По данным регистрации дождей, одновременно зафиксированных на нескольких метеостанциях, должны быть построены схематические карты изолиний наиболее сильных ливней. При недостаточности метеостанций или их редком расположении по территории района должны быть вместо карт построены маршруты изолиний либо по направлению изыскиваемой дороги, либо по направлению нескольких метеостанций. Рис. 10 Карта-схема изолиний дождя 4-VI-67г., наблюдаемого одновременно на трех метеостанциях. В районах с недостаточной изученностью при проведении изолиний допускается линейная интерполяция между метеостанциями (рис. 10). Для перехода от осадков в центре дождя к осадкам на различных площадях водосборов необходимо установить переходные коэффициенты, учитывающие снижение расчетных величин осадков от увеличения площади одновременного орошения дождем. С этой целью для различных площадей (Fi) или длин маршрутов (Li), ограниченных изолиний (Нi) вычисляются средневзвешенные (по площади или длине маршрутов) суммы осадков и строится зависимость: Hi ср.взв. = f (Fi или Li), Подобная зависимость для одного из районов изысканий приведена на рис. 11. Рис. 11. Кривые зависимости Нi сp.взв. = f(Li) дождей продолжительностью 24 часа В качестве расчетной принимается верхняя огибающая, характеризующая максимальный из наблюденных ливней. При наличии достаточного количества многолетних данных по дождям может быть выполнена вероятностная оценка принимаемой огибающей. Расчетные значения средневзвешенных слоев осадков для различных площадей или длин маршрутов, установленные по верхней огибающей, заносятся в таблицу 2 для дальнейшего анализа. При недостатке данных наблюдений по плювиографам схематические карты или маршруты изолиний (изогнет) могут быть составлены по данным дождемеров. Для перехода от расчетных осадков в центре ливня к осадкам на различных площадях применяются коэффициенты редукции (уменьшения) осадков по площади (KF) или по длине выбранного маршрута (KL) определяемые по следующей формуле: где Hi ср.взв - средневзвешенный слой осадков на площади Fi или длине маршрута Li, принятый по верхней огибающей, мм; Н0 - слой осадков в центре дождя, в мм. Для определения слоя осадков в центре дождя принимается расчетный дождь. Таблица 2
По вычисленным значениям: коэффициента редукции производится построение зависимости KF = f(F или L) (рис. 12) и составляется таблица расчетных значений коэффициента редукции осадков по площади (табл. 2) в данном районе изысканий. Рис. 12 Зависимость коэффициента редукции осадков от длины (площади) одновременного распространения дождей в одном из районов изысканий В тех районах, где для установления коэффициента редукции были использованы маршруты изолиний, должен быть установлен переход от длин намеченных маршрутов к величинам площади. С этой целью применяется следующая: формула: F = BL. (7) где B - коэффициент, учитывающий форму площади одновременного выпадения дождя. Значения этого коэффициента определяются в не изученных районах косвенными методами с учетом синоптической обстановки и географического расположения района. При экспедиционных гидрометеорологических наблюдениях коэффициент "В" - может быть уточнен путем установления одновременности выпадения дождей между пунктами, расположенными перпендикулярно к расчетному направлению длины маршрута, и определяемся как максимальное расстояние между этими пунктами. 3. Определение расчетных величин осадковДля установления зависимости максимальной интенсивности осадков от их продолжительности должны использоваться все имеющиеся записи дождей самописцами или дождемерами. предварительно необходимо произвести их систематизацию по пунктам наблюдений и приведение у единой размерности, т.е. к величинам в мм/мин. Одновременно проверяется достоверность этих материалов. Для каждого интервала времени производится выборки, которые подготавливаются к статистическим расчетам. Рис. 13 Зависимость интенсивности дождя от его продолжительности По данным статистической обработки для каждого интервала времени вычисляются величины интенсивностей осадков (αТ) для нескольких ВП. Рекомендуется иметь данные для вероятностей превышения 0,3%, 1%, 2% и 3%. По вычисленным значениям αТ должна быть построена зависимость интенсивности осадков от продолжительности αТ = f(T) по каждой метеостанции. На рис. 13 представлена такая зависимость для одной из метеостанций. Для аналитической оценки расчетной интенсивности осадков по продолжительности может быть использована известная формула ГГИ: (8) где αT - расчетная максимальная интенсивность осадков в мм/мин., S - предельная интенсивность осадков при Т = 1 мин. мм/мин., Т - расчетная продолжительность дождя, n - показатель степени редукции осадков по продолжительности, С - поправочный коэффициент, учитывающий уменьшение интенсивности в зоне малых продолжительностей. Опыт применения зависимости (8) показывает, что значение показателя степени "n" в интервале продолжительности более часа изменяется сравнительно мало, в пределах 0,60-0,77 и остается постоянным для каждой метеостанции. В интервале от 1 до 60 мин. показатель степени изменяется в пределах 0,25-0,60. Определение поправочного коэффициента С производится индивидуально для каждой метеостанции по эмпирическим точкам, полученным в результате обработки рядов осадков для интервалов продолжительности менее 1 часа и нанесенным на рис. 6. В случае отсутствия данных для оценки зависимости (8) в интервале малых продолжительности возможно принимать значение С равным единице. Это допущение позволит определять величины интенсивностей осадков с некоторым запасом, что может быть оправдано только в неизученных районах. Учитывая, что в интервале времени от 1 часа до трех суток зависимость αТ = f(T) имеет прямолинейный характер, возможно, имея только сведения по осадкомерам построить указанную зависимость в этом интервале и путем графической экстраполяции определить величины интенсивностей дождя для времени 1 час. Для этой цели необходимо произвести статистические расчеты максимальных сумм осадков продолжительностью 1, 2 и 3 суток и выполнить построение зависимостей αТ = f(T) в логарифмических шкалах по аналогии с рис. 13. Рис. 14 Зависимость интенсивности дождя с продолжительностью в интервале от 1 часа до 3-х суток При крайней недостаточности исходных данных по этим графическим связям могут быть вычислены (с некоторым запасом) величины интенсивностей осадков для интервала продолжительности 30 минут. Одновременно c вычислением интенсивностей по приведенным на рис. 13 и 14 графическим зависимостям необходимо установить значение показателя редукции осадков по продолжительности (n), которое определяется как тангенс, угла наклона кривой αТ = f(T). Следует иметь в виду, что величина показателя редукции может изменяться не только по каждой метеостанции, но и в зависимости от различных значений ВП расчетных осадков. Для практических целей следует принимать одно значение показателя редукции осадков для каждой метеостанции, оценивая его величину в диапазоне ВП 0,3-3%, рекомендуемом СНиП II-Д.5-62 для дорог. Поскольку вычисленные значения расчетных интенсивностей и показателей редукции осадков будут иметь различные значения на исходных метеостанциях, необходимо произвести схематическое распределение указанных величин требуемой ВП для всей территории регионального района или для заданного направления проектируемой дороги. Схематическое распределение целесообразно произвести в виде карт изолиний или таблиц. В качестве расчетных интенсивностей должны быть приняты интенсивности за интервалы 80 и 60 мин. В случае невозможности картирования по территории всего района, должно быть произведено обоснование выбора расчетной метеостанции или группы метеостанций, которые могли бы характеризовать ливневые условия для расчета максимального стока в районе проектирования или на определенных участках дороги. Для установления репрезентативных ливневых условий в конкретном регионе с установлением количественных ливневых характеристик необходимо выявление зависимостей расчетных максимумов осадков от местных условий. С этой целью предполагается необходимым построение графиков зависимостей рекомендуемых расчетных ливневых характеристик от высоты местности (Н) и географических координат (широты φ и долготы λ). С помощью этих зависимостей может быть получено более надежное и обоснованное распределение расчетных ливневых характеристик по заданной территории. Для районов с недостаточным количеством исходных метеостанций должен быть рассмотрен вопрос о возможности географической интерполяции расчетных максимумов осадков из районов изученных, в районы неизученные. В практике встречаются два наиболее характерных случая: - когда неизученный район расположен внутри контура метеостанций. - когда неизученный район примыкает одной или несколькими из своих сторон к ряду метеостанций. В зависимости от этого применяются методы географической интерполяции внутрь контура и с внешней его стороны. В том и другом случае границы географической интерполяции определяются конкретными условиями проектирования. Методы географической интерполяции определяются степенью изученности района и конкретными метеорологическими условиями, анализ которых должен иногда выходить из проделов района проектирования. Методы географической интерполяции являются более обоснованными, чем методы отдаленных аналогий с другими физико-географическими районами. В связи с тем, что в некоторых неизученных районах наблюдения за осадками ведутся или производились только осадкомерами, возникает необходимость определения слоев осадков продолжительностью 1 час по данным о суточных максимумах. Слой осадков часовой продолжительности может быть определен по следующей формуле: Нчас = Kчас ×Нсут. мм (9) где Kчас - переходный .коэффициент от суточной суммы осадков в часовой, определяемый по формуле: (10) где n - показатель степени редукции осадков по продолжительности. В муссонных районах переходный коэффициент Kчас может изменяться по территории в пределах 0,30-0,45 для дождей 1-2% повторяемости. В некоторых методах расчета максимальных расходов находит применение ливневой параметр (Sp), величины которого приведены в различных литературных и инструктивных материалах. Однако, эти источники содержат сведения только по отдельным метеостанциям СССР. Для возможности определения величины ливневого параметра Sp в любом районе проектирования предлагается использовать следующую формулу: (11) Применение формулы (11) предполагает непрерывную длительность дождя в течение 60 мин., что характерно для территорий как с затяжными дождями, так и с небольшой длительностью. Для территорий, где максимальные расходы формируются от обложных дождей продолжительностью сутки и более величина Sр определяется по формуле: (12) При необходимости использования ливневого параметра в расчетах максимальных расходов целесообразно произвести схематическое районирование вычисленных величин Sp, по территории. В районах, где в качестве исходных используются данные наблюдений по осадкомерам в расчетные величины суточных осадков должны вводиться поправочные коэффициенты, учитывающие разницу в величине суточных максимумов за метеорологические сутки (с 19 часов по 19 часов последующих календарных суток) и фактическим количеством осадков, которое может выпасть за любые 24 часа, не совпадающие со сроками производства наблюдений на метеостанциях. Величины поправочных коэффициентов зависят от длительности многолетних наблюдений и характера ливневых дождей в том или другом районе. Для ориентировочных проектных соображений могут быть приняты следующие величины поправочных коэффициентов: Таблица 3
При выполнении экспедиционных гидрометеорологических наблюдений необходимо уточнять значение поправочного коэффициента для данного района путем проведения дополнительных наблюдений за наиболее сильными дождями. 4. Расчет осадков по коротким рядам наблюденийПри отсутствии многолетних наблюдений по исходных метеостанциях возникает необходимость привлечения коротких рядов наблюдений путем совместного использования данных нескольких метеостанций. Объединение коротких рядов осадков по нескольким пунктам производится с целью расширения исходной информации о величинах возможных осадков и их вероятностном распределении во времени и пространстве района изысканий. Основным условием объединения данных нескольких, метеостанций в одну статистическую совокупность является случайность и независимость отдельных выборок. В качестве выборок подразумеваются ряды ежегодных максимальных величин осадков. Основные условия возможного объединения отдельных выборок в один ряд: - отсутствие хронологической синхронности по датам наблюдений на объединяемых метеостанциях; - отсутствие совпадений в изменениях выборочных максимумов осадков по годам наблюдений по группе метеостанций; - отсутствие связи выборочных максимумов осадков между исходными метеостанциями; - отсутствие изменений статистических параметров индивидуальных выборок ( и Сv) по территории района. Для подтверждения хронологической независимости объединяемых величин осадков необходимо произвести анализ по датам их наблюдений на всех исходных метеостанциях с регистрацией случаев совпадения в результирующей таблице. Рис. 15 Изменение максимальных ежегодных суточных максимумов осадков за период 1895-1942 г.г. по метеостанциям района. Максимумы, принадлежащие к одному дождю, подлежат исключению при составлении объединенного ряда за исключением одного - наибольшего из всех наблюденных на нескольких метеостанциях. Для более полной характеристики условий синхронности рекомендуется производить построение зависимости изменений выборочных величин ежегодных максимумов осадков по всем годам наблюдений на исходных метеостанциях, данные которых предполагаются к объединению. Подобная зависимость представлена на рис. 15 для одного из районов. Анализ указанной зависимости позволяет оценить наличие синхронности по всем метеостанциям как за весь период наблюдений, так и за отдельные годы, а также выявить тенденции синхронности на последующие годы. Исключению подлежат отдельные максимумы и группы максимумов, имеющие одинаковые изменения за интервалы времени, хронологические общие для объединяемых метеостанций, за исключением одного (или одной группы) наибольшего максимума из всех с одинаковыми (синхронными) изменениями. Независимость объединяемых величин осадков может быть установлена путем построения графиков связи между различными метеостанциями. Оценка связи может быть выполнена как графически, так и аналитически путем вычисления коэффициентов корреляции. Наличие и отсутствие связи выявляется по всем намеченным к объединению метеостанциям между собой. При обнаруживании связи между двумя метеостанциями из дальнейшего рассмотрения исключается та метеостанция, данные которой имеют меньшие величины максимумов осадков и имеют связь с другими метеостанциями. Рис. 16 Связь максимальных ежегодных суточных максимумов осадков по двум метеостанциям При объединении выборок предполагается не только общность типа кривой обеспеченности, но и общность значений параметров индивидуальных кривых обеспеченностей. С этой целью необходимо выявление зависимости среднемноголетних величин исследуемых осадков и коэффициентов вариации от высоты местности, географической долготы и широты: . Наиболее целесообразны графические построения, выполненные по аналогии с рис. 17, 18, 19. В результате анализа указанных зависимостей должны быть установлены те метеостанции, данные которых могут быть использованы при объединении. Для устранения неоднородности среднемноголетних величин (или имеющейся их слабой зависимости по территории района) может быть применен прием усечения отдельных выборочных рядов путем исключения из рассмотрения некоторого интервала низких величии ежегодных максимумов по отдельным объединяемым метеостанциям. Рис. 17 Зависимость среднемноголетних величин осадков от географической долготы местности Составление объединенного ряда рекомендуется, производись с учетом требований, изложенных выше. Длина общего ряда определяется суммой длин отдельных рядов или частей этих рядов, признанных пригодными для объединения. Ранжирование объединенных максимумов необходимо производить до их абсолютным величинам, располагая их в общем ряду в убывающем порядке. Статистическая обработка объединенного ряда производится обычным путем. Оценку эмпирической повторяемости рекомендуется производить по длительности всего ряда с использованием следующей формулы: (13) где m - порядковой номер члена объединенного ряда; n - длина объединенного ряда. Определение расчетных величин осадков производится по кривой вероятностей, построенной по эмпирическим точкам объединенного ряда. Построение эмпирической кривой необходимо производить на клетчатке нормального распределения с обычной линейной вертикальной шкалой, что позволит определить характер полученного распределения и подобрать наиболее целесообразную кривую вероятностей для экстраполяции в область редких повторяемостей. Средние величины суточных максимумов Максимальные суточные максимумы Рис. 18 Зависимость ливневых осадков от высоты местностиПри объединении данных, наблюдаемых за короткий промежуток времени, следует учитывать, что они могут принадлежать к одному периоду времени. Это обстоятельство не дает права использовать объединенные ряды для характеристики расчетных величин осадков резкой ВП без учета возможных колебаний этих величин во времени. Опыт показывает, что величины расчетных максимумов, полученные по объединенным коротким рядам, могут значительно отличаться от наблюдаемых в последующие годы. Поэтому обоснование принимаемых к расчету величин осадков должно производиться в каждом конкретном районе с учетом их возможных колебаний. Рис. 19 Зависимость коэффициента вариации осадков от географической долготыНедоучет возможных ошибок при расчете ливневых характеристик по коротким рядам, объединяемых без достаточного обоснования, приводит к занижению величин максимальных расходов в неизученных районах. Для возможного учета этого обстоятельства рекомендуется принимать следующие ориентировочные значения поправочных коэффициентов к вычисленным величинам расчетных максимумов осадков, определенным по объединенным рядам: Таблица 4
При расчете осадков только по коротким рядам осадков в расчетные величины требуемой ВП должны вводиться гарантийные поправки, а также поправочные коэффициенты, приведенные в табл. 4. 5. Оценка ливневых осадков по укрупненным климатическим характеристикамДля оценки достоверности расчетных максимумов осадков, вычисленных по коротким или объединенным рядам, отдельных наблюденных: максимумов, восстановления пропусков в рядах осадков, а также возможного удлинения отдельных рядов могут быть использованы более укрупненные климатические данные в виде месячных и годовых сумм (МC и ГС) осадков. Эти климатические характеристики имеют, как правило, более длительные ряды наблюдений, публикуемые в справочной литература, что делает их более доступными для привлечения к расчетам дождевых осадков. Рис. 20 Зависимость максимальных ежегодных суточных максимумов от месячных сумм осадков С этой целью могут быть построены зависимости суточных сумм (СМ) от МС (рис. 20). В качестве исходных должны быть использованы величины ежегодных максимумов указанных климатических характеристик. Учитывая некоторую приближенность получаемых зависимостей, необходимо производить оценку всей амплитуды колебаний поля точек путем установления доверительных интервалов. В качестве доверительных интервалов применимости могут быть рекомендованы крайние огибающие с 95% уровнем обеспеченности, верхняя к нижняя ветвь которых характеризуется следующими уравнениями: СМ95% = KHn, (14) где K - эмпирический коэффициент, H - величина климатической характеристики. Величины K и H определяются в каждом конкретном районе. Применение зависимости (14) для целей восстановления припусков в рядах наблюдений и для определения расчетных характеристик осадков сопряжено с возможными погрешностями, оценку которых необходимо производить в каждом районе. Применение укрупненных климатических характеристик в виде месячных сумм может быть признано необходимым только при крайней недостаточности данных наблюдений. Применение верхних огибающих может быть целесообразным для оценки максимально возможных (предельных) суточных максимумов в районе изысканий. Использование зависимостей МС = f(ГC) может быть целесообразно только для некоторых районов и лишь для оценки максимально возможных месячных сумм. Зависимость СМ = f(ГC) не прослеживается в достаточной мере для практических расчетов и поэтому не может быть рекомендована к применению. V - Разработка и обоснование региональных зависимостей максимальных
расходов
|
№№ п/п |
Географические районы |
П |
1 |
2 |
3 |
1 |
Бассейн Верхнего и Среднего Амура |
0,40 |
2 |
о. Сахалин |
0,40-0,45 |
3 |
Районы ДВК: |
0,36-0,42 |
|
Южное Приморье |
0,37 |
|
Горные и полугорные районы Приморья (Амурская обл. и Еврейская А.О) |
0,40 |
4 |
Украинская ССР |
|
|
(Приазовская возвышенность, юго-восточные склоны Волыно-Подольской возвышенности. Верховья р. Десны) |
0,50 |
5 |
Восточные Карпаты |
0,50 |
6 |
Центральные черноземные области (малые водотоки) |
0,58 |
7 |
Южно-Уральская ж.д. |
0,57 |
8 |
Волгоградская область |
0,56 |
9 |
Колыма |
0,23 |
10 |
Московская область (малые водосборы F менее 0,3 км2) |
0,49-0,56 |
11 |
Корея |
0,25-0,30 |
12 |
Северная Индия |
0,25 |
13 |
Непал |
0,33 |
14 |
Бирма |
0,35 |
15 |
Северный Вьетнам F > 50 км2 |
0,35 |
|
F ≤ 50 км2 |
0,20 |
Для районов неизученных в качестве первого приближения величину показателя степени редукции следует принимать равной 0,33-0,40. Уточнение этих величин производится индивидуально в каждом районе изысканий.
Верхней границей правомерного применения вычислений величины показателя редукции является максимальная величина водосбора, использованного для установления этого значения показателя редукции.
Нижняя граница определяется потребностями расчетов на конкретном объекте по величине минимального водосбора. В этих границах рекомендуется принимать значение показателя редукции постоянным.
2. Оценка повторяемости наблюденных максимальных расходов
Установление повторяемости наблюденных расходов необходимо производить по следующим способам:
- по данным многолетних наблюдений на водпостах;
- по повторяемости паводков на реках-аналогах;
- по литературным и архивным источникам;
- по данным опроса старожилов;
- по давности следов прошедших паводков на местности;
- по ботаническим признакам;
- для малых водосборов по многолетним данным об осадках;
- по повторяемости стокообразующих факторов;
- путем удлинения рядов гидрологических характеристик.
При наличии данных многолетних наблюдении производится статистическая обработка рядов ежегодных максимумов, построение кривой повторяемости наблюденных максимумов и экстраполяция до значений максимумов редкой вероятности превышения.
При расположении пункта, наблюдения на значительном расстоянии от расчетного створа перехода полученные отметки уровней различной повторяемости необходимо перенести на переход и путем сопоставления с наблюденными ГВВ установить требуемую ВП прошедшего паводка или нескольких паводков.
В случаях отсутствия многолетних наблюдении непосредственно на водотоках, пересекаемых трассой дороги для оценки повторяемости должны быть привлечены сведения о прохождении паводков на реках-аналогах, близлежащих к рассматриваемому району. Оценка повторяемости наблюденных расходов производится в этом случае приближенно и заключается в сопоставлении дат прохода паводков редкой повторяемости и обосновании степени однородности факторов, определяющих формирование максимального стока на реках-аналогах.
Однако, следует иметь в виду, что ВП паводка имеет переменную величину на одном и том же водотоке и изменяется по его длине в зависимости от изменении величины и формы водосборного бассейна. В связи с этим указанный косвенный прием может быть наиболее эффективен при определении ВП на малых водотоках, а также в муссонных районах с продолжительной ливневой деятельностью.
В районах с менее продолжительными дождями целесообразно в качестве аналогов использовать бассейны, схожие по величине и фирме, а оценку повторяемости наблюденных максимумов производить путем непосредственного переноса ВП с аналога на расчетный створ.
Сведения о повторяемости наиболее высоких исторических горизонтов, сопровождавшихся катастрофическими паводками и наводнениями возможно получить из литературных, архивных и летописных источников. Тщательное изучение этих материалов позволяет о достаточной степенью надежности определить годы прохода наиболее выдающихся паводков.
При ознакомлении с литературными, архивными и другими источниками необходимо обращать внимание и на сведения о повторяемости паводков на реках близлежащих районов. Нередко годы прохода катастрофических наводнений совпадают в нескольких различных районах.
Для оценки повторяемости наблюденных максимумов, наряду со сведениями о катастрофических паводках представляют интерес сведения о засушливых годах и самых низких паводках, а также частота их чередования, продолжительность катастрофических паводков и размеры причиненных убытков. Эти сведения могут быть получены из специальной гидрологической и метеорологической литературы, реферативных и других журналов, из газет, в городских и других архивах и в краеведческих музеях.
Сбор сведений о повторяемости прошедших паводков рекомендуется производить в подготовительный период до начала полевых работ. Полученные сведения должны быть оформлены в виде выписок или актов с указанием источника и место его хранения.
Сведения из литературных источников должны бить дополнены сведениями, собираемыми при полевом обследовании путем опроса местных жителей, проживающих в рассматриваемом районе.
Для оценки повторяемости наблюденных максимумов наибольший интерес представляют сведения наиболее пожилых жителей, которые без выезда живут в данном районе и являлись очевидцами паводков. Сведения, получаемые у старожилов, должны содержать годы и даты прохода паводков, обстоятельства событий и период времени, эй который наивысший паводок не повторялся, частоту затопления пойм.
Показания старожилов рекомендуется оформлять актом, в котором записываются все сведения, полученные при опросе; фамилия, имя, отчество, год рождения и адрес жительства. При составлении акта обязательно указывается, выезжал ли старожил с места жительства и в какой период отсутствовал.
Для получения наиболее достоверных сведений о повторяемости прошедших паводков необходимо опрашивать нескольких старожилов, проживающих в разных местах и на разных берегах роки.
Рекомендуется опрос вести раздельно и поочередно с каждым из старожилов. Составление акта необходимо производить сразу же после опроса, чтобы не занести в один акт показания нескольких старожилов и не затруднить определение достоверности событий при проходе одного и того же наводка.
Одновременно с опросом старожилов необходимо производить опросы более молодых жителей с целью определения повторяемости паводков, прошедших в последние годы, следы которых зафиксированы либо по опросам жителей, либо по другим признакам.
При составлении акта необходимо как можно полнее записать сведения, полученные от опрашиваемого. Но следует отбрасывать данные, в которых житель сомневается или указывает несколько дат прохода одного и того же паводка, так как эти сведения могут быть полезны при дальнейшем анализе.
Представляют особый интерес сведения о редких паводках, которые могли быть сообщены старожилу родителями или более пожилыми людьми. Это обстоятельство должно быть установлено при опросе и отображено в акте.
Опрос старожилов должен производиться непосредственно начальником изыскательской партии. Количество опрашиваемых должно зависеть от наличия населенных пунктов и достоверности получаемых сведений по каждому переходу.
Сведения, полученные у старожилов, должны бить сопоставлены и увязаны с имеющимися литературными данными.
Если известно, что ГВВ наблюдался как наибольший за период n лет, то вероятность превышения этого паводка рекомендуется оценивать по формуле (16) как для первого члена ряда выборочных величин максимальных ежегодных уровней, расположенных в убывающем порядке:
где m - порядковый номер выборочных величин максимумов.
Если в результате опроса старожилов удалось установить положение 2-го и 3-го по величине ГВВ в убывающем ряду, ко эмпирическая повторяемость этих максимумов может быть также определена по формуле (16), для соответствующего порядкового номера.
В необжитых районах для оценки повторяемости прошедших паводков могут быть привлечены следы на местности. При определении ГВВ по смыву загара или мохового покрова на скалах верхняя граница полосы смыва может приниматься за уровень с вероятностью превышения Рэ = 20-25%. Для муссонных районов с коэффициентом вариации Ci максимальных расходов, равными 0,2-0,4 верхняя граница полосы смыва отвечает уровню воды с, вероятностью превышения 2-3%.
Установилось мнение о той, что следы паводков на местности в виде следов наносов на коре деревьев и берегах, остатков сухих веток, трави на деревьях и кустарнике следует относить к паводкам повторяемостью 10-20 лет.
Однако, следы на местности могут принадлежать паводку и более редкому, нежели повторяемостью 5-10%.
Следы на местности помогают более уверенно определять давность прохода паводка их оставившего, но не вероятность превышения. Как правило, следы сохраняются на местности в течение 10-15 лет, если не пройдет наводок более высокий и не смоет их.
Дли оценки вероятности превышения наводка по следам необходимо привлекать и другие известные косвенные способы.
Определение периода с момента прохода высокого паводка целесообразно производить по ботаническим признакам. Год прохода паводка возможно установить по молодой поросли на деревьях, поваленных и погибших поело подмыва берега или принесенных во время корчехода, путем определения ее возраста по годовым кольцам. Новая поросль на деревьях появляется спустя 0,5-2 года в зависимости от климатических условий района.
Год прохода паводка может быть установлен также по виду пойменной древесной растительности и ее возрасту, который целесообразно определять по годовым кольцам или другим признакам.
Определенную ценность представляет изучение возраста растительности на пойменных озерах, староречьях и протоках. По этим признакам может быть оценена с достаточной степенью приближенности частота затопления пойм.
При недостаточности сведений о повторяемости прошедших паводков должны бить привлечены многолетние данные наблюдений за осадками, если такие производились в данном районе.
Для малых водотоков расчетная повторяемость паводка может бить установлена по повторяемости осадков, зафиксированных на близлежащей метеостанции или по эмпирической повторяемости наибольшего суточного максимума в случае отсутствия многолетних данных. При расчете по многолетнему ряду расчетная повторяемость паводка не должна быть менее повторяемости наибольшей из наблюденных величин осадков.
Определение повторяемости паводков по повторяемости дождевых осадков рекомендуется производить по следующей формуле:
Рр паводка = Рр осадков×K (17)
где K - коэффициент, суммарно учитывающий влияние климатических, почвенно-грунтовых, морфологических и других факторов максимального стона на величину повторяемости паводка.
В таблице 3 приведены ориентировочные значения коэффициента K в зависимости от величин коэффициентов вариации осадков.
Таблица 3
Р осадков % |
0,3 |
1 |
2 |
3 |
С осадков |
|
|
|
|
0,2-0,4 |
3,0 |
2.5 |
2,0 |
1,7 |
0,4-0,6 |
2,5 |
2,0 |
1,7 |
1,50 |
0,6-1,0 |
2,0 |
1,7 |
1,5 |
1,3 |
Для больших водотоков оценка повторяемости паводков по многолетним осадкам является более приближенным приемом, требующим дополнительного обоснования в зависимости от величины распространенна дождей по территории и от их продолжительности.
По многолетним осадкам и опросам старожилов целесообразно устанавливать годы, характеризующиеся ливневыми характеристиками очень редкой повторяемости, что также может быть полезно при сопоставлении различных косвенных методов.
При отсутствии сведений о повторяемости паводков необходимо использовать сведения о повторяемости основных факторов максимального стока. В качестве таких характеристик целесообразно использовать величины максимальных интенсивностей водоотдачи, определение которых может быть произведено по материалам полевого обследования водотоков по следующей формуле:
где Q - максимальный расход, вычисляемый по данным полевого обследования, м3/сек.;
F - площадь водосбора, км2;
Kt, KJ, Kф, δе - редукционные коэффициенты, обозначений которых приведено при описании основных расчетных формул (23) и (24);
φ- коэффициент редукции максимальной интенсивности стока, определяемый по табл. 13.
В районах о нечетко выраженными или трудно определимыми гидрографическими характеристиками коэффициенты KJ, Kф могут быть приняты равными единице в том случае, если величины Ар рассматриваются раздельно по группам однородных водосборов.
Величины Аmax необходимо определять на всех обследованных водосборах, по которым определены расходы, а также по всем паводкам, зафиксированным по следам на местности.
По вычисленным величинам Аmax должна быть произведена вероятностная оценка наблюденных максимумов паводков по группам однородных водосборов. С этой целью рекомендуются графические построения зависимостей наблюденных величин интенсивностей водоотдачи от водосборных площадей по аналогии с приведенными на рис. 22. Указанные зависимости целесообразно отроить в логарифмических координатах раздельно для каждого паводка.
Рис. 22 Установление расчетной величины интенсивности водоотдачи паводка
В пределах небольших районов проектирования наблюдается отсутствие изменений наблюденных величин Ар по территории, что влияет на расположение максимумов на рис. 22 в виде полосы точек, расположенной параллельно оси абсцисс.
Поэтому на всех графиках должны быть проведены предельные огибающие, характеризующие наименьшие (Ар min) и наибольшие (Ap max) значения интенсивности водоотдачи.
Фактические расхождения между вычисленными значениями Ap по водотокам с одинаковыми величинами водосборных площадей могут быть объяснены не учетом естественной аккумуляции водосборов болотами, озерами и лесом, объединением в одну группу водосборов, имеющих некоторые различия в морфологических характеристиках, в конкретных метеорологических условиях, связывающихся в неравномерное сочетаниях величин интенсивностей и продолжительности расчетных дождей как по отдельным бассейнам, так и по всей обследованной территории, а также известной схематизацией морфометрического расчета.
Учитывая, что возможные погрешности морфометрического расчета могут составлять отклонения в вычисленных расходах на величину ±20-30%, необходимо считать допустимым расхождения между Аmax и Аmin по всей группе водосборов, расположенных в районе с однообразными, морфологическими и климатическими условиями на величину не более 40-60%. Поэтому при установлении численных значений величин крайних огибающих необходимо учитывать указанное допустимое расхождение и в каждом конкретном случае производить оценку фактического расхождения Amax-Amin.
Отклонения величин Ар при одинаковых значениях площадей бассейнов присущи даже небольшим по территории и однородным по ливневым и морфологическим условиям района, что вызывает необходимость установления возможных пределов изменения величин интенсивностей водоотдачи для всех водосборов и паводков разных лет.
Поскольку в величинах наибольших значений Ар находят отражение суммарно все факторы максимального стока по всей группе систематизируемых водотоков, а также отражаются неодинаковые проявления их вероятностных значений в условиях формирования даже одного паводка, целесообразно характеризовать максимальные паводочные условия каждого года верхней огибающей, которая позволяет обеспечивать наибольшие значения максимумов не только для точек, расположенных в непосредственной близости от нее, но и характеризовать расчетную закономерность изменения наблюденных максимумов по всему диапазону расчетных площадей водосборов, представленному наблюдениями.
Установление наибольшего уровня наблюденных максимумов в виде верхней огибающей позволяет при оценке повторяемости наблюденного паводка выдержать условие равно обеспеченности для всех водотоков, пересекаемых трассой дороги.
Оценку повторяемости наблюденного паводка рекомендуется выполнять путем сопоставления верхней огибающей с величинами максимальной интенсивности водоотдачи, вычисленными по теоретической формуле Д.Л. Соколовского с введением в нее коэффициента редукции осадков по площади одновременного распространения:
А% = Kp×amax%×αo×KF (19)
где Kр =16,7 - коэффициент для перевода размерности интенсивности осадков мм/мин. в размерность расхода м3/сек. с 1 км2 площади бассейна;
amax% - максимальная часовая интенсивность дождя в мм/мин. вероятностью превышения %;
αo - элементарный коэффициент склонового стока при полном насыщении почв водой;
KF - коэффициент редукции осадков по площади одновременного распространения.
В районах, где максимальные расходы формируются отдельными ливнями, выпадающими на сравнительно небольших территориях, повторяемость величины максимальной интенсивности водоотдачи Aр для паводков, зафиксированных по следам прошедших паводков, может быть оценена по методу С.Н. Крицкого и М.Ф. Менкеля с использованием формулы:
(20)
где Р - эмпирическая повторяемость вычисленных по формуле (18) величин Ар расположенных в убывающем порядке;
Т - период наблюдений, определяемый как средний для всех максимальных: расходов, зафиксированных по следам прошедших паводков.
Оценка повторяемости наблюденного паводка может быть выполнена только при условии независимости максимальных расходов, привлекаемых к расчету.
Определение эмпирической повторяемости Р производится по формуле (16) при n равном количеству водотоков, привлекаемому к составлению убывающего ряда величин Aр.
Период Т определяется ориентировочно по длительности сохранения следов высоких вод на местности либо по данным опроса населения. При определении периода Т по следам прошлых паводков последний может быть приближенно установлен согласно рекомендациям, изложенным выше, но не более 20-25 годам, т.к. следы на местности и другие признаки могут сохраниться не более этого срока.
Расчеты целесообразно выполнять в следующей таблице:
Таблица 6
№№ п/п |
Название водотока |
F км2 |
Q при ГВВ м3/сек |
А |
В убывающем порядке А |
Р = 1(1-Р) |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
1 |
пк 17+25 |
11,3 |
80 |
23,8 |
33,5 |
0,0402 |
0,001 |
2 |
пк 28+40 |
4,05 |
67,6 |
33,5 |
23,8 |
0,0975 |
0,003 |
3 |
пк 34+30 |
87,0 |
180 |
19,3 |
19,3 |
0,1550 |
0,005 |
|
……. |
|
|
|
|
|
|
|
……. |
|
|
|
|
|
|
16 |
пк 105+55 |
12,8 |
15,0 |
2,45 |
2,45 |
0,881 |
0,044 |
17 |
пк 110+70 |
13,7 |
10,0 |
1,40 |
1,40 |
0,936 |
0,054 |
Но вычисленным значениям повторяемости Р и соответствующим значениям Ар, необходимо произвести построение эмпирической кривой вероятностей, ввиду того, что значения величин параметра Ар, колеблются в определенных пределах на водосборах с одинаковыми площадями бассейнов, в зависимости от конкретных метеорологических о морфологических особенностей, рекомендуется построение эмпирической кривой повторяемости производить по значениям повторяемости р и тех величин Ар, которые по своей численной величине отличаются более чем на 20-30%.
Определение расчетных величин Ар, требуемой ВП паводка необходимо производить по эмпирической кривой повторяемости путей графической экстраполяции.
Таблица 7
ВП паводка, % |
0,3 |
1 |
2 |
3 |
10 |
параметр Ар |
|
|
|
|
|
Для оценки повторяемости прошедших паводков могут быть использованы различные приемы удлинения рядов наблюдений за гидрологическими характеристиками, а также способы переноса величин максимумов по кривим связи.
При наличии многолетних наблюдений вероятностная оценка расчетных величин расходов производится в соответствии с рекомендациями СНиП II-И.7-65 по следующей формуле:
Qp = KpQ (21)
где Qp - максимальный расход воды, требуемой ВП паводка;
Q - среднемноголетняя величина расхода;
Kp - ордината кривой гамма - распределении принимаемая по табл. 1-3 приложения 2 СНиП II-И.7-65.
По вычисленной таким образом величине максимального расхода определяется по формуле (18) интенсивность водоотдачи Ар. Эта величина может быть также некоторым критерием правильности установления расчетной повторяемости наблюденных паводков.
В случаях отсутствия систематических многолетних наблюдений приведение отдельных наблюденных расходов к расходам требуемой повторяемости рекомендуется производить по следующей формуле:
где Qp - максимальный расход требуемой ВП;
Qнабл - максимальный расход, наблюденный в натуре, повторяемостью n лет;
Kp - ордината кривой гамма-распределения при C3 = 4Cv требуемой ВП;
Kнабл - ордината кривой гамма-распределения повторяемостью n лет;
Δε - коэффициент представительности наблюденных расходов, определяемый по данным таблицы 8.
Таблица 8
Период повторения в годах |
При дождевых паводках |
|||
0,3 |
0,3-0,5 |
0,5-0,8 |
0,8-1,2 |
|
менее 7 |
1,25 |
1,30 |
1,35 |
1,40 |
7-15 |
1,20 |
1,25 |
1,30 |
1,35 |
15-30 |
1,15 |
1,20 |
1,25 |
1,30 |
30-50 |
1,10 |
1,15 |
1,20 |
1,25 |
При отсутствии данных о коэффициенте вариации переход к максимумам расходов другой повторяемости рекомендуется выполнять по осредненному коэффициенту вариации для всего района, устанавливаемому по другим водотокам.
При крайней недостаточности исходных данных значение коэффициента Kр в формуле (22) рекомендуется принимать по коэффициенту вариации суточных максимумов осадков в данном районе при Сз = 4С v по таблице 9.
Таблица 9
ВП % |
0,1 |
0,3 |
1 |
2 |
3 |
10 |
Cv |
||||||
0,20 |
1,88 |
1,74 |
1,58 |
1,51 |
1,44 |
1,26 |
0,30 |
2,53 |
2,24 |
1,94 |
1,81 |
1,68 |
1,39 |
0,40 |
3,29 |
2,82 |
2,34 |
2,14 |
1,93 |
1,51 |
0,50 |
415 |
3,44 |
2,75 |
2,46 |
2,18 |
1,62 |
При недостаточности данных полевого обследования оценка расчетных величин интенсивности водоотдачи Ар в районе изыскании может быть выполнена по отдельным водотокам с применением формулы (22) или вычисленных по ней максимальных расходов.
При установлении повторяемости наблюденных расходов должно быть произведено сопоставление полученных результатов по всем возможным способам с целью получения наиболее достоверных и надежных сведений.
Если наблюденные максимумы превышают вычисленные величины 1% ВП, то предпочтение следует отдавать величинам, наблюденным в следующих случаях:
- если наблюденные максимумы установлены по следам паводков или опросам старожилов;
- если данные гидрометеорологических величин относится к периоду менее 100 лет;
- когда имеются сведения о недостаточной репрезентативности сведений на постах наблюдений;
- если повторяемость наблюденных максимумов установлена одним из косвенных методов.
В результате работ по вероятностной оценке наблюденных паводков производится установление расчетных величин Ар для всего направления проектируемой дороги.
В ряде случаев оказывается необходимым районирование расчетных величин Ар по территории с учетом местных особенностей района, характеризующих отдельные участки трассы дороги.
3. Расчетная формула максимальных дождевых расходов и определение ее параметров
Величины максимальных дождевых расходов рекомендуется определять по следующей формуле:
Qp = АрFφ·KJKф·δе, м3/сек. (23)
где Ар - максимальная интенсивность водоотдачи дождевых вод, требуемой ВП;
F - площадь водосбора, км2;
φ - коэффициент редукции максимальной интенсивности стока;
KJ - коэффициент крутизны водосборного бассейна;
Kф - коэффициент формы бассейна;
δе - коэффициент поверхностной аккумуляции водосборов.
Расчетная величина максимальной водоотдачи при отсутствии данных полевого обследования определяется по формуле:
Ар = 16,7ачас·Kt·αo·KF (24)
где Kt - коэффициент редукции часового слон дождя, определяемый дли территории СССР по данным табл. 11 и рис. 23;
αо - коэффициент склонового стока при полном насыщении почв водой, принимаемый в первом приближении по табл. 12;
KF - коэффициент редукции осадков по территории, определяемый согласно рекомендациям, изложенным выше;
ачас - часовая интенсивность расчетного дождя, определяемая по многолетним данным об осадках и уточненная по данным полевого обследования водотоков.
Величина максимальной водоотдачи может быть определена по материалам полевого обследования водотоков в результате вероятностной оценки наблюденных максимумов и установления расчетных величин по всему направлению дороги (или району изысканий) по следующей формуле:
Ар = Amax Kt (25)
где Amax - наблюденная величина максимальной интенсивности водоотдачи требуемой повторяемости;
Kt - имеет прежнее обозначение, как и в формуле (24) и определяется для зарубежных районов по табл. 11.
В случаях, когда:
- материалы полевого обследования крайне недостаточны для уверенного определения величин расчетной интенсивности водоотдачи;
- данные о наблюденных расходах не могут быть признаны достаточно надежными и репрезентативными как по всей территории района изысканий, так и на нормативный срок службы проектируемых сооружений;
- необходимы ориентировочные соображения о максимумах стока на предпроектных стадиях или в подготовительный период изысканий, оценка вычисленных величин Ар может быть произведена по данным о расходах на реках близлежащих районов, а также по отдельным наиболее достоверным расходам, зафиксированным как при полевых обследованиях на стадии ТЭО или ТЭД, так и по многолетним наблюдениям на стационарных постах.
При отсутствии сведений об осадках часовой продолжительности величина Ар может быть определена с использованием укрупненных климатических характеристик по следующей формуле:
Ар = 0,11Нсут·αo·Kt·Δε (26)
где Нсут - суточный максимум осадков в мм, требуемой ВП;
αo, Kt - имеют прежние обозначения;
Δε - коэффициент представительности, принимаемый по табл. 8.
При наличии данных наблюдений необходимо уточнять значения коэффициента стока αо в каждом районе изысканий, привлекая к этому все имеющиеся материалы и по близлежащим районам.
Рис. 23 Карта-схема ливневых районов СССР
Для определения расчетных величин часового дождя при полном отсутствии данных об осадках необходимо использовать сведения, содержащиеся в табл. 10 и рис. 23 для территории СССР.
Таблица 10
Таблица расчетных величин интенсивностей дождей часовой продолжительности
№ районов СССР |
Часовая интенсивность дождя мм/мин. ВП в %: |
|||||||
10 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0,3 |
0,1 |
|
1 |
0,10 |
0,19 |
0,22 |
0,25 |
0,29 |
0,35 |
0,46 |
0,58 |
2 |
0,22 |
0,30 |
0,33 |
0,37 |
0.43 |
0,55 |
0,71 |
0,85 |
3 |
0,20 |
0,34 |
0,39 |
0,46 |
0,53 |
0,65 |
0,86 |
1,01 |
4 |
0,35 |
0,49 |
0,53 |
0,60 |
0,64 |
0,75 |
0,92 |
1,05 |
5 |
0,30 |
0,49 |
0,55 |
0,61 |
0,70 |
0,85 |
1,06 |
1,28 |
6 |
0,42 |
0,60 |
0,70 |
0,75 |
0,85 |
1,00 |
1,32 |
1,50 |
7 |
0,65 |
0,84 |
0,94 |
1,0 |
1,09 |
1,25 |
1,48 |
1,71 |
8 |
0,84 |
1,01 |
1,07 |
1,15 |
1,22 |
1,40 |
1,58 |
1,76 |
9 |
0,97 |
1,16 |
1,20 |
1,26 |
1,35 |
1,50 |
1,71 |
1,88 |
10 |
1,11 |
1,31 |
1,36 |
1,43 |
1,53 |
1,70 |
1,94 |
2,12 |
Таблица коэффициентов редукции (Kt) часовой интенсивности осадков и времени водоотдачи (tф)
Таблица 11
Площадь водосборов F км2 |
Значения коэффициентов Kt для районов со среднегодовым количеством осадков в мм: |
Время водоотдачи tф мин. |
||||
до 600 |
600-1500 |
1500-2000 |
2000-3500 |
более 3500 |
||
0,0001 |
3,30 |
3,30 |
3,60 |
3,40 |
3,20 |
7 |
0,0005 |
2,90 |
2,90 |
3,17 |
3,0 |
2,77 |
9 |
0,001 |
2,60 |
2,67 |
2,82 |
2,65 |
2,50 |
12 |
0,005 |
2,30 |
2,27 |
2,45 |
2,37 |
2,15 |
16 |
0,01 |
2,05 |
2,05 |
2,17 |
2,05 |
1,92 |
20 |
0,05 |
1,80 |
1,77 |
1,87 |
1,77 |
1,65 |
25 |
0,1 |
1,55 |
1,57 |
1,65 |
1,57 |
1,45 |
30 |
0,5 |
1,32 |
1,40 |
1,37 |
1,35 |
1,27 |
39 |
0,8 |
1,20 |
1,27 |
1,27 |
1,20 |
1,17 |
45 |
1,0 |
1,16 |
1,22 |
1,23 |
1,18 |
1,18 |
47 |
5,0 |
1,04 |
1,10 |
1,07 |
1,06 |
1,03 |
56 |
7,0 |
1,0 |
1,04 |
1,03 |
1,01 |
1,0 |
57 |
10,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
58 |
Значения коэффициента редукции часовой интенсивности осадков устанавливаются для каждого района по среднегодовому количеству осадков.
Таблица коэффициентов стока αо
Таблица 12
№№ п/п |
Наименование районов |
Значения αо ВП в % |
|||
0,3 |
1 |
2 |
3 |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
Приморье ДВК, Северный Вьетнам, Непал, Индонезия, Северная Индия, Восточный Пакистан |
1-0,9 |
0,9-0,8 |
0,8-0,7 |
0,7-0,6 |
2 |
ДВК, Черноморское побережье Кавказа, восточное Закавказье, ливнеопасные районы предгорий Средней Азии; Западный Пакистан |
0,9-0,8 |
0,8-0,7 |
0,7-0,65 |
0,65-0,6 |
3 |
Ливнеопасные районы Карпат, Крым, Афганистан, Йемен, Восточный Иран |
0,8-0,7 |
0,7-0,65 |
0,65-0,60 |
0,60-0,55 |
4 |
Забайкалье, Предгорья Карпат. Горные и предгорные районы Среднего Урала. Лесостепная зона Е.Ч. СССР, Монголия |
0,7-0,65 |
0,65-0,6 |
0,6-0,55 |
0,55-0,5 |
5 |
Южный Урал, Степная зона Е.ч. СССР. Западная Сибирь, Якутская АССР |
0,6-0,55 |
0,55-0,45 |
0,5-0,4 |
0,45-0,4 |
6 |
Пустынные и полупустынные районы Средней Азии, центральной Индии и центральной Азии. Южные районы Тундры |
0,55-0,45 |
0,45-0,35 |
0,35-0,25 |
0,25-0,20 |
Определение коэффициента редукции дождевого стока φ производится по данным табл. 13 по величине водосборной площади и показателю степени редукции h, устанавливаемому по данным полевого обследования водотоков в конкретном районе. При отсутствии материалов полевого обследования необходимо попользовать значения коэффициента φ, приведенные в табл. 13 в графе "рекомендуемые".
Таблица коэффициентов редукции максимальных расходов
Таблица 13
Площадь водосбора F км2 |
Коэффициент редукции φ значениях при значениях h |
||
рекомендуемые |
0,33 |
0,40 |
|
0,0001 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
0,001 |
0,96 |
0,96 |
0,96 |
0,005 |
0,92 |
0,92 |
0,92 |
0,01 |
0,88 |
0,88 |
0,88 |
0,05 |
0,80 |
0,80 |
0,80 |
0,1 |
0,73 |
0,73 |
0,73 |
0,3 |
0,67 |
0,67 |
0,67 |
0,5 |
0,63 |
0,63 |
0,63 |
0,6 |
0,61 |
0,61 |
0,61 |
1,0 |
0,53 |
0,54 |
0,58 |
3,0 |
0,47 |
0,48 |
0,45 |
5,0 |
0,42 |
0,44 |
0,40 |
6,0 |
0,40 |
0,42 |
0,38 |
10 |
0,33 |
0,36 |
0,30 |
80 |
0,27 |
0,30 |
0,24 |
50 |
0,24 |
0,27 |
0,21 |
60 |
0,22 |
0,25 |
0,20 |
100 |
0,19 |
0,21 |
0,16 |
300 |
0,16 |
0,17 |
0,13 |
500 |
0,14 |
0,16 |
0,12 |
1000 |
0,12 |
0,13 |
0,11 |
10000 |
0,10 |
0,10 |
0,10 |
Коэффициент крутизны водосборного бассейна определяется по данным табл. 14.
При наличии подробного картографического материала может быть произведено дополнительное изучение влияния уклонов главного русла и склонов на величину максимального расхода при выполнении более детальной классификации водосборов по однородным условиям рельефа.
Значения коэффициента крутизны водосборного бассейна
Таблица 14
Уклон главного лога J |
KJ |
Уклон главного лога J |
KJ |
||
асф.бет. и бетон |
естественные склоны |
асф.бет. и бетон |
естественные склоны |
||
0 |
1,02 |
0,93 |
0,09 |
1,65 |
1,26 |
0,001 |
1,04 |
0,94 |
0,10 |
1,68 |
1,28 |
0,005 |
1,05 |
0,98 |
0,20 |
2,05 |
1,52 |
0,01 |
1,12 |
1,0 |
0,30 |
2,25 |
1,68 |
0,02 |
1,20 |
1,06 |
0,40 |
2,40 |
1,32 |
0,03 |
1,27 |
1,12 |
0,50 |
2,53 |
1,95 |
0,04 |
1,35 |
1,14 |
0,60 |
2,64 |
2,04 |
0,05 |
1,42 |
1,16 |
0,70 |
2,71 |
2,11 |
0,06 |
1,52 |
1,18 |
0,80 |
2,76 |
2,16 |
0,07 |
1,56 |
1,21 |
0,90 |
2,80 |
2,20 |
0,08 |
1,62 |
1,23 |
|
|
|
Значение коэффициента Kф, учитывающего форму водосборного бассейна, определяется по формуле:
(27)
где L - длина главного лога, определяющего форму и размеры водосборного бассейна, км;
F - площадь бассейна, км2;
Δф - поправочный коэффициент, учитывающий форму одинаковых по размеру водосборов и определяемый по табл.15.
Коэффициент Kф применяется для малых водосборов о площадью бассейнов менее 10 км2 независимо от характера ливневых паводков и района. При больших водосборных площадях величину этого коэффициента следует принимать равной 1,0.
Поправочные коэффициенты Δф для учета формы водосборных бассейнов
Таблица 15
Коэффициенты Δф для следующих форм водосборных площадей |
|||
|
|
|
|
0,25 |
0,49 |
0,48 |
0,46 |
0,5 |
0,74 |
0,72 |
0,70 |
0,7 |
0,95 |
0,9 |
0,87 |
1,0 |
1,25 |
1,19 |
1,12 |
2 |
1,65 |
1,6 |
1,15 |
4 |
2,2 |
2,15 |
2,0 |
6 |
2,5 |
2,4 |
2,22 |
Величину коэффициента δе для водосборов, площадь которых характеризуется однородными условиями по всему бассейну, следует определять по формуле:
δе = 1-Kgγgβ (28)
где γg - коэффициент, учитывающий проницаемость грунтов в обычных полевых условиях и определяемый по табл. 16;
Kg - коэффициент, учитывающий многократность повторения расчетных ливневых условий, в паводковый период и изменяющийся в следующих пределах:
- для, муссонных районов Kg = 1,0
- для пустынных районов Kg = 2,0
β - коэффициент, учитывающий условия стока и состояние почвогрунтов к началу формирования расчетного паводка. Определяется по данным табл. 17.
При частичной залесенности и неоднородных почвогрунтах водосборов коэффициент δе определяется по формуле:
δе = 1-Kgβ(γдлfл+γдгfг) (29)
где γдл, γдг коэффициенты, учитывающие проницаемость грунтов в обычных условиях на отдельных частях водосбора, различных по степени залесенности и грунтам и определяемые по табл. 16;
fл, fг - коэффициенты, характеризующие величины отдельных частей недосбора, различных по степени залесенности и грунтам и определяемые соответственно по формулам:
(30)
где Fл и Fг - площади объемных частей водосбора, различных по степени залесенности и грунтам.
Для больших и средних водотоков, расположенных в зона избыточного увлажнения, а также в лесостепной и степной частях Европейской территории СССР, рекомендуется формула Д.Л. Соколовского:
δе = 1-γglg(fn+1) (31)
где γg - определяется по табл. 16;
fг - площадь проницаемых грунтов в процентах от всей площади бассейна.
Коэффициенты проницаемости грунтов (γg) при расчетном паводке
Таблица 16
Категория почв |
Характеристика склонов бассейнов |
γg |
|
грунты |
растительность |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
I |
Скальные, мерзлые и плохо проницаемые грунты поверхности стекания (бетонные и асфальтобетонные покрытия) |
Задернованы или отсутствует растительность |
0,2 |
Густой лес с кустарником и травой |
0,02-0,04 |
||
II |
Глины и суглинки |
Задернованы |
0,04-0,09 |
Густой лес с кустарником и травой |
0,06-0,15 |
||
Такиры |
|
0,06-0,12 |
|
III |
Супесчаные и песчаные грунты при естественной полевой влажности |
Задернованы |
0,10-0,15 |
Густой лес с кустарником и травой |
0,15-0,20 |
||
IV |
Сухие лески в засушливых и пустынных районах |
Закрепленные |
0,17-0,25 |
Рыхлые грунты (осыпи и т.п.) |
Незакрепленные |
0,20-0,30 |
|
0,25-0,35 |
При грунтах, отличных от приведенных в табл. 16, необходимо по данным анализа инженерно-геологических обследований трассы дороги установить аналоги и принадлежность почвогрунтов района к рекомендуемым категориям.
При различной степени залесенности производится соответствующая интерполяция значений γg в пределах отдельных категорий почвогрунтов.
Коэффициенты β учитывающие условия стока и состояние почв к началу формирования расчетного паводка
Таблица 17
№№ п/п |
Особенности склона |
Коэффициенты β для категорий почв |
|||
I |
II |
III |
IV |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
1 |
Сток по промерзшим почвогрунтам |
1,0 |
1,0-0,9 |
0,9-0,8 |
0,8-0,7 |
2 |
Сток по сухим пылеватым пескам с образованием грунтовой корки, препятствующей нормальному проницанию воды в грунт за расчетное время водоотдачи |
- |
- |
- |
0,8-0,6 |
3 |
Сток при избыточном предварительном увлажнении грунтов в ливнеобильных районах муссонного климата |
1,0-0,9 |
0,9-0,8 |
0,8-0,7 |
- |
4 |
Сток по увлажненным грунтам в районах немуссонного климата |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
1,0 |
Б. При отсутствии данных полевых обследований
4. Установление расчетных зависимостей при
полном отсутствии многолетних данных
При полном отсутствии многолетних данных наблюдений непосредственно в районе изысканий и невозможности организации полевых работ обоснование предварительных региональных зависимостей максимальных расходов дождевых и талых вод может быть произведено методом географической интерполяции.
Метод географической интерполяции правомерен в пределах одного физико-географического района, характеризующегося одинаковыми климатическими условиями и рельефом.
В пределах таких районов устанавливаются опорные водосборы, на которых имеются водпосты с длительными рядами гидрометрических наблюдений за расходами воды и составляется карта-схема их расположения.
На всех опорных створах производится статистическая обработка данных наблюдений и вычисляются расходы заданной ВП. По вычисленным значениям расходов определяются модули максимальных расходов:
(32)
где φ - коэффициент редукции, определяемый для дождевого стока по табл. 13, в для снегового - по табл. 1 СН 356-66;
δр - обобщенный коэффициент, учитывающий региональные особенности района изыскании я определяемый по соответствующим формулам для преобладающих в этих районах условий (заселенность, заболоченность и т.п.), влияющих на величину максимального расхода.
Для районов с региональными особенностями, присущими в равной мере всем изучаемым водосборам, коэффициент δр принимается равным 1,0.
Районирование вычисленных величин Mp производится путем проведения на карте-схеме (рис. 24) изолинии по интерполяции, между центрами тяжести опорных бассейнов с известными значениями модуля. Интерполяция производится перекрестным способом по направлениям прямых линий, связывающих каждую точку замкнутого опорного полигона по всеми другими точками.
Рис. 24 Карта-схема изолиний параметра А
Определение модулей максимальных расходов для водосборов, пересекаемых трассой изыскиваемой дороги, производится интерполяцией по изолиниям, между которыми лежат центры тяжести этих бассейнов (рис. 24) по следующей формуле:
(33)
где Ah, Ah+1 - отметки соседних изолиний модуля максимальных расходов;
lh, lh+1 - расстояния между соседними изолиниями;
h - порядковый номер изолиний.
Максимальные расходы определяются по вычисленным расчетным модулям по формуле:
Qрасч. = МрасчφFδΔε (34)
где Δε - коэффициент представительности, определяемый по табл. 8.
Величины расходов, получаемые методом географической интерполяции, имеет ориентировочные значения, точность определения которых может составлять в ряде районов ±40-60% от вычисленных по формуле (23). Это обстоятельство должно учитываться для оценки принимаемых проектных решений.
5. Обоснование существующих эмпирических формул для применимости их в заданном районе изысканий
Разнообразие природных условий находит свое отражение и в существовании в ряде районов СССР и за рубежом большого количества эмпирических формул.
Как правило, эмпирические формулы составляются для конкретных условий, которые находят отражение в материалах наблюдений за стоком, используемых для установления расчетной формулы. Применяются же формулы на большей территории, путем произвольного расширения первоначальных границ.
Основными затруднениями в применении большинства региональных эмпирических формул является недостаточная дифференцированность параметров по территории, а также невозможность определения максимальных расходов различной ВП.
В общей виде эмпирические региональные формулы могут быть представлены следующим выражением:
Qp = СF1-n м3/сек. (35)
где С - эмпирическая постоянная;
n - показатель степени редукции;
F - площадь водосбора.
для обоснования применимости параметра С, производится анализ по выявлению зависимости этого параметра от климатических характеристик. В качестве таких характеристик могут быть использованы среднемноголетние суммы осадков за паводочный период.
Такие зависимости должны бить построены о использованием всех пунктов с известными значениями постоянной С, а также пунктов с метеорологическими наблюдениями расположенных в районе изысканий.
Для одного из районов подобная зависимость представлена на рис. 25. Для построения такой зависимости необходимо привлекать все имеющиеся данные по осадкам и численным значениям параметра С в заданном районе изысканий и близлежащих районах. Особую ценность при отсутствии данных могут представить литературные истопники и официальные издания.
Рис. 25 Зависимость коэффициента С от средней многолетней суммы осадков
Установление расчетного значения эмпирической постоянной производится путем экстраполяции до значения требуемой ВП. вероятность превышения параметра С определяется по соответствующим ВП осадков.
Как показывает опыт, при построении графической зависимости, представленной на рис. 25, может наблюдаться определенный разброс точек.
В любых случаях необходимым является анализ этого расхождения и принятая в качестве расчетной зависимость, наиболее характеризующая гидрометеорологические условия района приложения трассы или отдельных ее участков.
В качестве опорных могут служить данные метеостанции или временных пунктов наблюдений, наиболее близко расположенных к трассе дороги.
Особое значение приобретают данные экспедиционных метеорологических наблюдений, производимых в период изыскательских работ, а также своевременное планирование их работы и целесообразное размещение гидрометеорологических пунктов по трассе дороги.
В некоторых районах целесообразно установление связи эпизодических экспедиционных наблюдений с многолетними наблюдениями на стационарных пунктах для объективного переноса многолетних характеристик в район исследования.
В результате этих работ должны быть получены расчетные величины эмпирических постоянных для различных участков трассы дороги и вероятностей превышения.
6. Расчеты при наличии многолетних гидрометеорологических данных
При наличии на реках района изысканий водпостов и других пунктов гидрометрических наблюдений необходимо привлечение этих материалов не только к обоснованию расчетных зависимостей максимального стока, но и для получения расчетных характеристик для проектирования дорожных сооружений, находящихся в условиях переменного воздействия ветровых волн, подпора, приливов, отливов, заторов, наледных и других условий, поскольку длительные наблюдения содержат подчас единственную информацию о режиме водотока в заданном створе.
Поэтому методом установления расчетных гидрометеорологических величин по материалам непосредственных наблюдений придается особое внимание.
При выполнении расчетов многолетних рядов наблюдений за расходами должны быть использованы указания СНиП II-И.7-65 "Расчетные максимальные расходы воды при проектировании гидротехнических сооружений на реках". Все расчеты целесообразно выполнять на ЭВМ, по программе Союздорпроекта для Наири-2 и БЭСМ-4.
Если известно, что наибольшие в ряду максимальные расходы имеют в преобладающей степени дождевое происхождение, а остальные - смешанное, то необходимо производить раздельную обработку ряда максимальных дождевых расходов.
Выделение дождевых максимумов производится по таблицам ежедневных расходов гидрологических ежегодников, причем в отношении особо выдающихся расходов производится увязке с данными об осадках, наблюдаемых на метеостанциях, расположенных в бассейне реки.
Когда произвести такой детальный анализ невозможно, обрабатывается не ряд максимальных наблюденных расходов (Qmax), а ряд величин Qmax-Q0, где Q0 минимальный среднемесячный расход паводочного месяца, определяемый по справочнику "Основные гидрологические характеристики". В результате расчетов этого ряда должен быть получен расход заданной ВП (Qдожд).
при этом величина среднемноголетнего максимального расхода (Qmax) уменьшается по сравнению с расчетом по смешанному ряду, а величина коэффициента изменчивости (Cv) и модульных коэффициентов в зоне расчетных ВП - увеличивается.
В качестве расчетной для определения отверстий сооружений принимается большая из двух, величин Qp и Q'p:
Q'p = Qдожд+ΔQ+Q0 (36)
где Qдожд - расчетный расход, подученный в результате обработки ряда дождевых максимумов;
ΔQ - гарантийная поправка;
Q0 - минимальный среднемесячный расход зв-данного месяца;
Qр - расчетный расход, полученный в результате обработки ряда смешанных расходов с учетом гарантийной поправки.
В тех случаях, когда максимальные расходы ряда имеют смешанное происхождение, а выделение дождевой или талой составляющей затруднено, статистические расчеты для целей проектирования производятся по этому ряду, поскольку этот способ результирует суммарное действие этих видов стока за определенный промежуток времени, представленный длительностью наблюдений за стоком реки.
В ряде районов имеются наблюдения только за максимальными уровнями воды. Эти материалы имеют также большое значение для определения расходов заданной ВП. Особое внимание должно быть обращено на отбор к расчетам однородных и достоверных величин максимумов уровней, из рассмотрения должны быть исключены максимальные уровни, вызванные заторами льда, заторами горных русел, размывами русел или другими причинами, не отражающими истинный характер максимального стока реки.
Для проведения этого анализа желательно получение материалов и о живых сечениях в расчетных створах, уклонах водной поверхности и коэффициентах шероховатости.
Насчет максимальных уровней необходимо производись на основе ряда максимальных годовых уровней за весь период наблюдений. Определение расчетных уровней воды требуемой ВП следует производить путем графической экстраполяции эмпирической кривой вероятностей. При этом особо следует учитывать характер верхней части эмпирической кривой.
В случаях, когда эмпирическая кривая вероятностей уровней по визуальным признакам близка к очертаниям кривых с нормальным распределением или имеет положительную асимметрию, для аналитической оценки вычисляемых величин максимальных уровней может быть использована усеченная кривая нормального распределения.
Для построений этой кривой вероятностей определяют порядковый номер того члена общего ряда максимальных годовых уровней или осадков, по которому производится разграничение всего ряда на две части (верхнюю и нижнюю). Этот порядковый номер является последним в верхней части ряда и определяется по формуле:
Nk = KП+0,5 (37)
где П - число членов полного ряда;
K - коэффициент, зависящий от длины полного ряда и определяемый по таблице 18.
Таблица 18
Длина полного ряда |
≤50 |
100 |
200 |
K |
0,494 |
0,495 |
0,497 |
Построение усеченной кривой производится по трем точкам с ВП 1%, 5% и 50% по следующей формуле:
(38)
где Ф - коэффициент распределения, определяемый по таблице 19.
Таблица 19
вп |
1% |
5% |
50% |
ф |
2,33 |
1,64 |
0,0 |
- параметры, определенные по формуле:
(39)
(40)
(41)
В этих формулах:
Hi - численная величина убывающего ряда (уровней или осадков);
- среднее верхней части усеченного ряда.
Для построения усеченной кривой распределения может быть использовано клетчатка вероятностей для кривых с умеренной асимметричностью, приведенная в приложении, на которой эта кривая имеет очертание прямой линии (рис. 26).
Рис. 26 Усеченная кривая распределения вероятностей максимальных уровней воды р. Дон у Раздорска
Получение расчетных гидрометеорологических величин производится путем экстраполяции по этой прямой до требуемых ВП. Использование этой кривой распределения целесообразно в случаях ее хорошего соответствия эмпирический точкам. Для большой достоверности получаемых результатов необходимо учитывать морфометрию русла на каждом водотоке и ее влияние на верхнюю часть эмпирической кривой вероятностей.
Определение расчетных расходов той же ВП следует выполнять морфометрическими расчетами по величине вычисленного максимального уровня заданной ВП. При выполнении морфометрических расчетов следует руководствоваться соответствующими указаниями, содержащимися в главе III.
Использование усеченной кривой распределения оказывается целесообразным и для расчета суточных максимумов осадков (СМ), месячных (МС) и годовых сумм осадков (ЕМС) в районах с муссонным климатом со значительными осадками (рис. 27). Применение этой кривой должно быть обосновано характером эмпирического распределения и ее достаточного соответствия натурным точкам.
Рис. 27 Усеченные кривые распределения вероятностей дождевых осадков на метеостанциях Северной Индии. Дарбханга (ЕМС) и Дкалпайгура (СМ и МС)
В случаях, когда в ряду ежегодных максимумов большинство членов составляют заторные уровни или уровни от постоянного воздействия ветровых волн или приливов и отливов, статистические расчеты необходимо выполнить по этим рядам, используя вычисленные величины уровней только для целей проектирования земляного полотна дороги и назначения отверстие водопропускных сооружений.
VI - Учет некоторых региональных особенностей водосборов
Разнообразие климатических, гидрографических и других условий районов изысканий находит свое отражение и в региональных особенностях водосборов, поэтому при расчетах максимальных расходов может возникнуть необходимость учета специфических факторов, присущих только тому или другому району или отдельным водосборам.
Выделение региональных особенностей необходимо для дополнительного учета в основной расчетной формуле факторов, которые значительно влияют на величину максимального стока и которые присущи только отдельным водотокам. Это необходимо не только для целей расчета максимальных расходов на этих водосборах, но и для возможности получения натурных данных, свободных от влияния местных факторов целью более широкого обобщения этих данных и сопоставления с аналогичными данными по другим районам.
Опыт проектирования автомобильных дорог в различных районах позволил сформулировать следующие особенности водосборов, требующих учета при обосновании региональных норм стока:
- наличие меженнего стока;
- наличие бессточных емкостей;
- пахотные земли на склонах;
- искусственное орошение (равнинное, террасированное и лиманное);
- заторность горных русел рек;
- влияние карстовых явлений;
- русловое регулирование искусственными заградительными сооружениями;
- переливы из одного бассейна в другой бассейн;
- неустойчивое перераспределение стока между водотоками на выходе из гор;
- односкатные безрусловые водосборы;
- забор воды на хозяйственные нужды;
- многократность повторения расчетных паводков в муссонных районах;
- транзитные участки русел;
- наледные явления и заледенелость русла;
- регулирование стока мелиоративными сооружениями;
- подпорные явления.
Учет этих особенностей должен производиться каждом конкретном случае на основе материалов полевых обследований водосборов и при достаточном обосновании методов их учета.
В сложных случаях при недостаточности материалов полевого обследования необходимо проведение гидрологических изысканий и исследований по специальным программам.
При введении в расчеты дополнительных региональных коэффициентов следует учитывать влияние этих факторов как по абсолютной величине, так и во времени исходя из особенностей внутригодового режима максимального стока конкретного района. Необходимо также производить вероятностную оценку совпадения паводочного периода со временем действия этих факторов.
1. Потери стока на заполнение бессточных емкостей
Учет потерь стока на заполнение бессточных емкостей в виде озер, болот, прудов, западин и т.п. должен быть произведен путем вычитания площадей указанных емкостей (Fi) из общей площади водосбора.
Определение количества и размеров бессточных емкостей производится по картографическому материалу и уточняется при полевых обследованиях. Особое внимание должно быть уделено определению контуров этих пространств и их водоразделов с учетом возможной аккумуляции воды этими емкостями.
При определении площадей бессточных емкостей в виде западин, мелких впадин и понижений различной формы необходимо учитывать их возможное затопление предшествующими паводковыми водами к моменту прохода расчетного дождя.
При отсутствии данных полового обследовании водосборов учет потерь стока на заполнение бессточных емкостей производится по формуле:
(42)
где Fi - площадь отдельном бессточной емкости, км2;
M - коэффициент, учитывающий затопление бессточных емкостей, предшествующими паводками;
ΔFi - коэффициент, ушивающий точность определения контуров бессточных площадей по картографическому материалу и вычисляемый по формуле:
Δfi = ΔbiPi (43)
где Δbi - расчетная толщина водораздельной линии на картографических материалах, определяемая по данным табл. 20;
pi - периметр водораздельной емкости, определяемый по картографическим материалам.
Значение коэффициента М определяется по формуле:
(44)
где Wр - объем дождевого стока заданной ВП;
ΔW - объем стока от предшествующего паводка.
В муссонных районах при отсутствии данных полевого обследовании значение коэффициента M рекомендуется принимать равным 0,66-0,50 в зависимости от ливнеобильности района.
При полевых обследованиях необходимо производить уточнение всех коэффициентов, входящих в формулу (42).
Таблица 20
Масштаб |
В, км |
1:10000 |
0,005 |
1:25000 |
0,0125 |
1:50000 |
0,0250 |
1:100000 |
0,0500 |
1:250000 |
0,125 |
2. Учет меженнего стока
Для учета меженней составляющей необходимо располагать материалами непосредственного полевого обследования водотоков. Постоянный расход водотоков определяется морфометрическим путем по горизонтам межени, зафиксированным в период изысканий.
Горизонт расчетной межени может быть установлен по графикам колебаний уровней за характерные годы.
При отсутствии надежных сведений расход меженних вод может быть вычислен по формуле Д.Л. Соколовского:
(45)
где F - площадь водосбора, км2;
M0 - норма годового стока в л/сек. с 1 км2, определяемая по формуле:
(46)
где Qср - средний многолетний расход воды в м3/сек.
3. Учет искусственной аккумуляции воды на поверхности водосборов
Искусственная аккумуляция воды на поверхности водосборов вызывается пахотными землями на склонах, прудами, такырами, искусственным орошением и связанным с этим обвалованием полей, а также наличием других сооружений, задерживающих поверхностный сток. Учет аккумуляции этого вида рекомендуется выполнять по следующей формуле:
(47)
где Δr - коэффициент, учитывающий форму расчетного гидрографа при задержке воды в аккумулирующих емкостях на поверхности водосборов; определяется по данным табл. 21;
F - площадь всего водосбора в км2;
tф - время формирования паводка, определяете по данным табл. 11;
Fiаkk - часть площади водосбора, занятой аккумулирующей емкостью, км2;
hiаkk - слой воды, задерживающийся на площади мм;
ар - расчетная интенсивность дождя, определяемая по формуле:
ар = ачас·Kt, мм/мин. (48)
где ачас и Kt - имеют прежние обозначения, что и в формуле (24) и определяются по табл. 10 и 11.
Таблица 21
км2 |
Коэффициенты Δr для следующих районов: |
||
муссонные |
средние по водности |
засушливые |
|
до 2 |
1,4-1,2 |
1,2-1,1 |
1,0-0,9 |
2-10 |
1,3-1,15 |
1,15-1,07 |
0,90-0,80 |
10-100 |
1,15-1,07 |
1,07-0,95 |
0,8-0,7 |
Более 100 |
1,07-1,00 |
0,9541,90 |
0,7-0,65 |
Величины Fakki и соответствующие им слои hakki определяются при непосредственных измерениях в период полевого обследования водосборов. Учитывая возможное неравномерное распределение слоя задерживающейся воды для расчетов необходимо принимать средневзвешенную по аккумулирующей площади величину слоя воды.
При учете искусственной аккумуляции водосборов необходимо учитывать условия формирования расчетного паводка в каждом районе изысканий. В районах с муссонным климатом не следует производить учет поверхностной аккумуляции, так как к началу расчетного паводка возможно затопление аккумулирующих емкостей.
Потери стока на пахотных землях необходимо учитывать только в тех районах, где отсутствует сток по промерзшей почве, а также на тех полях, которые распахиваются ежегодно.
Необходимо также учитывать хозяйственную деятельность человека в течение всего периода времени, на который рассчитывается работа водопропускных сооружений (изменение площадей, занятых лесом, пашней и т.п.). Эти данные должны быть установлены в период полевых работ при согласовании отвода земель в соответствующих организациях.
В расчеты следует вводить только те данные, которые определяют наиболее тяжелые условия работы отверстий водопропускных сооружений в расчетный период службы этих сооружений.
4. Переливы из бассейна в бассейн и выплески
В районах с пониженными и плохо выраженными водоразделами наблюдаются переливы воды из одного бассейна в другой. Переливы воды происходят по отдельным понижениям и промоинам водоразделов и в некоторых случаях имеют вид небольших устойчивых русел (рис. 28).
Рис. 28 Схема перелива воды в смежный бассейн
Несколько иного вида переливы могут быть в предгорных районах на реках с неустойчивыми руслами и пониженными берегами, на которых наблюдается образование новых рукавов, а также мелких водотоков, образующихся в результате выплесков воды в паводок на берега в местах излучин и резкого изменения направления течения (рис. 29).
Рис. 29 Образование выплесков на предгорных реках
Эти явления требуют особого учета, так как обычные метода расчета максимальных расходов не могут быть здесь приемлемы из-за особых условий притока дождевых вод к расчетному створу.
Случаи переливов и выплесков должны быть выявлены при изыскательских работах и тщательно обследованы с целью своевременного их учета при проектировании и определения метода расчета максимальных расходов.
Если явление перелива вызвано происходящими естественными переформированиями местности, носит временный характер или места и объем воды при переливе трудно определимы, расчетный расход водосбора, из которого переливается вода, определяется без учета части общего расхода (Qсбp), сбрасываемого в соседний бассейн.
В случаях, когда место перелива устойчиво и хорошо прослеживается на местности, а отбрасываемый расход хорошо определим, расчетный расход может быть определен по формуле:
Qр = Q%-Qcбp·ЛТ, м3/сек. (49)
где Q% - собственный расход водосбора, заданной ВП, м3/сек.;
Qсбр - сбрасываемый расход воды в месте перелива в смежный бассейн, м3/сек.;
ЛТ - коэффициент трансформации сбрасываемого расхода воды, применяемый в расчете для четко выраженных сбросных русел по специальному расчету с учетом разности во времени добегания к сооружению и распластывания на протяжении транзитного участка сбросного русла в смежном бассейне. При отсутствии такого расчета принимается равным 1,0.
Расчетный расход водосбора, в который переливается вода с соседнего бассейна, определяется независимо от степени устойчивости места перелива по следующей формуле:
Qр = Q% + Qсбр×ЛТ, м3/сек, (50)
где условные обозначения прежние, что и в формуле (49).
Расчетный расход воды на водотоках с неустойчивыми руслами, из которых выплескивается вода, образуя самостоятельные водотоки, должен определяться без учета расхода выплеска (Qвыпл).
Определение расчетных расходов водотоков, образуемых в результате выплеска воды из другого водотока, следует производить по следующей формуле:
Qр = Qвып+Q% (51)
где Qвып - расход выплеска воды из одного водотока в другой;
Q% - расход воды, вычисленный на площадь водосбора, примыкающую к руслу выплеска.
Расход выплеска (Qвып) устанавливается в месте выхода воды на малый водосбор путем разбивки живого сечения в месте его образования (рис. 28), определения горизонта воды по следам на местности и выполнения морфометрических расчетов по определению Qвып по формуле:
(52)
где - коэффициент шероховатости русла по выплеску;
- средняя глубина воды живого сечения выплеска (ω) при установленном в поле горизонте высокой воды в месте образования выплеска (рис. 30).
J - продольный уклон дна русла по выплеску.
Рис. 30 живое сечение выплеска в месте его образования на одной из рек Непала
При определении Qвып необходимо учитывать условия, способствующие развитию выплесков и связанное о этим увеличение расхода воды по руслу выплеска. Скорость воды в русле может быть оценена для ориентировочных соображений по грунтам ложа выплеска.
Приложение 1
ТАБЛИЦА
классификации естественных русел и нормы сопротивления движению по данным М.Ф.
Срибного.
Категория |
Характеристика русла |
n |
|
1 |
Естественные русла в весьма благоприятных условиях (чистое, прямое, не засоренное, земляное со свободным течением, русло) |
0,025 |
40 |
2 |
Промежуточное значение между I-й и II-й категориями часто применяемое в практике. Сюда, же относятся галечные и гравийные русла при словесной характеристике их, совпадающей с I-й категорией |
0,0285 |
35 |
3 |
Русла постоянных водотоков равнинного типа (преимущественно больших и средних рек) в благоприятных условиях состояния ложа и течения воды |
|
|
Периодические потоки большие, и малые при очень хорошем состоянии поверхности и формы ложа |
0,0333 |
30 |
|
4 |
Сравнительно чистые русла постоянных равнинных водотоков в обычных условиях, извилистые, с некоторыми неправильностями в направлении струй или же прямые, но с неправильностями в рельефе дна (отмени промоины, мостами камни) |
|
|
Правильные, хорошо разработанные галечные русла горных рощ (в нижнем течении). Земляные русла периодических водотоков (сухих логов) в благоприятных условиях |
0,040 |
25 |
|
5 |
Русла (больших и средних рек) значительно засоренные, извилистые и частично заросшие, каменистые, с неспокойным течением. |
|
|
Периодические (ливневые и весенние) водотоки, несущие во время паводка заметное количество наносов с крупногалечным, или покрытым растительностью (травой и пр.) ложем |
|
|
|
Поймы больших и средних рек, сравнительно разработанные, покрытые нормальным количеством растительности (травы, кустарника) |
0,050 |
20 |
|
6 |
Русла периодических водотоков сильно засоренные и извилистые. Сравнительно заросшие, неровные, плохо разработанные поймы рек (промоины, кустарники, деревья, наличие заводей) |
|
|
Порожистые участки равнинных рек. Галечно-валунные русла горного типа с неправильной поверхностью водного зеркала |
0,067 |
15 |
|
7 |
Реки и поймы весьма значительно заросшие (со слабым течением) с большими глубокими промоинами |
|
|
Валунные, горного типа, русла с бурным пенистым течением, с изрытой поверхностей водного зеркала (с летящими вверх брызгами воды) |
0,060 |
12,5 |
|
8 |
Поймы такие как, предыдущей категории, но с сильно неправильным, косоструйным течением, заводями и пр. |
|
|
Горно-водопадного типа русла с крупновалунными извилистым строением ложа, перепады ярко выражены, пенистость настолько сильна, что потеряв прозрачность, имеет белый цвет, шум потока доминирует над всеми остальными звуками, делает разговор затруднительным. |
0,100 |
10 |
|
9 |
Характеристика горних рек примерно та же, что и в предыдущей категории. Реки болотного типа (заросли, кочки, во многих местах почти стоячая вода и пр.) |
0,133 |
7,5 |
10 |
Глухие пойми, сплошь лесные, таежного типа. Склоны бассейнов в естественном состоянии |
0,200 |
5 |
Приложение 2
Рис. 12. Клетчатка вероятностей.
Приложение 3
ГОДОВАЯ ТАБЛИЦА
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК 19___ г. Бассейн________________________________________________________________________ Река____________________________________________________________________________ Станция____________________ типа №________________________________________ Водомерный пост_________________________________________________________________ Отметка нуля графика__________ м абс/усл. Открыта_______________________
Ср. годовой ________ Высший ________ (дата) ________ Низший ________ (дата) _______ Обработал ____________________________ Проверил _________________________ |
Приложений 4.
таблица
к определению коррелятивной связи
№№ п/п
Годы
у
х
Δу
= у-у0
Δх
= х-х0
Δу2
= (у-у0)2
Δх2
= (х-х0)2
Δх·Δу
= (х-х0)(у-у0)
Δх+Δу
= (х-х0)+(у-у0)
(Δх+Δу)
= Δх2+2ΔхΔу+Δу2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Приложение 4
(продолжение)
№№ п/п |
Годы |
у |
х |
Δу = у-у0 |
Δх = х-х0 |
Δу2 = (у-у0)2 |
Δх2 = (х-х0)2 |
Δх·Δу = (х-х0)(у-у0) |
Δх+Δу = (х-х0)+(у-у0) |
(Δх+Δу) = Δх2+2ΔхΔу+Δу2 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(продолжение)
Построчный контроль:
Δх2+2Δх·Δу+Δу2 = (Δх+Δу)2
Общий контроль:
Σ(Δх+Δу)2 = ΣΔх2+2ΣΔх·Δу+ΣΔу2
Среднее квадратическое отклонение σх и σу
Коэффициент корреляции
Коэффициент регрессии
Уравнение прямой регрессии
х по у х-х0 = Rx/y(y-y0)
y по x y-y0 = Ry/x(x-x0)
Средняя ошибка уравнения регрессии
Вероятная ошибка коэффициента корреляции
Предельная ошибка
r = ± 4Er
Приложение 5
Измеренные расходы воды
№ расхода
Дата измерения
№ створа
Состояние реки на участке гидроствора
Уровень воды (см ??? нулем графика ??
Расход воды м3/сек.
Площадь водного сечения (м2)
Скорость течения (м/сек)
Ширина реки (м)
гидроствор
средняя
наибольшая
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
№ расхода |
Дата измерения |
№ створа |
Состояние реки на участке гидроствора |
Уровень воды (см ??? нулем графика ?? |
Расход воды м3/сек. |
Площадь водного сечения (м2) |
Скорость течения (м/сек) |
Ширина реки (м) |
|
гидроствор |
средняя |
наибольшая |
|||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы
Глубина (м) |
Уклон водной поверхности (%) |
Способ измерения расхода |
Метод вычисления расхода |
Примечание |
|
Средняя |
Наибольшая |
||||
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Составил _____________________ Проверил _______________________
Приложение 6
ТАБЛИЦА
Подсчет коэффициента вариации и асимметрии
Р __________ n ______________ F км2 _________________
№ п/п |
Годы |
Rср год |
Q в убыв. порядке |
K |
K-1 |
(K-1)2 |
(K-1)2 |
|
||
+ |
- |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q0 =
σСv =
Приложение 7
Номограмма для возведения чисел 1-100 в степень n = 0,1÷?
Приложение 8
Ведомость вычисления площадей живого сечения в
створе.
№№ пром. верт.
Глубина h пром. верт. м.
hср м
Расстояние в м.
Площадь ω м.
№№ пром. верт. |
Глубина h пром. верт. м. |
hср м |
Расстояние в м. |
Площадь ω м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ΣВ = Σω =
№№ пром. верт. |
Глубина h пром. верт. м. |
hср м |
Расстояние в м. |
Площадь ω м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ΣВ = Σω =
Приложение 9
ГЛАВТРАНСПРОЕКТ
СОЮЗДОРПРОЕКТ
ИНСТРУКЦИЯ ПО СОСТАВЛЕНИЮ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И РАСШИФРОВКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ К ПРОГРАММЕ "СТАТИСТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ РАСХОДОВ ПРИ НАЛИЧИИ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ" НА ЭЦВМ "БЭСМ-4"
1969 г.
1. Введение
Инструкция составлена к программе "Статистический расчет расходов при наличии гидрометрических наблюдений" на ЭЦВМ "БЭСМ-4", разработанной Союздорпроектом в 1968 году.
Исходные данные и результаты расчета заносятся в прилагаемый расчетный бланк, который является основным документом для расчета.
Программа предусматривает статистические расчеты гидрологических величин. В результате расчетов предусматривается получение величин расчетных расходов 0,1; 0,3; 1,0; 2,0; 3,0; 10,0; 99,0% вероятности превышения. Для указанных расходов(кроме расчетного расхода 99% вероятности превышения) программой производится расчет гарантийной поправки к величине расчетного расхода воды.
При расчетах производится определение параметров кривых распределения:
- средний из максимальных расходов воды;
Cv - коэффициент изменчивости ряда максимальных расходов воды (коэффициент вариации);
CS - коэффициент несимметричности распределения больших и малых расходов относительного среднего значения (коэффициент асимметрии).
Значение величин эмпирической вероятности превышении подсчитывается по двум формулам:
где N - порядковый номер ряда,
n - количество членов ряда.
Программа дозволяет учитывать особо выдающиеся максимальные расходы воды путем приведения параметров кривых распределения вероятностей превышения максимальных расходов воды к многолетним значениям.
2. Указания по составлению исходных данных
Исходными данными для программы являются:
1. Ряд максимальных расходов или других гидрологических величин систематических гидрометрических наблюдений (в любой последовательности). Заносить в таблицу № 1 расчетного бланка.
2. Для подсчета коэффициента асимметрии необходимо подчеркнуть требуемую формулу в пункте I расчетного бланка.
3. Коэффициент "а", характеризующий гидрологическую изученность реки: а = 0,7 для рек, расположенных в гидрологически изученных областях; а = 1,5 дли рек, расположенных в гидрологически слабо изученных, областях. В указанном диапазоне допускается принимать промежуточные значения "а". Заносить в пункт 2 расчетного бланка.
4. Для учета особо выдающегося максимального расхода воды необходимо:
a) QN - особо выдающийся расход (занести в пункт 2а расчетного бланка);
б) N - количество лет, за который этот расход не был превышен (занести в пункт 2б расчетного бланка);
в) указания, где находится этот расход вне ряда наблюдений или внутри его (занести в пункт 2в расчетного бланка).
Чтение результатов
I. При обсчете, ряда систематических гидрометрических наблюдений:
а) контрольная сумма исходных данных;
б) исходные данные;
в) ранжированный ряд исходных данных;
г) эмпирическая вероятность по формуле
д) эмпирическая вероятность по формуле
е) - среднее значение расхода
Cv - коэффициент вариации
CS - коэффициент асимметрии
n - количество членов ряда;
ж) семь значений расчетного расхода (Qp);
з) шесть значений расчетного расхода с учетом гарантированной поправки (Q'p).
2. При обсчете особо выдающегося максимального расхода:
а) N - количество лет
б) QN - особо выдающийся максимальный расход;
в) - среднее значение расхода
C'v - коэффициент вариации
C'S - коэффициент асимметрии
N - количество членов ряда;
г) семь значений расчетного расхода (Qр);
д) шесть значений расчетного расхода с учетом гарантированной поправки (Q'p).
Приложение 10
ГЛАВТРАНСПРОЕКТ
СОЮЗДОРПРОЕКТ
ИНСТРУКЦИЯ ПО СОСТАВЛЕНИЮ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ К РАСШИФРОВКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ К ПРОГРАММЕ "МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ БОЛЬШИХ И СРЕДНИХ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ НА ЭЦВМ "БЭСМ-4"
1969 г.
1. Введение
Инструкция составлена к программе "Морфометрических расчетов больших и средних мостовых переходов" на ЭЦВМ БЭСМ-4, разработанной Союздорпроектом в 1968 году. Исходные данные и результаты расчета заносятся в прилагаемый расчетный бланк, который является основным документом для расчета.
Основная задача настоящей программы состоит в определении величины расхода по заданному горизонту воды, уклону водной поверхности и поперечному сечению водотока.
В результате расчетов могут быть получены исходные данные для построения морфометрических кривых
Q = f(H), ω = f(H), V = f(H)
Программа предусматривает определение расчетного уровня воды по любой задаваемой величине расхода.
2. Указания по составлению исходных данных
Исходными данными для программы являются:
1. Морфоствор задается отметками земли hj и расстояниями между ними (lj), которые заносятся в таблицу № 1* гр.1,2. В графе 3 таблицы № I даются указания о начале и конце участков с различными коэффициентами шероховатости (границы русловых и пойменных участков).
___________________
Таблицы 1, 2, 3 приведены в расчетном бланке
2. Определяется меньшая по величине отметка из двух крайних точек морфоствора (при определении расхода).
3. При расчете по определению расхода задаются требуемые горизонты, расчетные уклоны водной поверхности, а также коэффициенты шероховатости по намеченным участкам при заданных горизонтах (табл. № 2).
4. При определении горизонта водной поверхности задаются расходы и коэффициенты шероховатости по установленным участкам при этих расходах, а также уклоны водной поверхности.
5. Уклоны водной поверхности могут быть заданы одним из 4-х случаев:
А. Случай, когда для всех заданных значений горизонтов водной поверхности имеются соответствующие им уклоны (Н? ~ i?).
Б. Случай, когда заданы три значения уклона: уклон дна (или межени), уклон выхода на пойму и уклон при наивысшем горизонте (уклон ГВВ). (В промежутках уклон определяется по линейной зависимости). (Н1 ~ i; H2 ~ i2; H3 ~ i3).
В. Случай, когда изменение уклона на водотоке может быть схематизирование в виде одного уровненного участка, принимаемого по линейной зависимости (Н1 ~ i; H2 ~ i2;).
Г. Случай, когда расчетный уклон задан одним значением уклона (Н? ~ i?).
При выполнении подсчета уклонов на морфостворе одним из четырех случаев необходимо заполнить графу 3 таблицы 2.
6. Характеристики грунтов, слагающих руслов, задаются согласно таблице 4 настоящей инструкции и вносятся в пункт II бланка. Таблица составлена в соответствии с "Наставлением по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки" Главтранспроекта 1969 г.
Таблица 4
№ категории грунта |
Род грунта |
Грунтовая характеристика русел |
|
Наименование грунтов, слагающих руслов (по преобладающим фракциям) |
Средний - диаметр фракции, мм |
||
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
Несвязные грунты |
Тонкий иловатый песок |
0,15 |
2 |
Мелкий песок и супесь |
0,50 |
|
3 |
Средний песок и мелкий песок с гравием |
1,0 |
|
4 |
Крупный песок и мелкий песок с гравием |
2,5 |
|
5 |
Гравий с крупным песком |
6,0 |
|
6 |
Мелкая галька с гравием и песком |
15,0 |
|
7 |
Средняя галька с гравием и песком |
25,0 |
|
8 |
Крупная галька с гравием |
60,0 |
|
9 |
Мелкие валуны с гравием и галькой |
140,0 |
|
10 |
Средние валуны с галькой |
250,0 |
|
11 |
Средние и мелкие валуны |
450,0 |
|
12 |
Крупные валуны |
750,0 |
|
13 |
Связные грунты |
Малоплотные глины и суглинки при объемном весе сухого грунта = 1,0 т/м3 |
|
14 |
Среднеплотные глины и суглинки при объемном весе сухого грунта = 1,4 т/м3 |
|
|
15 |
Плотные глины и суглинки при объемном весе сухого; грунта = 1,8 т/м3 |
|
3. Результаты расчета
Расшифровка результатов расчета приводится для ленты, которую печатает машина.
Результаты расчетных величин заносятся в табл. 3 расчетного бланка.
1. Общая часть
а) печатаемся контрольная сумма обоих массивов исходных данных;
б) печатается массив коэффициентов шероховатости;
в) печатается массив остальных исходных данных.
2. Насчет расходов по горизонтам.
При определении расхода Q = f(Н) на печать выдаются:
а) минимальная отметка из крайних точек морфоствора, в случае, когда горизонт водной поверхности больше, чем эта отметка;
б) при наличии воды на участке морфоствора выдаются на печать следующие результаты:
Vдоп - допускаемая скорость для руслового участка, если оно меньше фактической скорости на этом участке;
Vy2, - средняя скорость течения воды на участке, м/сек.;
Hср - средняя глубина участка, м,
Хуч - смоченный периметр, м,
Вуч - расстояние по заданному горизонту воды, м,
ωу2 - площадь живого сечения, м2,
Qy2 - расход на участке м3/сек.,
m - коэффициент шероховатости,
в) итоговая печать морфоствора.
- расходный коэффициент створа
i - уклон водной поверхности,
Вств - расстояние по зеркалу воды,
ωств - площадь живого сечения,
Qств – расход,
Нξ - горизонт, при котором находится расход.
4. Определение горизонта водной поверхности
а) На печать выдается при обсчете участка аналогичная информация, что и при подсчете расхода; (п. 2, б)
б) Итоговая печать морфиствора
- расходный коэффициент
i - уклон водной поверхности,
Вств - расстояние по зеркалу воды,
ωств - площадь живого сечения
Qств - подсчитанный расход,
Нств - горизонт, водной поверхности, при котором получен расход,
Qξ - заданный расход.
Приложение 11
Перечень использованных инструктивно-методологических и литературных материалов
1. СНиП II-Д.7-62.
2. СНиП II-Д.5-62.
3. Указания по определению расчетных максимальных расходов талых вод при отсутствии или недостаточности гидрометрических наблюдений СН 356-66.
4. СНиП II-И.7-65. Расчетные максимальные расходы воды при проектировании гидротехнических сооружений на реках.
5. Инструкция по расчету стока с малых бассейнов Минтрансстроя СССР и MПC СССР. ВСН 63-61.
6. Инструкция по расчету стока с малых бассейнов Минтрансстроя СССР и МПС СССР. ВСН 63-67.
7. Расчет ливневого стока с малых водосборов. Союздорнии, М.1965.
8. Технические условия проектирования железнодорожных, автодорожных и городских мостов и труб. СН 200-62.
9. Методические указания Управлениям Гидрометслужбы № 49 Л.1957г.
10. Труды ЛГМИ. Вып. 23, 13, 35.
11. Соколовский Д.Л. Речной сток 1968г.
12. Андреев О.В. Проектирование мостовых переходов М. 1960г.
13. Союздорпроект. Указания и информация по изысканиям и проектированию автомобильных дорог. М. 1966г. № 2.
14. Союздорпроект. Сборник указаний и информации M.1966 г. № 2
15. Союздорпроект. Расчет отверстий малых искусственных сооружений. М. 1941.
16. Оргтрансстрой. Гидрологические расчеты мостовых переходов вып. 6. М.1969г.
17. Труды Союздорнии, выпуск 16. М. 1966 г.
18.Союздорпроект. Сборник указаний и информации по изысканиям и проектированию автомобильных дорог M. 1967 г. № 2.
Методическое руководство расположен в сборниках: |
Нравится
Твитнуть |