса, а также е жегодные деформации берегов. Оценку деформаций производят с целью выявления изменений, прошедших с момента прохода па водка, зафиксированн ого по следам на местности. Для установления размеров и нали чия русловых и прибрежных деформаций нуж но использовать п рош лые съемки , лоцман ские карты и т.п., а такж е оп росить старож илов.

П ри о бследовании водотоков нужн о производи ть визуальную характ ери стику грунтов русла, установить характе р зал есенн ости , состояни е ложа и степень его и звил истости , наличи е ко рчеход а, нал ед ей, снего заносов , зато ров, искусственной акк ум уляции воды перед сооруж ением и т.п. Визуально оц енивают коэффициент шерохов атости русла и возм ожны е скорости течения.

5.4. Обследование больших водотоков при и зы скан иях дорог зн ачите ль ного протяжен ия , не зави сим о от степени их изученности, осущ ествляют преимущ еств енн о м орф ом етри ческ и или гид роморфом етр ически бе з натурных наблюдени й за проходом паводк а.

Гидро м етрические наблю дения производят вы борочно только на особо сложных или отдельно и зы скиваемых больших переходах. Таки е обс ледовани я по времен и прохода п аводк а могут не совпадать со сроками из ыска тельских рабо т на объекте, а поэтому их целе сообразн о вы полнять до начала основных изы сканий. Количеств о створов и пунктов н аблюдений , а также их местоположение опре деляе тся в зави симости от степ ени гидрологической изу чен ности рай она, слож но сти гид роме теорологическ ой обстановки и сроков прове де ния изыскательских работ.

Ц ел есообразно размещать пункты гидрометри ческих наблюдений в мес тах предполагаемых переходов и на репрезен тативных участках рек. Ж елате льно их располагать с учетом возможного прои зв одства работ одновремен но н а дв ух близлежащих реках. На больши х водотоках в особо не изуч енных и ответственных рай онах организуют не м енее двух п унктов наблюдений .

Г ид роморфом етри ческие обследова ния предусматривают гидрометриче ские измерения при уровнях вод ы (ни же паводочны х), ф иксируемы х в пе риод обследования водотока. При гид роморфо метри чески х обследов аниях дополнитель но к составу работ, п роизв одимы х при морфом етрически х обследованиях, вып олняют наблю дения за уровнем воды и укло нами водн ой пове рхности; вы борочны е измерения скоростей течения и расходов; установку реек для ф иксиров ания максима льных уровней воды .

Состав и способы п роиз водства поле вых работ, вы полняемых при морфомет рическ ом и гид ром етриче ском обследован ия х больш их водо ток ов , регламентирова ны ведомстве нными д окументами ( 3, 5).

В результате камеральных работ при мо рфом етри чески х обследованиях представляют: ж ивые сечения по расчетным м орфо створам ; отметки характерны х уровней воды и УВВ прошлых паводков; продольный профиль реки и расчетный уклон водной поверхности. В этот же период выполняют м орфом етри чески е расчеты расходов с построением основных м орфом етрически х зависимостей.

При наличии на реке пунктов гидрометрических набл ю дений составляют кривую связи и после пере носа уровне й на створ перехода производят построение графика колебан ий уровня за характерные годы, а также статистические расче ты с определением уровней различной ВП паводка.

При гидрометрических обследованиях , в дополнение к к аме раль ным работам, предусмотренным при обработке морфо метри чески х обследований, производят: обработку результатов полев ых измерений; построение завис имостей измеренных расходов, скоростей течения, у клонов и коэффициентов шероховатос ти от уровней воды; построение эпюры средних, поверхностных, донны х скоростей течения и элементарных расходов по вертуш ечны м наблюдениям; анализ течения реки по траекториям движения поплавков.

5.5. Обследование построенных водопропускн ых сооружений производят с целью получения дополнительных сведений о максимальных расходах и пропускной способности сооружений. Эти данные используют для наиболее надежного о боснования расчетных характеристик максимального стока. Обследования производят как на дорогах, расположенных в районе изыс каний, так и на близлежащих, выполн яя следующее: схему сооружения, годы пост ройк и сооружения и восстановлений при разрушениях; продольные и поперечные профили подходов и регуляционных сооруж ений; живое сечение водотока до стеснения его сооружениями и после; акты о п роходе паводков через сооружения с указанием отметок и дат УВВ; уклоны водной поверхности; визуальную характеристику каждого сооружения (достаточность отве рстия, с ос тояние регуляционных сооружен ий , подходов, т раверс, д амб обвал овани я, запруд, ш анд оров, р азмывы за сооруже ни ем и т.д.); гидрографические хара к терис тик и водотоков до створа суще ствующе го со оружения; разме ры иск усственн ой аккумуляции воды перед сооружениями.

В ре з уль тате камераль ных работ составляют ведомость обследов анны х сооружений с указан ием все х расчетных характеристик, а также с хему располо жения э тих сооружений. Эти документы являются основными для обо снован ия натурных расходов.

Данные о работе существующих водопропускных сооружений по пропуску паводковых вод содержат н еоценимую ин формацию о фактиче ском характере и величине м ак сима льного сто ка в различных климатических районах. К с ожалению, до настоящего времени использованию такой информац ии в расче тах стока уделяется недостаточно внимания ос обенн о гидрометеорологическими организациями.

5.6. Обследования для установления региональных особенностей максимального стока выполняют в районах с особыми природными условиями и н ед остаточ ной их гидрогеологической изученностью. Сп ецифика линейных изыс каний оп ределя ет сроки этих обследован ий перио дом пол евых работ на объект е.

В с ос тав работ при э тих обследованиях входят: 1) выявление региональных факторов, требую щих обследований для уст анов лен ия методов их учета; 2) выявление отдельных во дотоков, на кото рых требуетс я учитывать регион альные осо бенност и формирования максимал ьного стока или особые с лучаи его расчетов; 3) линейные обследования водотоко в, подв ерж енных влиянию региональных факторов; 4) получение гидрографических характеристик по тем створам, где проявление регионал ьн ых о со бенносте й не п росл ежив ае тся; 5) установление характера и степени влияния, а та кже методов учета регион альных особенностей в одосборов.

Состав, объем и с п особы полевых обследований нужно устанавливать в зави симости от конкретных у сло вий. Полевые о бследования целесообразно выполнять на тех водосборах, где и зуча емы е рег ион альные особенности формирования максимального ст ока проявляются в явно м виде бе з ис кажения другими факторами. В о собо сложных сл учаях нео бходимо провед ени е гид ро логических изыс к ани й и ис следовани й по спец иа льн ым программам. При проведени и полевых обследований и гидрологичес ких изысканий по специальны м п рограмма м необходимо учитыв ать во зм ожные из менения во времен и рас четных характеристик, вы зываемые как естественным из мен ением гид ромет ео рологическ ого режим а с тока, так и влиянием хозяйственной деятельности че лове ка в теч ение н ормативного периода службы проектируемых водопропускных со оруж ений .

В специальных программах должны предусматривать: полевые работы для связи с существующими в районе изыс каний пунктами гид ром ете орологи ческих наблюдений; к раткосрочные гидрометрические наблюд ения на выборочных створах рек; н абл юдения за мет еорологическими характеристиками; специальные наблюдения за изучаемыми гидрометеорологическими характеристиками; полевые обследования выборочных водотоков после прохода больших п аводк ов в период гидрометеорологических наблюдений; к амеральн ую обработку мат ериало в наблюдений.

В результате р а бот для установлен ия связи с существ ующ ими п ункта ми наблюдений: сост авляют схему распол ож ения пун ктов гид роме теоро логич еских наблюдений; обобщают с ведения о еже дн евны х н аблюдениях за ос адками, уровнями воды, а также об изменениях расходов, уклонов, глубин и с корос тей т ечения во ды ; описывают особенн ости геог рафического и орографи ческого расп олож ения пунктов наблюдений и оценивают репре зент ативность данных н аблюдений и из мерений , составляют от четные данные по мо рф оств орам п унктов гид ромет рич ески х измерений.

Для выявления факторов, устанавливаемых по специальным программам, в ряд е сл учаев возникае т необх одимость проведения о бс ледовани й в сроки, о тличные от с роков п ровед ения инжен ерны х изысканий, а также работ, требующих длительных стационарны х н аблюдений. Таковы, нап ри мер, н аблюд ения на реках с влиян ием п риливн о-отливны х стенно-нагонных и других явлений. П роведен ие таких работ в ряде слу чаев требует о рг ан изации сп еци ализи ров ан ны х по левых под разделени й.

Обследован и я для установлени я регион альны х особенностей максимал ьных расходов должны вып олняться в срок и приемлемые для обеспе чения проект ирования, а поэтому должны преду см ат р ив ать работы ускоренными и приближенными методами, а такж е с уч етом возможностей уточнения между последующ ими стадиями проек тно-и зыск атель ски х работ. В отдельных случаях к проведению таких обследований привлекают специализированные научно-исследовательские организации.

5.7. Экспресс метеор ологические наблюдения. В тех районах, где сведения об осадках отсутствуют или крайне недостаточны, для обоснования ливневых характеристик необходимо предусматривать организацию полевых экспресс метеорологических наблю дений за осадками. Программу этих наблюд ений составляют в зависимости от степени изученности района, местных климатических условий, направления проектируемой дороги, сроков изыскательских работ и типа измерительных приборов.

Основная цель экспедиционных экспресс метеорологических наблюдений заключается в : 1) выявлении характера и количеств енных характеристик синоптической обстановки в период выпадения стокообразующи х дожд ей; 2) определении суммарного количеств а осадков за период наблю дений; 3) установлении вну тригод ового распределения осадков; 4) определении максимальных инт ен сивн остей осадков за различные интервалы времени (1 0, 20, 30, 60 мин., 1 , 2 и 3 суток); 5) установлении связи с существующими пунктами наблюд ений; 6) определении площадей одновременного выпадения дожд ей; 7) установлении коэффициента для перехода от суточного максимума к фактическим осадкам, выпадаю щим за сутки.

В отдельных случаях полевые измерения осадков целесообразно совмещать с гидрометрическими работами, обустраивая площадки для метеорологического оборудования в район е дислокации изыскательских партий. Места наблю дений должны быть определены не только в зав исимости от местонахождения пункт ов гидрометрических работ, но и в связи с необходимостью получения сведений, которые могли бы достоверно характеризовать весь район изысканий.

Работы по измерению осадков желательно производить не только в период экспресс метеорологических наблю дений, н о и в течение последующих стадий проектн о-изыск атель ски х работ, независимо от стадий проектирования.

Учитывая специфику лине й ных изыскательских работ, следует считать наиболее удобным в производстве измерительных работ осадк омер системы Третьякова, применяю щийся в системе Госк ом гид ро мета. Количество приборов и места их установки определяются конк ретными условиями , но не менее двух на участ ок дороги протяжением до 50 км. При размещении пун ктов наблю дений необходимо учитывать орографические особенности района и другие природные условия, влияющие на характер вып адени я осадков. Осадкомер устанавливают на столбе высотой 2 м от поверхности земли.

На всех пунктах наблюдений должны быть организованы ежедневные измерения выпадающих оса д ков. Измерение осадков рекомендуется производить через каждые 8 ч. Особое внимани е должно быть обращено на отдельные значительные дожди с фик сированием его начала и конца, интенсивных частей дождя и определения колич ества осадков, выпавших в требуемые интервалы в ре мени. В процессе работ по измерен ию осадков долж ны быть отмечены также условия, сопутствующие выпадению дождей (нап равлени е движения туч, скорость и сила ветра и т.д.).

После фиксирования особо сильных дождей необходимо в кратчайшее время произвести рекогносцировочное обследование территории района с целью определения границ выпадения дождя и количества выпавших осадков в различных местах этой территор ии . По имеющимся населенным пунктам должны быть произведены о просы очевидцев и осмотр предметов и сосудов, которые могли бы задерж ать на своей поверхности выпавшие осадки. Записи ежедневных наблюдений оформляют в полевых журналах, а результаты опросов жителей и осмотра местности - со ответствующими актами.

В результате камеральных работ по обработке материалов экспресс метеорологических наблю дений должны быть получены следующие материалы: 1) таблица измеренных оса дков, в ып авш их за различные интервалы времени; 2) кривые связи с существующими метеостанциями и выявление дождей, з афиксированных одновременно на метеостанциях и экспедиционном пункте наблюдений; 3) акты опросов старожилов о выдающихся дождях; 4) таблица осадков и пунктов, з афиксированных после прохода особо сильных дождей.

6. Обобщение результатов инженерно-гидрометеорологических изысканий и разработка линейно-региональных норм максимального стока

6 .1 . П ри разработке и обосн овании лин ей но- региональных норм п одл ежат выполнению: 1) расчеты расходов по следам павод ков и по многолетним наблюд ениям; 2) оценка ВП наблю давшихс я расходов, уровней и дождевых осадков; 3) построение зависимости максимальных модулей стока от площади водос бора; 4) оценка достоверности исходных материалов и результатов расчетов; 5) расчеты ливневых характеристик максимальн ог о стока и обоснование их распределения по территории рай она изысканий; 6) анализ п рименим ости существующих в зад анном районе теоретико-эмпирических формул; 7) обоснов ание параметров расчетной формулы максимального сток а ( 2.1 ); 8) уст ановление методов разработки коэффи циентов, учитывающих регион аль ные о собенн ости район а изы скани й и от дельны х водотоков; 9) сопоставление результатов расчета по региональн ой фо рму ле н атурными н аблю дениями .

6 .2. Р асходы по следам паводков вычисля ют м орфом ет ри ческим п уте м, п редусматривая: 1) обработку полевых журналов и вычисление отметок; 2) вы черчив ание живых сечений и продольн ых п рофилей водотоков; 3) оп ределен ие расчетн ых укл онов водной поверхн ости; 4) анализ достоверности следов паводков и установлен ие расчетных уровней вод ы на к аждом створе; 5) определение расче тных расходов и составление ведомос ти расчетных данных; 6) вероятностную оценку наблюдавшихся максимумов.

Живые се чения и продо льные п рофил и водотоков строят в единой системе о тм еток - услов ной или в отметк ах из ыскиваемой дороги. На живые сечения наносят уровни воды п аводков всех лет. Жи вы е сечения строят по всем п ереломн ым точкам, зафик си ро ванным в нивелировочны х журналах. Н а п родольных профи лях ук азываю т очертан ие дна водотока, к ромки берегов, уровни межени и все точки з аф иксированных УВВ. На п родольн ом профиле проектируют п редполагаемую линию уровен ной поверхности в ысокой воды, пут ем проведения через точк и УВВ спрямляющей прямой , наклон которой сопоставляются прямыми линиями, проведенными по пониженным точк ам дна водотока, укло на м межени и бе регам русла водотока.

Отметку Р У БВ определяют в мес те п ересечения этой спрямляющей линии УВ В с расчетным створом. В случае, если точки УВВ не дают возможности достаточно обоснованно провести сп рямляющую п рямую , необходимо прои звести доп олнительный их сбор на местности. При незначительных расхожд ениях в отметках УВ В, определенных по спрямляющим прямым левого и правого берега, за расчетную на данном створе принимают среднюю или н аиболее досто верную. В случае значительных расхождений устан авли вают причину этого явлени я.

Если отсутствуют надежно измер е нные в паводок ук лоны водной поверхности, то в качестве расчетных принимают уклоны, выч исленные до спрямляющим прямым. В некоторых с лучаях расчетными принимают укл оны меженных вод. При недостаточности данных, отсутствии межени (на периоди ческих водотоках) для расчетов при нимают укл он дна водотока, который целесообразно определять по плану в горизонталях в нап равлении динамической оси основн ого потока или непосредственным нивелированием по дн у русла.

На жив ом сечен ии водотока выделяют участки с одинаковыми си туационными, грунтовыми и морфологическими призн аками. О бы чно всегда у дается выделить русло и п ойму. В зависимости от ти па реки могут быть выд елены дополнительные участки в русле или на пойм е. Н еобходимо оп ознать и вы делить ли шь наиболее крупные участки речной долины, без излишней детал изации. Для установле ния границ м ежду э тими у час тк ами полезны пл аны в го ризон таля х и инженерно- геологические разрезы переходо в, которы е дают возможность оцени ть работу водно го потока в п опер ечном сечении по разности грану лометрического состава грунтов и наносов.

В створах, расположенных на излучинах рек, с ледует учи тывать влиян ие поперечного уклона водной поверхности на разность отм еток этих уровней на разли чных б ерегах:

                                                       (6.1)

гд е R - средн и й радиус и злучины, м ; bp - шир и на русла, м; g - у скорен ие силы тяжести, v ср - средняя бытовая скорость потока в заданном створе, м/с.

УВВ на горных и предгорных реках со значительными с ко ростями течения следует определять с учетом возможного их завышения от динамического набега воды на берега, деревья, откосы насып ей , дамбы:

                                                    (6.2)

где u - средняя бытовая скорость течения на вертикали с максимальной глубиной в месте набега, м/с; α - угол между направ л ени ем течения и м естом набега.

Уровни высокой воды могут быть установлены по следам паводков на опорах мо с тов. На горных и предгорн ых реках отметка горизонтального УВВ в ство ре моста может быть получена по ф ормуле:

H г = Ho - (0,5 v 2 ср Kc + αy v 2 ср Ky ) : g ,                                      (6.3)

где Ho - наибольшая отм е тка набега воды одну из опор моста; v с р - средняя бытовая скорость течения воды в по дм остовом створе, м/с; Kc , αy и Ky - по п равочные коэффициенты, определенные из следующих соотношений:

v ср

0,5

1

2

3

4

5

6

7

8

v 2 ср Kc

0,4

0,98

2,94

4,95

8,35

11,98

15,38

18,93

22,25

αy

1,57

1,47

1,27

1,09

0,91

0,76

0,63

0,52

0,43

v2 ср Ky

0,98

1,96

4,42

7,36

11,5

15,7

21,09

27,45

32,4

По п о перечным сечениям, ограниченным РУВВ , оп ределяют ши рину потока, площадь живого сечения ω и средние глубины H разде л ьно для каждого намеченн ого на м орф остворе характерн ого учас тка. Р асход во ды для каж дого такого участка попере чного се чения водотока следует определять по формуле:

Q = ω · v ср = ω m н 2/3 J 1/2 cos α ,                                                 (6.4)

гд е m н = 1 : П - обратная вел и чина так н азываем ого коэфф ициента шерох оватости , определяемая по шкале М.Ф . Срибного или по натурным данным; cos α - поправ ка, учитыв ающ ая косину струй в рас четном створе; J - продольны й уклон в одотока.

Исследова ниями выявлено, что в ряд е случае на одной и той же реке с один аковыми табличными характери стиками н атурный коэффициент шер оховатости «П» не всегда отвечает реком ендуемым табличным данным М .Ф . Срибного. Подобное несоответствие наблю дается как на равнинных, так и предгорных и горн ых реках. Ус тановлено, что формула Шез и-Маннинг а, использ уемая в форм уле ( 6.4), н е отражает натурны м величинам скоро стей течения предгорных водотоков с расплас танными руслами. Для таких условий рекомендуется формула:

v = AHX J 1/2 m cos α,                                                          (6.5)

где A и X - параметры, у читы вающие изменения скоростей течения предгорных рек от глубин воды в их руслах. При H ≤ 1,7 м параметр A = 1 ,07. При боль ших глубинах A = 1; значения X и AHX приведены ниже:

H

0,2

0,4

0,6

0,8

0,9

1,2

1,4

1,6

X

0,349

0,396

0,416

0,44

0,454

0,504

0,529

0,666

AHX

0,61

0,745

0,865

0,97

1,02

1,173

1,278

1,48

Уч и тывая известные недостатки принятой с участием формулы Ш ези-Маннинг а с хем атизац ии пе ри метричес ких расчетов необходимо для пов ышения их надежности производить оценку вычи сляемых по формулам ( 6.4) и ( 6.5) рас че тн ых с кор остей течения путем сопоставления с данными табл. 6, в зави симости от средних глубин воды в русле H ср и среднего д и аметра d ср фракций грунта, слагающего перемываемую (верхнюю) часть русла. Значен и е скоростей течения для ВП отличных от 1 % (см. т абл. 10) при нято определять с у четом коэф фицие нта λ:

ВП, %

0,33

1

2

3

4

10

50

70

λ

1,07

1,0

0,97

0,94

0,92

0,86

0,72

0,67

Э кв ивалентный ди амет р ( d э ) связ ны х грунтов п ри поль зов ании табл. 6.1 устан авли ваю т по расчетному сц еплению грунта C :

С, кг/см2

0,01

0,03

0,05

0,10

0,20

0,30

0,40

0,6

0,8

1,0

d э , мм

0,3

0,8

1,6

4,5

13,4

26,2

44,4

88,8

144

210

Расчетные р условые скорости должны быть не более вели чин , прив еденных в табл. 6.1. О днако имеются от дельные случаи р езкого отличия натурных и табли чных значений скоростей . Учет та ких случаев должен производи ться особо.

Таблица 6. 1

Грунты русла

ср. мм

H ср , м

1

2

3

4

5

6

7

v 1 , м/с

Ил

0,05

0,29

0,40

0,48

0,54

0,60

0,69

0,7 1

Тонкий ил оватый песок

0, 1

0 ,36

0,48

0,57

0,65

0,72

0,82

0,92

М елкий п есок

0,3

0,49

0,65

0,77

0,87

0 , 96

1 ,1 0

1 ,22

Средн и й песо к

0,5

0,56

0,74

0,88

0,99

1,08

1,24

1,38

К р упный песок и мелкий гравий

2

0,83

1 ,08

1 ,27

1 ,42

1 ,54

1 ,77

1 ,95

Ме лкий гравий

3

0,92

1 ,20

1 ,40

1 ,57

1 ,70

1 ,94

2, 1 3

Средний грав ий

6

1 ,1 2

1 ,44

1 ,67

1 ,85

2,00

2,24

2,48

Крупный гравий

1 0

1 ,30

1 ,65

1 ,90

2, 11

2,28

2,56

2,80

Крупный гравий и мелкая галька

1 5

1 ,45

1 ,84

2, 1 0

2,32

2,5 1

2,8 1

3,06

Мелкая галька

25

1 ,58

2, 1 0

2,38

2,62

2,82

3, 1 4

3,40

Средняя галька

50

2,03

2,50

2,82

3,08

3,2 8

3,63

3,92

Средняя галька

1 00

2,46

3,00

3 , 36

3,64

3,88

4,25

4,56

Кру п ная галька и мелкие валуны

1 50

2,76

3,32

3,7 1

4,0 1

4,27

4,67

5,00

Средние валуны

300

3,36

3,93

4,38

4,68

4,9 5

5,36

5,70

К рупные валуны

500

3,87

4,5 1

4,93

5,25

5,54

5,94

6,29

При нал и чии изм еренных скор остей течен ия v ср и продольного уклона J ко э ффициенты ш ерохов атости русла определяют из формул ( 6.4, 6.5) обратным вычислением и строят зависимость Пр = f ( h ). Э ту зави сим ост ь экстраполируют до значений РУВВ и соответствующ их им вел ичин Пр.

Расход всег о ж ивого сечения определяю т суммированием вычисленных по форм уле (100) расходов для кажд ого участка рассм атрив аемого сечения. Для расчетны х створов строят зав исимо сти гидравлических характе ристи к русла и пойм от изменения уровня воды:

v, h, ω, Q, J, П = f(h).

Методы определения расходов в оды по следам паводков на водопропускных сооружениях основаны на оценке их водопропу скной способности при наблю давшихся УВВ с учетом влияния искусственной аккумуляции и других регулирующих факторов и подробно рассмотрены в Методических указаниях ГГИ, № 92 ( 2).

6.3 . П ри анализе наблюдавши хся максимальных расходов устанавливают и х повторяемость и способы перехода к расходам заданн ой ВП. Методы оценки повторяемости должны определяться исходными предп осылками: 1) известно лишь время, за к оторое п аводок был наибольшим; 2) имеется один или несколько максимумов, д ата прохода которых неизвестн а; 3) наблюдения за паводками ведутся длительное время; 4) один или несколько максимумов наход ятся по времени вне ряда наблюдений; 5) существуют сведения о паводках за непродолжительное время по группе водосборов.

П овторяемость наблюдавшихся расходов устанавливают следующими методами: по многолетним наблюдениям; по опросу старожилов; по давности следов паводков; по ли терату рным и архивным источникам; по повторяемости о сновных стокоо бразующи х факторов; по повторяемости паводк ов на река х-аналогах; удлинением, в осстановлением и моделированием рядов наблюдений .

Считают, что следы па в одко в на местности в виде наносов, остатков сухих веток, травы н а деревьях и кустарнике следует относить к паводкам повторяемостью 1 0 - 20 лет. В некоторых ра йонах следы на местности могут принадлежать паводкам и более редким. При определении УВВ по смыв у загара и ли мохового покр ова на скалах верхняя граница полосы смыва может приниматься з а уровень с ВП = 20 - 25 %. Для му ссонны х районов с коэф фи циентом вариации паводков Cv = 0,2 - 0,4 верхняя граница полосы смыва отв ечае т уровню воды с ВП = 2 - 3 %.

Следы на местности помогают определять дальность прохода паводка, но не вероятн о сть превышения. Как правило, сл еды сохраняю тся на местности в течение 1 0 - 15 лет, если не пройдет паводок более высокий и не смоет их. Период с момента прохода высокого паводк а определяют по ботаническим признакам: по молодой п оросли на деревьях, п оваленных и погибших после подмыва берега или принесенных во время к арчехода; по виду пойменной древесной раститель ности и ее возрасту. Изучают возраст расти тельности на пойменных озерах, староречь ях и протоках.

Свед е ния, полученные по меткам паводков, опросам старожилов, нуж но сопоставлять и увязывать с имеющимися литературными и архивными данными. Если УВВ наблюдался как н аибо льший за период n лет , то его ВП в % нуж но оценивать по формуле Н.Н. Чегодаева:

                                                         (6.6)

Если удалось установить положение второго и третьего по величине УВВ, то ВП этих максимумов мож ет быть также определена по формуле ( 6.6) для соответствующего п орядкового номера ( m ).

Оценка повторяемости наблюдавш и хся р асходов с привлечением рек- аналогов заключается в выявлении степен и одно родности стокообразующи х факторов и установлении возмож ности сопоставления с датами прохода паводков редкой повторя емости на реках ана логах. Однако ВП паводка имеет перемен ную вели чину на различных створах одного и того же водотока и и зменяется по его длине в зав исимости от вели чины и формы водосбора. В связи с э тим указанный прием н аиболее эф фек тивен при определени и ВП на малых водотоках, схожим по в еличине и фо рме, а также в му ссонны х рай онах с интенси вной ли вневой деятельностью. Нередко годы прохода катастрофических наводнений сов падают в нескольких различных районах.

Наряду сосведения м и с катастрофических пав одках представ ляют интерес сведения о засушливых годах и самых ни зки х паводках, а также частота их чередования, продолжи тельн ость к атастрофи чески х п аводк ов и размеры причин енных убытков. Эти сведения получают из гидроме теорологической литературы, реферативных и других журналов, из газет, в архива х и краеведческих музеях.

При недостатке исходных данных рас ч етную повторя ем ость паводка устанавливаю т по повторяе мости осадков . Для больших водотоков оценк а повторяемости пав одков по осадкам яв ляе тся более п риближ енн ым приемом, чем для малых водосборов и требует дополнительного обосновани я с учетом характера расп ространения дождей по территори и и продолжи тельности выпадения. Наиболее обоснована оценка повторяемости паводков по повторяемости слоев стока или интенс ивнос ти водоотда чи. Целесообразен метод установления равнопрочных ВП по одн ородным участкам дороги или неболь шим рай онам с использованием натурных инт енси вностей водоотдачи A в , вычисленных по формуле ( 2.1).

Для вероятностной оценки вычисленных величин Am используют зависи м ости (ри с. 6.1) , составляемые для однородных участков дороги или районов. Подобные зависимости строят по всем паводка м, зафиксированным по следам на местности.

Рис. 6. 1 Вероятност н о-территориальная оценк а расчетной интенс ив нос ти в одо отд ачи по группе обследованных водосборов.

В пределах небольших районов набл ю дается отсутствие изм енений величин A в по территории (см . р ис. 6.1). Расхождения между вычисленными значен иями A в п о водотокам с оди наковыми водосборными площадями возникают из- за недоучета естественной аккумуляции во досбора болотами, озерами и лесом (и другими факторами), а также объединением в одну группу водотоков, имеющих некоторые различия в м орфологических и метеороло ги ческих условиях.

Такие отклоне н ия при сущи д аже неболь шим по территории и однородным по ли вневы м и морфологическим условиям районам, что вызы вает необходимость установ ления возмож ных пределов и зм енения значений ин тен си вностей водоотдачи для группы водосборо в и п аводк ов разных лет.

Величины наи больших значен ий A в отража ют суммарно все факторы максимального стока по всей группе систематизируемых водотоков, а такж е н еодинаковые проя влени я их вероятностны х зн ачений в услов иях формирования даже одно го паводка. Поэтому мак симальные пав од очные услов ия как ого года с ледует характеризовать верхней огибающей, которая отражает наиболь шие значения ин тенсивн ос тей водоотдачи A в , располо ж ен ных не только в неп осредственной близ ости от нее, но р асчетную закономерность измене ния н аблюдавши хся максимумов по всему диапазону площадей водосборов, представленн ому наблюдения ми. Уст ановл ени е наибольшего уровн я наблюдавшихся максимум ов в виде верхней огиба ющей поз воляет выдержать условие равн ообеспеченн ости для всех водотоков, п ересекаемых трассой дороги.

Оценку п овторяем ости наблю давшихся паводков и установление расчетных вероятност ей вы полняют с учето м физически возможных п ределов интенси вности водоотдачи в данном кли мати чес ком район е путем сопоставления верхней сгибающей с вел ичинами Ap различной ВП, вычисляемых по формуле ( 2.15) с вве дением в нее коэффициент а редукции осадков по площ ад и одновременного расп ростран ения.

6 .4. О дной из наиболее характерных закономерностей максимального стока является убывание (редукция) единичных максим альных расходов ( q = Q : F ) с увеличением водосборной пло щ ади.

Для учета фактической редукции модулей максимального стока q необходимо по каждому из однородных районов п рол ож ения дороги построить расчетные зависимости q = f ( F + 1) раздельно для каждого из зафиксированных паводков прошлых лет (рис. 6.2).

Рис. 6.2 Завис и мости максимальных модулей стока от площади водосбора по данным полевого обследования паводк ов.

Характер индивидуальных морфологических особе н ностей водосборов, неодинаковая ВП , максимумов, рассматриваемых в одной групп е, а также н екоторая индивидуальность метеорологических условий над кажды м водосбором определяют п очти во всех клим ати ческих рай онах амплитуду отклонений точек отдельных максимумов на водосборах одинаковой площади. Поэтому рекомендуется выделят ь огибающими наиболее плотную полку точек (см. рис. 6.2) . Наклон этих оги бающи х должен отражать общую н ап равл енн ость всего поля точек по водосборам, испо льзуемым в построении рассматриваемых зависи мостей. По всем однородным участка м дороги и для паводков раз личн ой ВП оп ре де ляют фактический пок азатель степени редукции «п» как тан генс угла, образу емого н аклонными огибающи ми с осью абсцисс ( lg F ) .

Вполне о чевид но, что верхняя огибающая будет отраж ать наибольшие значения максимумов для всего района, п ре дс тавленного наблюдениями. Теорети ческая оцен ка фа ктических величин пока зат еля степ ени редукции должна производиться с помощью п ок азателей редукции п, - зависимости a = f ( γ ) и П2 - L = f ( F ) по формуле Д.Л. С околов ского:

П т = П1 П2                                                              (6.7 )

П оказатель с тепени редукции п еременная величин а, зав исящая по данн ым ряда исследов ателей как от физико-географического положени я район а исследован ия ( табл. 6.2) , так и от размеров водосборных площ адей.

Таблица 6. 2

Географические районы

П

Бассе й н Верхнего и Среднего Амура

0 ,4 0

о. Саха лин

0,40 - 0,45

Районы Дал ь него Востока

0,36 - 0,42

Южн ое Прим орье

0 ,3 7

Горные и полугорные районы П риморья (Амурская обл. и Еврейская авт. о бл.)

0,40

Украинская ССР (Приазо в ская возвышенность, юго-восточны е склон ы Волыно-Под ол ьск ой возвышенн ости, Ве рхов ья р. Д есны)

0,50

Восточные К арп аты

0,50

Армянская ССР

0,46 - 0 ,70

Центральные чер н оземные области (малые водотоки)

0,58

Южно -У ральская ж. д .

0,57

Волгоградская область

0,56

Колыма

0,2 3

М осковская обл. (малые в одосборы, менее 0,3 км 2 )

0,49 - 0,56

Корея

0 ,2 5 - 0,20

Северная Индия

0,25

Непал (Теран, С ив али к, Махабхарат)

0,33

Б и рма

0,3 5

Северн ы е районы Вьетнама

0 ,2 0 - 0,35

Сирия

0 ,3 0 - 0,38

Ирак

0,35

А ф ганистан

0,3 7 - 0,4 0

6.5. С обранные в период инж ен ерн о-гид ромет еорол огиче ских и зысканий данн ые м ногол етни х наблюдений за максимальными расходами и осадками п одлежа т соо тветствующим расчета м с применением м етодов математической статисти ки.

В на у чн ой литературе дово льно четко сф орм улированы о сн овные зад ачи ра счетов в связи с п римен ени ем кри вых распреде ле ни я к вероятностной оценке явлений стока, которые вполн е п риемлемы и для расчетов осадков: 1) формули ров ание исходной информаци и; 2) анализ эмпирическ их распределений вероятностей; 3) выбор вида кривой распределени я; 4) установл ение числ овых парам етров кривой распределения по исходном у ряду выборочных максимум ов; 5) проверка соотв етстви я вычисле нных вер оятн ост ей с результатами наблюдений.

В случае несоответствия о дного из распред елений эмп ирическим данным следует производить подбор друг ой крив ой вероятностей наиболее соответствующей натурному материалу и по ней выполнять экстраполяцию до требуемых значений ВП.

В практике гидр о логических ра счетов СССР наибольше е распростр анение получили биноминал ьные кривые, а также функц ии распределения, изв естные как кривы е трехпарам етрич еско го гамма -распредел ения. Эти распределения рекомен дованы СН 235-72 для расчетов м аксим аль ных расходов воды и могут быть и споль зован ы для ра счета осадков. Полезным приемом служит графическ ая э кстраполяция эм пирической к рив ой вероятности.

При подбор е расчетной кривой вероятностей нужно особо обращать внимани е на характер эмпирических к ри вых р аспределения вероя тностей в в ерхних и нижн их ча стях. Характе р верхне й части эмп ирической к ривой (в диапазоне редки х ВП) отр аж ает особенности формирова ния наиболее сильных дождей (паводков), что особенн о в ажно при подборе расчетной кривой в ероятностей.

Низкие же максимумы могут вызы ваться дождями (паводками) иного происхождения. П оэтом у в ряд е районов бывает невозмож но подобрать кривую, соответс твующую всему диапазону ежегодных максимумов осадков (р асход ов) и прихо диться пользоваться усечением кривой ве роятнос тей на две части, используя для вероятностной оценки ее ве рхней части ин формацию о п ерио де наблюдений всего ря да осадков. Гр аницу усечения ря да устан авливают индивидуально в каждом районе по эмпирическим к ривым вероятностей.

Принцип исключения некоторого ин те рвал а из всей имеющейся совокупност и н аб людения признается физически обоснованным, так как он отр ажает природу кол ебаний осадков во всех ди ап азонах ве роятн ос ти и учитывает тем самым р азличи е фа кто ров, фо рми рующих т от или иной признак.

Для построения у сечен ней кри вой норм ал ьного р асп реде ления оп ределяют порядковый номер того члена общего ряда максималь ных годовых осадк ов, по которому производят раз граничение всего ряда на две части (верхнюю и нижнюю). Этот номер являетс я последн им в верхней части ряда и оп ределяется по формуле:

N К = КП + 0,5,                                                      ( 6.8)

где П - чи сло членов полно го ряда; К - коэффи циент, зави сящий от длин ы п олного ряда:

П ................................................................ ≤ 50            1 00             200

К ................................................................ 0,494          0,495          0,497

Построение у с еченной кривой производят в виде прямо й линии по трем точка м с ВП 1 %, 5 % и 5 0 % по ф орму ле:

                                                       (106)

где Ф - коэффициент распределения расчетных ординат :

ВП , % ........................................................ 1                 5                 50

Ф ............................................................... 2 / 33          1 ,64            0

δ п и Нп - параметры у сеченного распределения:

                                          (6.9)

                                                     (6.10)

                                           (6.11)

В этих ф ормулах: Hi - числе н ная величина у бы вающ ег о ряда осадков; Hy + 0 ,5 - среднее верхней части усеченно го ряда длиной у.

6.6. Экс педиционны е исследования, выполне нные Сою здо рпро ек том в ряде районов, показыв ают на н едостаточную н адежность исходных данных по максимальным расходам воды на н екоторых опорных створах наб людений из- за неучета на н ек оторых ре ках расходов воды, протекающей по пойме. Так , по данным ЛГМИ опубликованные величины расходов на ряд е рек П риморс кого к рая занижены от 50 до 825 %. Такое же по ложение наблюдает ся на реках других регионов. Поэтому в период по левого обследов ан ия нужно предусматривать проверку правильности по лноты учета мак симального стока на опорных пу нктах, к оторая должна быть выполнена одним из способов: 1) непосредственно полевым обс ледованием гид ро створов , а при необходимости контрольны м его н ивелированием и с п оследующей проверкой морфомет риче ским и вычислениями выборочных расходов, наблюда вшихся на э том пун кте; 2) обследованием группы водотоков по с ледам прошедши х паводков с последую щим обобщением результатов м орф ом ет ри ческ ого определения расходов, обоснованием параме тров редукци онно -эм пи ри ческ ой формулы и сопоставлен ием результатов расчета по этой формуле с максиму мами расходов соответствующей ВП , наблюдавшихся на этих створах.

Первый метод целес о образен при изысканиях больших титу льны х мо стовых переходо в, второй - п ри линей ны х и зы ск аниях дорог зн ачительно го протяжения и не возможности проведени я на в сех гид ропостах полев ых обследов аний. При обнаружении неучета расхо дов на пой ме или других дефектов и змерений необходимо внести соответствующие ко ррективы в данные многолетних наблюдений до начала их статистической обработки.

6. 7. Дл я н адежного установления ливневых характеристик в районах изы сканий особое внимание нужно обращать на сбор и изучени е материалов, ха рак тери зующих метеорологи ческие усл овия формирования выпадающих дождей и вызыв аемы х ими п ав одк ов .

В результате ознако мл ени я и изучени я собранных материалов производят тщатель ный анализ синоп тической о бстановки район а с ув язк ой ан алоги чных сведени й по метеорологическим условиям близлежащи х рай онов. На основании этого анали за составляют к арту-с хему прохождения ливнеформирующих потоков с указанием н аправ ления их движения, времени года и дат форми рования особо вы дающихся ливн ей на рассматри ваем ой территории. П ри составлении таких карт нужно использовать материалы аэрологического зондировани я м арш рутов авиации, а т акже мировые атлас ы п огоды и д ругие источники.

При анализе син оптиче ской обстан овки должны быть установлены расчетн ые трае ктории движения воздушных м асс в пери од выпадения выд ающи хся дождей, а также п роизведена оценка возможных смещений н аиболее ливн е о пасн ых потоков в пределах зад анно го район а. Н а ос новани и анализ а си ноптической обст ановки , учет а географического п оложения района изыскани й и опорной с ети гидрометеорологических наблюдений производят выбор исходны х м ете ост анций, определяют состав и программу работ по обоснованию необх одимых ливневых харак теристик. Критерием выбора метеостанции служат требования: равномерно сть расположени я по территории; близость к объ екту изысканий; репрезентативн ость и к ачество н аблюдени й, дли тельность и н епрерывнос ть н абл юдений.

П осле выбора мет еост анции необходимо состави ть карту расположе ния пунктов м ет еорологических н аблюдений и перечен ь м етеост анций , п рив лек аемы х к ра счет ам, с указани ем геогр афических к оординат, высот местности и периода наблюдений. На исходных метеостанциях п рои зв одят сбор данны х по осадкам за различны е интервалы времени (1, 2, 3, 5, 1 0, 2 0, 30, 40, 60 мин, 3, 6, 1 2 ч и 1, 2, 3 суток). Сбор этих данных вып олняю т в ви де вы борок ежегодных максимумов осадков за все годы на блю де ний и по различным интервалам времени за п ериод наблюдений. Нео бх одим о использовать как м атериалы самописцев с непрерывной записью хода дождя, так и данные дожд ем еров. Особое внимание должно быть уделено сбору сведени й о выд ающи хся ливнях.

Для установл е ния площади одновременног о охвата р ас четным дождем следует прои звести анализ ежеднев ных записей вып ад ающи х осадков за различные интервалы в рем ени и за все г оды наблюдени й по всем пу нк там н аблюдений района изы скани й с регистрацией дождей, одновременн о наблюд аемых на нескольких мет еостанция х. При регистрации выписывают дату дожд я, коли че ство в ыпавших осадков, ин тервал времени и н аим ен ование мет еостанции с систематизацией п олученн ых сведений.

Для наиболее сильных дождей, одноврем енно зафиксированных на н еск ольких мете ост анция х, строят схем атические карты изол ини й (изогиет ). При недостат очности метеостанций или их р едком расположении по терри тори и рай она вмест о карт нужно строить маршруты изолиний по направлению изыскиваемой дороги или по направлению несколь ких метеостанций. В рай онах с недос таточней и зу ченн остью при пров едении изолинии допускается ли нейная инте рп оляция между мет еостанциями (рис. 6.3) .

Р и с. 6.3 Схем а и золиний дождя, зафиксированного одновременно на трех метеостанци ях

Для перехода от осадков в цен т ре дождя к осадкам на различных площадях водосборов устанавли ваю т пе реходные коэффициенты, для сниже ния расче тных величи н ос адков от ув еличения площади одновременного орошени я дожде м. С эт ой целью для различных пл ощ ад ей Fi или длин маршр утов Li , ограниченных и золиниями Hi вычисляют сре д невзве шенные H св (п о п лоща ди ил и длине маршрутов) суммы осадков H св i и строят зависимость (рис. 6.4):

H св i = f ( Fi ) или H св i = f ( Li )                                               ( 6.1 2)

Расчетной прин им ают верхнюю огибающую, характеризующую максимальный из наблюдавшихся ливней. При достаточных многолетних данных выполняют вероятностную оценку этой огибающей. Расчетные средневзвешенны е слои осадков H св определяют для различных площадей или длин маршрутов. При недостатке наблюден ий по п лювиографам схем ати ческие карт ы или маршруты изолиний (изогиет) могут быть составлены по д анным дождемеров.

Рис. 6.4 Кривые зависимости Hi св = f ( Fi , Li ) дождей продолжительностью 24 ч .

Для п ерехода от расчетных осадков в центре ливня Ho к осадкам на различных площадях п рименяют коэффициенты редукции осадков по п лощади ( KF ) или по длине выбранного мар ш рут а ( KL ), определяемые по формуле:

KF = H св : H о                                                        (6. 1 3)

Д л я определения слоя осадков в центре дождя прин имают рас четный дождь. По вычисленным значени ям к оэффициен та редукции строят зависимост ь KF = f ( F ) или KL = f ( L ) (рис . 6.5) и составляют таблицы расчетных значений коэффициента редукции осадков по п лоща ди в заданном районе изысканий.

Рис. 6 .5 Зависимость коэффициента р е дукц ии осадков от площади (длины) одновременного распространения дождей .

В районах, гд е для установления коэффициента редукции были исполь зованы марш руты и золиний , устанавливают переход от длин намеченных маршрутов к величинам площади:

F = B L;

где B - к оэффици ент , учитывающ ий форм у площади одновременного вып ад ения дож дя и определяемый в неизученных районах косвенными методами с учетом синоптической обстановки и географ ического положения района. При ги дрометеорологическ их наблюдени ях коэффициент B уточняют путе м установления одновременности вып адения дож дей между пунктами, расположенными перпендикул ярно к расчетному н аправлению маршрута, и оп ределяют как максимальное рас стояние между этими пунктами.

Для уст а новления з ависим ости максимальной интенсивности оса дков от их продолжит ель нос ти необходи мо использов ать в се имеющиеся записи дожд ей самопи сцами или дожд ем ерами. П редварительно п роизводят их систематизацию по пунктам наблюдений, при водят к единой размерности (в мм/мин) и п роверяют достоверность этих материалов. По данным стати сти ческой обработки для к аждо го ин тервала в ремени вычисляют интенсивности осадков a для требуе мых ВП. По вы чи сленным значениям a строят зав и сим ость интенсивн ости осадков от продолжитель нос ти a = f ( T ) по ка ж дой метеос танции (рис. 6.6).

Ри с . 6.6 Зави си мость интенси вн ости дождя от его про должит ельн ост и:

1 - п ри C = 0; 2 - при C = 1 ; 3 - п о материал ам на блюде ний.

Для аналитической оценки расчетной интенсивности осадков по п родолжит ельности используют ф ормулу ГГИ:

                                                       (6.14)

где a - ра с четная максимальн ая интенсивнос ть осадков, мм /мин; S - предельная интен сивность осадков при T = 1 мин, мм/мин; T - расчетная продол жи тельность дождя, мин; Пт - показатель степени редукции осадков по продолжительности; C - поправочный к оэффициент, у чи тывающий уменьшение интен сивн ости в зоне малых п родолж итель ностей .

Опыт прим ен ени я зави симости ( 6.13) показывает, что значе ние показателя степени П, в интервале продолжи тел ьнос ти более 1 ч изменяется сравн итель но мало (в пределах 0,60 - 0,77) и остается постоянным для каждой м етеостанци и. В интервале от 1 до 60 мин показатель степени изменяется в пределах 0,25 - 0,60.

Поправочный коэффициент C определяют индивидуально для каждой метеостанции по эмпирически м точкам, полученным в результате обработки рядов осадков дл я интервалов продолжит ельн ости менее 1 ч (см. рис. 6.6). В случае отсутствия данных для оцен ки зави симости ( 6.13) в интервале малых продолжительностей значение C пр иним аю т равным единице. Это допущение п озволяет определять величин ы и нт ен си вн остей осадк ов с н екоторым запасом, что может бы ть оправдано для неизученных районов. Уч и тыв ая, чт о в интервале врем ени от 1 ч до 3 суток зави симость a = f ( T ) имеет прямолинейный характер, имея только сведения по оса дк омерам м ожн о построить у казанную зав исим ос ть в э том интервале и путем графической экстраполяции определять в ели чи ны инт енсивностей дожд я для времени 1 ч. Дл я этой цели прои зводят статистические расчеты максимальны х с умм осадков продолж ительностью 1 , 2 и 3 суток и строят зависимости a = f ( T ) (рис. 6.7) . При недостаточнос ти исхо дных данных по этим граф икам могут быть вычислены (с неко торым запасом) и нтенси вности осадков дл я ин терв алов 20, 30 и 45 мин.

Рис . 6.7 . Зависимость и нтенсивности дож дя от продолжительности в интервале от 1 ч до 3 сут.

Одновременно с вычи слени ем инт енсивн ос тей по з ави симос тям (рис. 6.6 и 6.7) устанавливают п оказатель редукции осадков П, по продолжительности, кото рый оп ределяю т к ак танген с угла нак лон а крив ой a = f ( T ). Величина показателя редукции может изменят ь ся н е т ольк о по кажд ой метеостан ции, но и в зависим ос ти от различных значений ВП расчетных осадков. Для практических расчет ов принимают одно значение пока зателя ред укции о сад ков для каждой мете ос танции, оценивая его величину в диапазоне возможных ВП (0,3 - 3 %), рекомендуемом для д орог.

П оскольку вычисл енные р ас четные интенсивности и по казател и редукции осадков имеют различные з начен ия на исходных м етеост анция х, п роизводят их райониро ван ие для заданного района или направления проектируемой дороги. В качестве рай они ру емых принимают ин тенсивности за 30, 60 мин в 1 сутки.

Если не в озмо жно с ос тавить карт ы по территории вс его рай она, произв одят обоснование выбора расчетной метеостанции или группы метеостанций, которые могли бы надежно характери зовать ливневые условия для расчета максимального стока в рай оне п роект ирования или на отдел ьных участках дороги.

Для установления р е през ентативных количественн ых ливн евы х характеристик в ко нкретно м рег ионе необходимо в ыявить зависимости расчетны х максиму мов осадков от местных орографиче ских и других ус ловий. С этой целью строят графики зави сим остей расчетны х ливневых ха рактеристик от высоты ме стности и ге ографичес ки х коо рдин ат.

Ан а лиз этих зависим остей помогает выявить влияни е орографиче ских фак торов на величину расчетных осадков и определить методы их учета. Необходимо выполнить рай он ирование территории на зоны, где орографические и метеорологические факторы резко различны. При построении зональных карт изоги ет расчетных ливневых характери стик в районах с орографическими осадками изолинии должны учи тывать фактические контуры рельефа. Орогр афические осадки могут увели чиваться с высотой до гребня хребта. На в ысоких хребтах максимальные осадки на наветрен ном склоне могут быть больше, чем на гребне, а на подветренных склонах в некоторых районах наблюдается резкое сокращение осадков от гребня по склону.

Для ра й онов с недостаточным количеств ом исходных м етеостанций необходим о рассматри вать вопрос о во зм ож ности географ ической интерполяции расчетных макси мумо в осадков из рай онов изученных в рай оны неи зучен ны е. Вс тре чаю тся дв а наи бо лее ха рак терны х случая: когда н еи зученный район распложен внутри контура метеостанций или п римыкает одной или н есколькими и з своих сторон к нескольким метеостанциям. В зависимости этого применяют ( 4) методы географи ческой интерполяции внутрь контура или с вн ешней его стороны. В обои х случаях грани цы гео графической интерполяции следует определять кон кретными услов иями проектирования. Эти методы явля ются более обоснованными , чем методы отдаленных аналогий с д ругими фи зи ко-географи ческими райо нам и.

В некоторых районах набл юд ени я за осадками ведутся (или производились) толь ко осад ком ерами , поэтом у возника ет не обходимость определения осадков продолжите льностью 1 ч по данным о суточных максимумах. Слой осадков часовой продолжи тельности рекомендуется оп реде лять по форму ле:

H ч = Кч · H сут ,                                                            (6.14)

п ри                                                                                                                   (6.15)

где К ч - п ереходный коэффициент от суточной суммы о садков к часов ой; П1 - п оказатель степ ени редукции осадк ов по прод олжи тел ьности.

В му ссонны х рай онах переходный коэффициент Кч может изм еняться по территории в п ределах 0,30 - 0,45 для дождей 1 - 2 % повторяемости. Среднее значение этого коэффициента для условий Европейской части может быть принято равным 0,33.

В некоторых методах расчета максимальных расходов п рименяют ливневой параметр Sp , величины которого приведены в различных литературных и инструктивных материалах. Для ег о определения используют следующую фо рмулу:

Sp = Кч H сут : 60 1 - П 1                                                          (6.16)

Пр и менение формулы ( 6.16) предполагает непрерывную длительность дождя в течение 60 мин, что характерно для территорий как с затяжными, так и к ороткими дождями. Для районов, где максимальные расходы формируются от обложных дождей продолжи тель ностью сутки и более, величину Sp определя ю т по ф ормуле:

Sp = H сут : 1440 1 - П 1                                                           (6.17)

Если в качестве исходных используют н аблюд ени я по осадк ом ерам , в расчетные величи ны суточных осадков долж ны вводиться поправочные коэффициенты, учиты вающи е разни цу в величине суточных максимумов за метеорологические сутки (с 1 9 ч по 1 9 ч последующих кален дарных суток) и фактического количества осадков, которое может выпасть за любые 24 часа, не совпадающие со сроками наблюдений на метеостанциях.

6.8. При разработке линейно-региональных норм ма к сим альн ого стока признано недопустимым применя ть методы косвен ных аналогий с отдаленными физико-географическими районами, а также применение формул без обоснования их параметров данными наблюдений и без сопоставления результатов расчета с н атурными расходами .

При отсутствии данных гидрометеорологических наблюдений н епосредственно в районе изысканий обоснов ан ие п редварительных региональных зависимостей максимальных расходов дождевы х вод может быть произведено методом географической интерполя ции, который предусматривает использование натурных данных по группе обследованных водосборов для установления осн овных па раметров региональной формулы в заданном районе по интерполяции между этими водосборами. За пределами этих в одосборов возможна экстрап оляция расчетных параметров. Гран ицы экстраполяции следует оп ределять индивидуально и с обязательным обоснованием их положения.

Метод географической интерполяции правомерен в предела х одного физико-географического района, характеризующ егося одинаковыми климатическими условиями и рельефом. На территории изучаемого района должны быть установлен ы опорные водосборы , на которых имеются натурные наблюдения за расходами воды (или осадками) и составлена карта-схема их расположения (рис. 6.8).

Рис . 6.8 Схема географической интерполяции элементарного модул я максимального стока:

1 - центры тяжест и опорных бассейнов; 2 - изолинии э лементарного модуля максимального стока; 3 - центр тяжести и границы ( 4) расчетного водосбора; 5- расст ояние между соседними изолиниями.

На опорных створах по вычисленным расходам по форму ле ( 2.17) определяют элементарные модули максимальных расходов. Районирование вычисленных величин A в производят путем пр ове дени я на карте-схеме (см. р ис. 6.8) изолиний по ин терп ол яции, между центрами тяжести опорных бассейнов с известными значе ни ями модуля. Инт ерполяцию следует производить перекрестным способом по направлениям прямых линий, связывающих каждую точку замкнутого опорного полигона со всеми другими точк ами.

Расчетные элементарные модули A в максимальных рас х одов для водосборов, пересекаемых трассой изыскиваемой дороги, определяют интерполяцией по изолиниям, межд у которы ми лежат центры тяжести э тих водосборов:

                                              (6.18)

где Ап, Ап+ 1 - числовые з нач ения сосе дних изолиний элемен тарны х модулей макс имальных расходов, между которыми находится цент р тяжести расчетного водосбора (см. р ис. 35); l п , l п+ 1 - расстояния от центра тяжести расчетного водосбора до ближайших изолиний с числовыми з начени ями соответственно Ап и Ап+1; п - порядковый н омер изолиний.

Максимальные расходы о п ределяют по вычисленным расчетным модулям Ав с использованием формулы ( 2.17). Расходы, п олучаемые методом географической интерполяции, могут иметь ве сьма ориентировочные значени я, точность определения которых составляет в ряде район ов ±40 - 60 % от действительных. Это обстоятельство следует учитывать п ри оценке принимаемых проектных реш ений.

Таким же методом м ожно районировать и друг ие параметры расчетных формул, в том числе и метеорологические харак теристики м аксим ал ьн ого стока, для которых в к ачестве оп орных испол ьзую т п ункты метеорологич еских наблюдений.

6.9. П риме нение линейно-региональных норм, инженерно-гидрометеорологических изыск аний максимального сток а с оп ределением натурных расходов по следам пр ошедших паводков обе спе чивают: вп олне о преде ленную направ ленность изыскательских работ; гаранти рует качество прини маемых проектных решени й и объек тивную гидрометеорологическую обосн ованность п роектов автомобильны х дорог; наиболее полно обеспечивает ра вноверо ятность решений при технико-экономическом сравнен ии объектов, находящихся в различных физико-географических условиях; увеличивает ответств енн ост ь пр оектно -изы ск атель ски х орган изаций за обоснованнос ть расчетных м ак симумов дождев ых расхо дов.

7. Особенности расчета максимального дождевого стока в некоторых специфических регионах

7.1. Реком е ндац ии по расчету ма ксимального стока в Непа ле разработан ы (1 965 - 72 г г.) для участка построенной дороги и основаны на при менении формулы ( 2.1) с параметрами обоснованными нат урным и данны ми. Часовую интенсивность и слой дождя рекомендуется п ринимать по соотношению:

ВП, %

0,3

1

2

3

10

a час , мм/мин

2,33

2,08

1,97

1,84

1,22

h час , мм

140

125

118

110

73

S , мм/мин

40,9

37,1

34,5

32,8

В рассматриваемом районе в ы явлена зависи мость расчетных величин осадков от измен ения долготы местности. Показатель степени редукции осадков по продолжительности равен П1 = 0, 72. П ереходный ко эффици ент от суточной суммы осадков к часовой равен К4 = 0,4:

S = 0,127 H сут .                                                           (7. 1 )

Коэффициент редукц и и расчетных ливнев ых осадков по п лощади и длине одновременного распространения характеризуется сле д ующими в еличинами:

F , ты с. км2 ...........

1

5

1 5

25

35

45

50

L , км ...................

1

1 00

3 00

500

700

900

1 000

К F .......................

1

0,98

0,93

0,88

0,82

0,77

0,75

Длины водотоков (в км) в данном районе могут быть о п ределены п ри недостатке исходных данных по формуле:

L = 2,5 F 0,5                                                                (7.2)

К оэффициент стока рекомендуется определ ять по соотн ошен ию:

ВП, %

≤ 1

2 - 3

3 - 5

≥ 5

α о

1

1 - 0,9

0,9 - 0,8

0,8 - 0,7

7. 2. Рекомендации п о расчету максимальных расходов в оды в Афган истане разработаны (1 971 - 72 гг .) для проектиров ания автомобильной дороги Ш иберган - Андхой - Маймене - Герат и пре дусматривают использ ование форму лы ( 2.1) с п араметрами, обоснован ными данн ыми гидрометеорологических наблюдений в этом рай он е.

Расчетная часовая интенсивность дождя определяется по н ап равл ению дороги в зависимости от высоты местности (табл. 7.1).

Таблица 7 .1

Высота местности H , м

ВП, %

0,3

1

2

3

a час , мм/мин

1

2

3

4

5

1 00

0 ,63

0,54

0,5

0,47

200

0,67

0,58

0,53

0,51

3 00

0,72

0,63

0,58

0,5 4

400

0,77

0,67

0,62

0,58

500

0 ,83

0,72

0,66

0,62

600

0,87

0,76

0,7

0,66

700

0,92

0,8

0,74

0,7

800

0,98

0,8 5

0,78

0,73

850

1

0,87

0,8

0,75

900

1 ,02

0,88

0,82

0,77

1 000

1 ,05

0,92

0,83

0 ,78

1 200

1 ,09

0,94

0,86

0,82

1400

1 ,1 3

0,96

0,88

0,84

1 500

1 ,1 4

0,97

0,88

0,84

Рекомендуемые коэ ф фициенты стока приведены в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Районы

ВП, %

0,3

1

2

3

αо

Горные с в ы сотой более 700 м

0,85 - 0,75

0,75 - 0,65

0,7 - 0,6

0,65 - 0,6

П редг орные с высотой до 600 - 700 м

0,7 5

0,65

0,6

0,55

П олупустынные

0,5 - 0,4 5

0 ,4 5 - 0,4

0,4 - 0,3

0,3 - 0 ,2

На участке дороги М ай мен е - Герат коэф фициент стока 2 % ВП принято определять по ф орму ле:

αо = α′о К3,                                                              ( 7.3)

где К3 - коэффициент, учитывающий уменьшение м аксимальных рас ходов за счет забора воды на орошение (табл. 7.3 ) ; α′о - коэффициент стока, равный 0,4 для 2 % ВП и 0,45 для 1 % ВП .

В основу данных обоснования коэффициента стока, определенного по формуле 7.3, были положены материалы полевых экспедиционных обследований 20 средних водотоков, данные рек-а н алогов (К аш ен, Кушка, Му ргаб, Тедж ен), а также сведения об осадках на метеостанциях Герат, Ш аберган, Дан гара, М айм ене.

Таблица 7.3

F , км 2

≤ 1 00

250

500

750

1 00 0

2000

3000

К3

1

0,95

0,9 1

0,88

0,9

0,8

0,7

F , км 2

6000

9000

1 4000

1 6000

2 0 000

40000

70000

К3

0,57

0,4 7

0,34

0,3 1

0,25

0,2

0,2 - 0,1 5

7.3. Нормы максимального стока для расчета водоп р опускных соор ужен ий на терри тори и Ир ака разработаны в 1 972 - 75 гг. Рахим Саадун Садик (МАДИ) и п редусматривают ( 11) определение расчетных расходов воды с использованием формулы ( 2.1) , параметры которой обоснованы натурными дан ными .

Так, расчетные величины ин тенс ивностей дождей часовой продолжительности рекомендуется определять (рис. 7.1) в соответствии с ливневы ми районами № 3 - № 7 (П риложение 1), а коэффициент редукции осадков по площади по следующему соотнош ению:

F, к м 2 ....................

1

5

1 0

30

50

10 0

2 0 0

280

К F ..........................

0,69

0 ,58

0,45

0,3 1

0,27

0,25

0,22

0, 1 9

Рис. 7. 1 Карта-схема лив н евых ра йонов Ирака.

Пока з атель степени редукции осадков по продолжительности изменяется незначительно по территории Ирака и районам Сири и, близлежащим к северо-западной и северной границе Ирака (табл. 7.4).

Таблица 7.4

Метеостанции

П1

S

К4

Багдад

0,9 1

1 5,2

0,7 6

Д ейр-эз- Зор

0,78

6, 1

0,5

Камышлы

0,82

1 8,6

0,57

Хасс е ке

0,88

1 5,8

0,69

Длины водотоков при недостаточных исходных данны х могут быть определены по следующей аналитической зависимости:

L = 2,14 F 0,64                                                                (7.4)

В качестве расчетного для территории Ирака рекомендован показатель степени редукции максимального стока равный 0,5. Расчетные величины коэффициентов стока рекомендуется назначать (табл . 7.5) п рименительно к четырем районам (рис. 7.2) .

Таблица 7.5

№№ районов (см. рис. 10)

ВП , %

0,3

1

2

3

αo

I

0,8 - 0,7

0,7 - 0,65

0,65 - 0,6

0,6 - 0,55

II

0,7 - 0,65

0,65 - 0,6

0,6 - 0,55

0,55 - 0,5

III

0,65 - 0,55

0,6 - 0 ,45

0,55 - 0,4

0,5 - 0 ,4

IV

0,55 - 0,45

0,45 - 0,3 5

0,4 - 0,25

0,4 - 0, 2

Ри с. 7.2 Карта -с хема распред еления расчетного коэ ффициента стока a по территории Ирака.

7.4. Региональные нормы определения максимальных расходов воды в Узбе кской ССР разработаны ( 20) в 1 976 - 80 гг. Шахидовым А.Ф. (МАДИ). Они предусматривают рас четы максимального дож девого сток а с малы х водос боров до 1 00 км2 с и спольз ованием формулы ( 2.1).

Расчетные интенсивно с ти дожде й часовой продол жительности 1 % ВП приведены (мм/мин) н а рис. 7.3. Для аналитической оценки коэффициента редукции часового дождя предложена формула:

                                                    (7.5)

где v доб - с к орость добегания, км/мин ; L - длина водос бора, км.


Рис. 7.3 К арта-сх ем а часов ой ин тен си вно сти дождя 1 % -н ой В П в Узбекской ССР.


Для расчетов часовых ин тенси вн ост ей, отличных от 1 % ВП рекомендуется польз оваться переходным коэффициентом, оп ределяемым следующим соотношением:

ВП, 1 % ........................

0, 1

0,3

1

2

3

5

1 0

λ ....................................

1, 34

1 ,1 7

1

0,9

0,83

0,74

0,62

Коэффициент р едукции максим ал ьного дождевого стока определяется по данным при ложения 5 или для водосборов 0,1 - 100 км 2 по аналитической зависимости:

                                                    (7.6)

Расчетное значе ни е к оэффици ент а стока принято с учетом условий возможного образования стока на малых водосборах ра вным α p = 1 ,0.

Объем стока с учетом коэффициента редукции часовых осадко в определяется в м 3 по формуле:

                                            (7.7)

7 .5. Рек омендации по расчету дождевых расходов в го рных районах Таджик истана разработаны ( 7) в 1 976 - 79 гг. Пан филовой В.К.

П ри больш ой вертикальной протяженности горных бас сейнов м аксимальный дождевой сток образуется не н а всей площ ади водосбора, а только на час ти, расположенной ниже фрон та сн еготаяния (нулевой средн есуточной изотермы), так как выше оса дки выпада ют в твердом виде.

Для оценки максимального дождевого стока принята следующая формула пре де льной интенсивности

Q = 16,7 Qτp KF ( F 1 α 1 + F 2 α 2 ),                                  (7.8)

где Qτp - расчетная и н тенсивность осадков, соответствующая ВП для расхода воды, мм/ мин (приложение 10); KF - к оэфф ициен т редукции осадков по площади (табл. 7.6) ; α1, α2 - коэ ффициент стока с площадей водосбора освобожденных от снега ( K ) и со снежной п оверхности (располож енной ниже фронта таян ия) соотв етственно равные 0,25 и 0,8; F 1 - часть площади в одосбора, ра сположенная ниже снеговой линии, км2 (рис. 7.4); F 2 - часть площади водосбора, расположенная между снеговой л ини ей и фронтом снеготаяния.

Таблица 7.6

F , км2

ВП, %

0,1

1

2

5

10

KF

50

0,97

0,96

0,95

0,93

0,93

1 00

0,94

0,93

0,9 1

0 ,88

0,87

300

0,89

0,86

0,86

0,84

0,82

500

0,77

0,76

0,76

0,74

0,74

Рис. 7 .4 . Схема горного бассейна:

1 - граница бассейна; 2 - фро н т снеготаяния; 3 - граница снеговой линии; 4 - трасса дороги.

Положение фронта снеготаяния и границ снеговой лини и должно определяться для каждого водосборн ого бассейна Таджикистан а с учетом графика изменения дат прохождения мак си мального павод очного расхода (рис. 7.5) и графика в ертик ального изм енения фр онта снеготаяния и снеговой линии (рис. 7.6).

Рис . 7.5 . Гра ф ик изменения дат прохожд ения максималь ного расхода воды в зависимости от средне-взвешенной высоты бассейна рек Таджикистана.

Рис . 7.6 . Вертикальное и зменение фронта снеготаяни я и снегов ой лин ии :

1 - фр он т снегота ян ия, 2 - снеговая лин ия в бассейнах рек Сурхан -Да рь я и Кашка Дарья, 3 - с неговая линия в бас сейне реки Ва рзоб.

Расчет дождев ы х расходов по формуле ( 7.8) рекомендуется осущес твлять в следующем порядке:

1. Задается произво льная величина расхода воды, по которой следует вычислить в км/ час скорость руслового добег ани я:

vg = a J1/3 Q1/4,                                                           (7.9)

где  - п арам етр, з ависящий от шероховатости русла; J - средний уклон реки, ‰. Уклон оп ределяется по методу, и злож енному в «Ресурсах поверхностных вод. Осн овные гидрологические характеристики. Т. 1 4, вып. 3 . Бассейн Аму дарьи». Гид ром ет еоизд ат . Л., 1 966 г.

2. По выч и сленной скорости руслового добегания нужно определить время руслового добегания в мин.:

                                                  (7.10)

где L - длина главного водотока, к м.

3. Определяется время добегания воды по бас се йну в мин. (расчетная про должительность дож дя):

τб = 4,5 τ p                                                               (7.11)

4. Для вычисленного по формуле ( 7.11 ) времени добегания воды по бассейну следует определить по приложению 10 со ответствующую ему ин тенсивность дож девых осадков заданных ВП и района.

5. По формуле ( 7.8) с использованием вычисленной ра с четной и нтенсивности осадков следует определить первое приближение расхода.

6. По вычисленному расходу определяют аналогичным путем (см. п. 2.5) последующие приближения до тех пор, пока разница в величине расходов двух последних приближени й будет не более 5 %. После достижения этого расчет следует считать законченным.

8. Примеры расчетов

8. 1. Определение расчетного расхода воды заданной ВП

Требуется определить расчетный расход воды 1 % ВП для про ектируемого водопропускного сооружения, р асположенного согласно рис. 2.1 в 7 ливневом районе.

В результате инженерно-гидрометеорологических изысканий п олучены следующие исходные данные:

П лощадь водосбора                             F = 7,6 к м2

Длина главного лога                           L = 5,5 км

Уклон главного лога                           J = 0,005

П очв о-г рун ты однородны по всему вод осбору и представлены сугли нками.

П о чво-грунты водосбора имеют оптимальную влажность в естест венных услов иях.

Склоны водосбора покрыты лесом и кустарником средней густот ы .

Лог не име ет русловой системы.

Расчет может быть выполнен в следующей последовательности.

По формуле ( 2.2) определяем:

ap = 1 ,1 5 · 1 ,1 08 · 1 = 1 ,24 мм/ мин

где a час = 1,1 5 мм/ми н (см. п ри ложение 1),

Kt = 1 ,1 08 (см. п рилож ение 2),

KF = 1 (см. п риложение 3).

По формуле ( 2.3) и ( 2.5) определяем

α p = 0,6 5 · 0,89 = 0,58

где αo = 0,65 (см . п риложение 4).

δ e = 1 - 0, 1 05 · 1 ,07 · 1 = 0,89

при γg = 0,1 05 (см. п риложение 7)

β = 1 ,07 (см. п риложение 8)

П = 1 (см. п риложение 9).

По формуле ( 2.4) определяем:

K Ф = 0,77 + ( 1 - 0,77) × 0,0 5 = 0,7 8

гд е Ф = 0,7 7 (см. р ис. 2.2 п ри F : L = 1 ,38)

C = 0 , 05.

По формуле ( 2.1 ) определяем расчетный расход воды при φ = 0,35 (см . п риложение 5) и KJ = 0,78 (см . п риложение 6):

Q 1 % = 1 6,7 · 1 ,24 · 0,58 · 7,6 · 0,35 · 0,78 · 0,78 = 1 9,4 м3/ с.

Q 1 % = 1 9,4 м3/с.

8. 2 . Определение максимального расхода в сооружении с учетом аккумуляции

Исходные данные те ж е, чт о и в п. 8.2. Дополнительно к ним получе ны : ω = 1 70 м 2 , H пр = 2,2 м , Jo = 0,002 , sin α = 1 .

По формуле ( 2.10) о п ределяется объем дождевого стока:

Wp = 1 000 · 1 ,24 · 0,58 · 7,6 · 52 = 284000 м3

где ap = 1 ,24, αp = 0, 58, F = 7,6, t Ф = 52 мин.

По ф о рму ле ( 2.11) для нескольких заран ее зада нных глубин подпертой воды должны быть получены соответствующие величины объемов пруда аккумуляции:

По формуле ( 2.9) определяют значения мак с имальных рас ходов воды в водопропускном сооружении с учетом различных з аданных прудов аккумуляций:

Приложение 1

Максимальная часовая интенсивность дождя

№ районов (рис. 1)

ВП, %

10

5

4

3

2

1

0,3

0,1

a час , мм/мин

1

0,22

0,27

0, 2 9

0,32

0,34

0,4

0, 49

0,57

2

0, 29

0,36

0,39

0 , 42

0,45

0 ,5

0, 61

0,7 5

3

0,29

0,4 1

0,47

0 ,5 2

0,58

0,7

0,95

1 ,1 5

4

0,45

0,59

0,64

0,69

0,74

0,9

1 ,1 4

1 ,32

5

0,46

0,62

0,69

0,75

0 , 82

0 ,97

1,2 6

1,48

6

0,4 9

0,65

0,73

0,8 1

0, 8 9

1 ,01

1,4 6

1 ,73

7

0 , 54

0,74

0,82

0,89

0 ,9 7

1,1 5

1,5

1,77

8

0,79

0 , 98

1, 07

1,1 5

1 ,24

1,4 1

1,78

2 , 07

9

0,8 1

1 ,02

1 ,11

1,2 0

1, 28

1 ,48

1 ,83

2,1 4

1 0

0,8 2

1 ,11

1, 23

1 ,35

1,4 6

1 ,7 4

2,25

2 ,65

11

1 ,13

1 ,4

1 ,5

1 ,64

1,79

2

2 ,4

2,7

12

1 ,6

1, 85

1, 95

2,06

2,22

2,42

2, 72

3

13

2,9

3,22

3,35

3,5

3,63

3,86

4 ,2

4,48

14

3,9

4,27

4,39

4,5

4 ,7

4,93

5,4

5,7

Приложение 2

Коэффициент редукции часовой интенсивности осадков

F , км2

Ливневые районы СССР (рис. 1)

1

2, 3, 4

5, 6, 7

8, 9, 10

11, 12, 13, 14

Kt

0 ,00 01

4 ,7

4,35

4,2

3,9

3,5

0, 0 005

3,85

3,6

3,83

3,4

2,9

0,001

3

2,8

3,1

2,75

2,4

0,005

2,47

2,3

2,6

2,3

2

0,01

2, 1 5

1,95

2 ,1

1 ,9

1,7

0, 05

1 ,85

1,8

1 ,8

1 ,67

1,4

0,1

1 ,6

1 ,51

1 ,6

1 ,41

1,35

0,5

1 ,33

1,3 3

1 ,4

1 ,2

1,1

0,8

1,2 5

1,2 5

1 ,3

1 ,1

0,97

1

1 ,1 8

1,2

1 ,25

1 ,03

0,89

5

1 ,05

1 ,07

1 ,1 2

0,9

0,77

7

1

1

1 ,06

0,83

0,70

1 0

0,93

0,95

1

0,78

0,65

50

0,8

0,65

0,89

0,7

0,60

1 00

0,7

0,8

0,8

0,6

0,55

300

0,69

0,75

0,7

0,55

0,50

500

0,66

0,7

0,5

0,52

0,42

1000

0,63

0,65

0,6

0,47

0,35

3000

0,6

0,63

0,57

0,43

0, 3

5000

0,55

0,6

0,55

0,4

0,2 5

1 0000

0, 5 2

0,55

0,45

0,35

0,2

50000

0 ,5

0,5

0,4

0,3

0,15

100000

0, 46

0,42

0,33

0,25

0,2

Приложение 3

Коэффициент учета неравномерности распределения осадков

F , км2

Ливневые районы

1, 2

3, 4

5, 6

7

8, 9

10, 11, 12

KF

10

0,93

0,97

1

1

1

1

2 0

0,9

0,95

0 ,9 8

1

1

1

40

0,88

0,93

0,97

1

1

1

6 0

0 ,86

0,9 1

0,95

1

1

1

80

0,84

0,88

0,92

1

1

1

100

0,82

0,86

0 ,9

1

1

1

2 00

0,78

0,84

0,87

1

1

1

400

0,76

0,82

0,85

0,99

1

1

600

0,72

0,78

0,83

0,98

1

1

8 0 0

0,68

0,74

0,8

0,96

0, 9 9

0, 99

1 000

0,64

0,7 1

0,77

0,9 5

0,98

0, 9 8

2000

0, 6 2

0,67

0,75

0,9 3

0,96

0,97

4000

0 ,5 7

0,63

0,72

0,9

0,94

0 ,96

6000

0,5 1

0,57

0,67

0,87

0,91

0,95

8000

0,45

0,5 1

0,63

0,82

0,89

0,93

1 0000

0,39

0,45

0 ,5 6

0,74

0,85

0,91

20000

0 , 33

0,39

0,5

0,64

0,8

0,88

40000

0,28

0,34

0,43

0,54

0,72

0,77

6 0000

0,23

0,29

0 ,3 7

0,46

0,6 3

0,72

80000

0 ,1 8

0 ,24

0,32

0,4

0,6 1

0,69

1 00000

0, 1 4

0, 2

0,26

0,34

0,58

0,66

Приложение 4

Коэффициент склонового стока

Район

ВП, %

0,33

1

2

3

10

αо

П риморь е, ДВК, Северные районы Вьетнама, Непал, И ндон езия, Север ная Индия, В ост очный Пакис тан

1 - 0,9

0,9 - 0,8

0,8 - 0,7

0,7 - 0,6

0,4 - 0,3

Хабар ов ский к рай, Ч ерн ом орское п обе режь е Ка вказа, в осто чное З ак авказье, ливне о пасн ые предго рны е район ы Сре дней Азии, З апад ный Паки стан

0,9 - 0,8

0,8 - 0,7

0,7 - 0, 66

0,66 - 0,6

0,3

Ливне опасные районы Карпат, Крыма, Афганистана, Йемен а, Восточного И ран а и И рак а

0 ,8 - 0,75

0,75 - 0 ,7

0,7 - 0 ,6

0,5 5 - 0, 6

0,27

Заб айкаль е, П редгорье Карпат, горные и предгорные райо ны с реднего Урала; Л ес ост епн ая зона Европе йск ой части СССР, Монголи я

0,75 - 0,65

0,7 - 0,6

0,6 - 0,55

0,5 - 0 ,55

0,25

Ст епн ая з он а Евр оп ейской части СССР, Южный Урал, З ападн ая Сибирь

0, 6 5 - 0,55

0,55 - 0 ,5

0,5 - 0,45

0,45 - 0,4

0,2

Пустынные и полупустынные рай оны С редней А зии, Афга ни ст ана, Ц ентральной Индии и Цен тральной Азии; Южн ые районы тундры

0,55 - 0,5

0,5 - 0,4

0,4 - 0 ,3

0, 3 - 0,25

0 ,1 5

Приложение 5

Коэффициент редукции максимального дождевого стока

F , км2

φ

F , км2

φ

F , км2

φ

0,000 1

0,98

1

0,5

350

0,1 1

0,0005

0, 9 5

2

0,48

40 0

0,09

0,00 1

0,9

3

0,46

500

0,08

0,004

0,87

4

0,43

700

0, 0 7

0,005

0,86

5

0,4 1

850

0,06

0,0 07

0 ,84

6

0,39

1 00 0

0,05

0, 01

0,8

7

0,36

25 00

0,045

0,0 3

0,78

8

0,34

4000

0 ,042

0,0 5

0,75

9

0,3 1

5000

0,04

0, 07

0,72

1 0

0,29

7000

0, 032

0,1

0,67

25

0,25

8500

0,0 3

0,3

0,64

40

0 ,22

1 0000

0,029

0, 4

0,62

50

0, 20

25000

0,02 6

0 ,5

0,6

70

0 ,1 7

50000

0,022

0, 7

0,56

85

0, 1 4

70000

0,0 2

0,9

0,5 2

1 00

0 ,1 3

1 0000 0

0,018

Приложение 6

Коэффициент учета влияния крутизны водосборного бассейна

Уклон главного лога

Ky для водосбора

Односкатного и безруслового

С наличием русловой системы

асфальтобетонное и цементобетонное покрытие

щебеночное и гравийное покрытие

естественный задернованный склон

0,001

0,87

0,75

0,75

0,94

0,0 0 5

0,95

0,82

0,78

0,98

0,0 1

1 ,03

0,92

0,8

1 ,01

0 ,0 2

1 ,25

1,1

0 ,85

1 ,06

0, 0 3

1, 45

1 ,3

0,9

1 ,1 2

0,04

1 ,65

1 ,5

0,9 1

1 ,1 4

0,05

1, 8

1 ,65

0,93

1 ,1 6

0 ,06

2,0 3

1 ,85

0,95

1 ,1 8

0, 0 7

2,2

2

0,97

1 ,21

0,08

2,4

2,2

0,98

1 ,23

0,09

2,63

2,4

1

1 ,26

0,1

2,8

2,6

1 ,02

1 ,28

0,2

-

-

1 ,21

0 , 3

-

-

1 ,34

0,4

-

-

1 ,45

0,5

-

-

1 ,56

0,6

-

-

1 ,63

0,7

-

-

1 ,68

Приложение 7

Коэффициент учета проницаемости почво-грунтов на склонах водосбора

Категория почво-грунтов

Характеристика склонов бассейнов

γ g

Почво-грунты и поверхности стекания

Растительность

I

С к ал ьные , мерзлы е и плохо проницаемые грунты и пов ерхности стек ания

За д ерн ов аны е или отсутствует раст ител ьность

0,02

Густой лес с кустарником и т рав ой

0, 0 2 - 0,04

II

Глины, суглинки

Задерн ов аны

0,04 - 0,09

Густ о й лес с кустарником и травой

0,06 - 0,1 5

Так ыры

О тсутствует

0 ,06 - 0,12

III

Супесчаные и песча ны е грунты при ест е с твен ной влажности

Зад е рнов аны

0, 1 0 - 0 ,15

Густо й лес с кустарником и травой

0 ,1 5 - 0 ,2

IV

Сухие грун ты (п ески и лессы) в засушливых и пустынны х р айонах при нед остат очно й влажности

За к репленные

0 ,1 5 - 0 ,2

Незакрепленн ы е

0 ,2 - 0 ,2 5

Р ы хл ые грунты (осыпи и т.п.)

Незакрепленные

0,25 - 0,35

V

Скальн ы е породы в г орных условиях силь но трещиноватые по по верхности

Частично зак р епленные растит ельностью или к устарником

0,1 5 - 0,2

Н езакрепленны е

0,2 - 0 ,3:

VI

Торфы

Увл ажненны е

0,1 0 - 0,1 7

Осушенные

0, 1 5 - 0,25

VII

Г ру нты, загрязненные производственными отходами (горюче-смазочными материалами, цементами, известью и др. )

Отсутствует

0,04 - 0,0 9

Приложение 8

Коэффициент учета состояния почво-грунтов

Особенность стока

Категория почво-грунтов (см. приложение 7)

I

II

III

IV

V

Ст ок по п ром ерзлым почво-грунтам или по ле дяной корке

1

1 - 0,9

0,9 - 0,8

0,8 - 0, 7

0,8 - 0,2

Совпадение изб ыто чног о осеннего увлаж нения со стоком в весенний п ериод

1

0,9

0,8

0,7

0 ,7 - 0,65

Сток п о сухим пылев атым грун там (пески, лессы и т. п.) при во зможн ости обра зования грун тов ой корк и, п репятствующей быстрому прониканию воды в грунт

-

-

-

0,8 - 0,6

-

Пред в аритель ное увлажн ен ие грун тов к н ачалу расч етного паводк а в рай онах мусс онн ого климата

1 - 0 ,9

0,9 - 0 ,8

0 ,8 - 0,6

-

-

Влажность почво-грунтов в естестве нных условия х

1 ,05

1 ,05 - 1,1

1 ,1 - 1 ,1 5

1,1 - 1,15

-

Приложение 9

Поправочный коэффициент на редукцию проницаемости почво-грунтов

F , км2

Районы (см. рис. 2.1)

1, 2, 3, 4

5, 6, 7

8 - 14

II

≤ 1 00

1

1

1 - 0 ,9

200

0,91

0,86

0,72

3 00

0,84

0,7

0,54

400

0,77

0,63

0,32

500

0,7

0,52

0

600

0,63

0,4

-

850

0,46

0

-

1 00 0

0,3

-

-

1 250

0

-

-

Приложение 10

Расчетные интенсивности дождя по метеостанциям Таджикистана

ВП, %

Продолжительность, мин.

5

10

20

30

60

120

180

360

720

Ш ахринау

1

2, 2

1,6

1,1

0,83

0,53

0,39

0,32

0, 1 9

0,12

2

1 ,6

1 ,3

0,85

0,67

0,47

0,30

0,24

0, 1 4

0,09

5

1 ,4

1,2

0,75

0,6

0,43

0,28

0,22

0, 1 3

0, 0 8

1 0

1 ,2

0 ,95

0,65

0,5

0, 3 7

0,23

0, 1 9

0, 11

0,07

Байс ун

1

3,2

2,4

1 ,4

1 ,07

0,58

0 , 35

0, 2 5

0, 1 4

0,08

2

2,2

1 ,6

1 ,0

0,77

0,43

0,27

0, 1 9

0,11

0,06

5

1 ,8

1,5

0,9

0,7

0,4

0,24

0 ,1 7

0, 1

0,06

10

1 ,4

1,1

0,75

0,57

0,32

0,2

0,1 4

0,08

0,04

Комсомолабад

1

1,4

1 ,1

0,6

0,5

0,35

0,25

0,2 1

0, 15

0 ,0 9

2

1,0

0,75

0,45

0,37

0,25

0, 1 9

0, 1 6

0, 11

0,07

5

0 , 9

0,7

0,4 2

0,33

0,23

0, 1 8

0, 1 4

0, 11

0 ,07

10

0,7

0,5

0,35

0,28

0,2

0, 1 5

0, 1 2

0,09

0,06

Душ ан бе

1

3,4

2,7

1 ,85

1 ,43

0 ,8 2

0,45

0,33

0, 1 9

0 ,11

2

2,2

1,8

1 ,3

1 ,0

0 ,6

0,35

0,26

0, 1 5

0,09

5

2,0

1,6

1 ,1 5

0 ,9

0, 5 5

0 ,32

0,24

0 ,1 3

0,08

10

1,5

1,2

0,9

0,73

0,4 3

0,2 6

0,2

0, 1 1

0,07

Гушары

1

1 ,6

1,6

1 ,05

0,9

0,6

0,41

0,32

0,2 1

0, 1 3

2

1,2

1, 1

0,7 5

0,63

0,43

0,3 1

0,24

0,15

0,1

5

1 ,0

1,0

0,6 5

0,5 7

0,4

0,2 8

0 ,22

0,12

0, 09

10

0,8

0,8

0,5

0,43

0,3 2

0,22

0 ,1 7

0, 11

0,08

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 . Инструкция по расчету ливневого стока воды с малых бассейнов. ВСН 63-76 , М ., О рг трансст рой Мин трансст роя СССР, 1 976. 1 03 с.

2 . Мет оди чески е ук азания респ ублик ан ским и территориальным управлениям по гидрометеоро логии и контролю природн ой среды № 92. Г ГИ , Л., Гид ром ет еоиздат, 1 979, 47 с.

3 . М етодические указани я по инженерно-гидрометеорологическим и зы ск аниям автом обильных дорог. М., Сою здорпроект, 1 974, 2 78 с.

4. Ме т оди че ск ое руководство по гидрологическому обследов анию водотоков и разработке регионал ь ных норм ма ксима ль но го с тока при проектировании автомобильн ых дорог. М ., С ою зд орп роек т. 1 970. 1 53 с.

5. Наставле н ие по и зы ск аниям и проекти рованию железнодорожны х и а в тодорож ных мостовых переходов через водо токи. М., « Транспорт» 19 72. 279 с (Минт рансстрой СССР).

6 . Опыт обоснования расчетны х максимумов дождевого стока для строитель ства внегородских автомобильных дорог. Цен тральное п равлен ие НТО автомобильного транспорта и дорожного хозяй ства. М., Т ран спорт, 19 79. 64 с.

7. Панфило в а В.К . Расч ет максимальных расходов воды при п роекти ровани и малых искусственн ых сооружен ий в горн ых рай онах. М., Т ран сп орт, 1 978. Труды Сою здорнии вып. 1 09, с. 5 2 - 63.

8. П е ревозник ов Б.Ф . Гребенчатые волны - новое явление в гидрологии - «Авто мобильные дороги», 1 974, № 6, с. 1 8 - 20.

9. Пе ре вознико в Б.Ф. Расчеты м аксимал ьного стока п ри проекти ров ании до рожных сооружений, М., « Транспорт», 1 975, 30 4 с.

10. Перево зник ов Б.Ф. Набег воды на опоры мостов - Автомоби льные дороги.

1 1. Рахим С аадун Сад ак. И сследов ание и разработка норм м аксим ал ьн ого стока для расчета водоп ропу скных сооруж ений на территории И рака. Автореферат ди ссертации н а сои скани е ученой степен и к анди дата техни ческих наук. М., МАДИ , 1 975, 31 с.

12. Р уково дство по гидравлическим расчетам малых и скусств енны х сооруж ен ий. М., « Транспорт», 19 74, 296 с (ЦНИИ С - Гл автран с п ро ек т).

13. Соколовск и й Д.Л . П редельные модули максим ального стока на реках з ем ного шара и методика их определения. В кн.: Исследо вания речного стока и в одного баланса. Л., Гидрометеоиздат, 19 63, с. 3 - 8 (Труды Гос. г идрологического ин сти тута. В ып. 1 63).

14. Сок оловский Д.Л. Речной сток. Л., Гид роме теои зд ат, 1968 . 538 с.

15. Ст ро ительные нормы и п равил а. ч. II . Р азд. А. Гл. 1 3. Инжене рны е изы скан ия для строительства. Осн ов ные полож ения (СНиП II -А.1 3- 69), М., Ст ройи здат, 1 970, 2 4 с.

16. Строительные нормы и правила, ч. II . Гл. 9. Инж ен ерные изыскания для с троительства. Основные полож ен ия (СНиП II -9-78). М., С т ройи зда т, 1 979, 23 с.

17. Указания по определению расчетных гидрологических характ е ристик (СН 435-72). М ., Госстройи здат, 1 972, 3 6 с.

18. Ука зани я по расчету дожде вых расходов. М., С ою здорп роект , 1 971 , 35 с.

19. Указания по расчету дождевых расходов. М. , Союзд орп роект , 1 973, 40 с. (Сою здорпроек т - Г лавтранспроект).

20. Ш а хид ов А.Ф. Расчет м аксимального стока с малых водосборов. - Автомобильны е дороги, 1 980, № 7, с. 2 6 - 27.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . 1

1. Нормативные методы расчета и регулирования максимального стока, анализ и порядок их применения к решению задач автодорожного строительства . 2

2. Расчеты максимального дождевого стока и его аккумуляции при отсутствии длительных гидрометрических наблюдений и на начальных стадиях проектирования . 6

3. Учет естественного регулирования максимального стока . 15

4. Расчеты искусственного регулирования максимального стока хозяйственной деятельностью на водосборах . 32

5. Состав и методы инженерно-гидрометеорологических изысканий максимального стока . 45

6. Обобщение результатов инженерно-гидрометеорологических изысканий и разработка линейно-региональных норм максимального стока . 54

7. Особенности расчета максимального дождевого стока в некоторых специфических регионах . 69

8. Примеры расчетов . 77

Приложение 1. Максимальная часовая интенсивность дождя . 78

Приложение 2. Коэффициент редукции часовой интенсивности осадков . 78

Приложение 3. Коэффициент учета неравномерности распределения осадков . 79

Приложение 4. Коэффициент склонового стока . 79

Приложение 5. Коэффициент редукции максимального дождевого стока . 79

Приложение 6. Коэффициент учета влияния крутизны водосборного бассейна . 80

Приложение 7. Коэффициент учета проницаемости почво-грунтов на склонах водосбора . 80

Приложение 8. Коэффициент учета состояния почво-грунтов . 81

Приложение 9. Поправочный коэффициент на редукцию проницаемости почво-грунтов . 81

Приложение 10. Расчетные интенсивности дождя по метеостанциям Таджикистана . 81

Список литературы .. 82

Еще документы скачать бесплатно

Интересное

Армирование Гост 8328 75 Гост сетки арматурные сварные Испытание предохранительных Поясов Катет сварного шва Наружные пожарные лестницы требования Перечень работ повышенной опасности Плиты покрытия размеры Позиционный допуск Проточка Рмг 29 99 Сварка арматуры гост Состав рабочей документации в строительстве Требования к пожарным шкафам Усадка песка при уплотнении