ГЛАВТРАНСПРОЕКТ

СОЮЗДОРПРОЕКТ

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО
ПО ГИДРОЛОГИЧЕСКОМУ ОБСЛЕДОВАНИЮ ВОДОТОКОВ И РАЗРАБОТКЕ
РЕГИОНАЛЬНЫХ НОРМ МАКСИМАЛЬНОГО СТОКА ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

МОСКВА 1970

СССР
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
ГЛАВТРАНСПРОЕКТ
СОЮЗДОРПРОЕКТ

Методическое руководство
по гидрологическому обследованию водотоков
и разработке региональных; норм максимального стока
при проектировании автомобильных дорог

утверждено

для практического применения
и Главным инженером Союздорпроекта

17 марта 1970 года

Москва - 1970 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

"Методическое руководство" разработано в развитие указаний "Инструкции по расчету стока с малых бассейнов" (ВСН 68-67, глава I § I п. 4) и "Указаний по определению расчетных максимальных расходов талых вод при отсутствии или недостаточности гидрометрических наблюдений" (СН 356-66 разд.1 п.п.1, 6, 1, 9).

"Методическое руководство" составлено на основании многолетнего практического опыта Союздорпроекта по обоснованию региональных зависимостей максимального стока в ряде неизученных районов СССР и за рубежом, обобщения от дельных литературных и инструктивных источников, а также материалов региональных исследований отдельных авторов и организаций. Перечень использованных материалов приведен в приложении.

"Методическое руководство" увязано с требованиями строительных норм и правил: СНиП II-Д.7-62 "Мосты и трубы", СНиП II-Д.5-62 "Автомобильные дороги общей сети Союза ССР", СНиП II-И.7-65 "Расчетные максимальные расходы воды при проектировании гидротехнических сооружений на реках".

"Методическое руководство" разработано главным специалистом технического отдела Союздорпроекта кандидатом технических наук Перевозниковым Б.Ф.

Начальник технического отдела
Союздорпроекта

/Ротштейн К.М/

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При определении максимальных расходов возникают трудности, связанные с невозможностью применения действующих нормативных документов либо из-за их отсутствия для района изысканий, либо из-за отсутствия в них рекомендаций для заданного района, или из-за приближенной схематизации расчетных параметров, не обеспечивающей необходимую точность конечных результатов.

Эти трудности объясняются большим разнообразием метеорологических, гидрологических и других природных факторов, учет которых может быть произведен наиболее полно только при непосредственном полевом обследовании водотоков.

Именно это обстоятельство и нашло свое отражение в указанных выше нормативных документах, предусматривающих в неизученных районах применение региональных формул при их надлежащем обосновании материалами непосредственных полевых обследований.

Настоящее "Методическое руководство" имеет задачу создания инструктивного документа по методике обоснования и разработки региональных норм максимального стока, наиболее целесообразной в условиях линейных дорожных изысканий, независимо от степени изученности и местоположения района проектирования.

Опыт гидрологических расчетов показал, что применение существующих косвенных методов определения максимальных расходов в неизученных районах нельзя считать оправданным: что связано с необходимостью произвольных и отдаленных аналогий при назначении параметров расчетных формул, что не отражает особенностей максимального стока в районе проектирования и приводит к грубым ошибкам в определении отверстий водопропускных сооружений.

В неизученных районах особое внимание должно быть обращено на материалы краткосрочных полевых обследований водотоков, производимых при изысканиях автомобильных дорог и методику инженерных гидрометеорологических обследований с целью сбора наиболее полных сведений о водотоках, пересекаемых трассой дороги.

Ввиду невозможности проведения в период линейных изыскательских работ не только длительных, но и кроткосрочных гидрометрических наблюдений на всех реках, особое значение приобретает гидроморфометрический метод обследования по следам паводков прошлых лет (без натурных наблюдений за проходом паводка в год изысканий) и краткосрочные половые гидрометеорологические наблюдения.

"Методическое руководство" содержит рекомендации по полевому гидрометеорологическому обследованию водотоков, методике установления ливневых характеристик и методике разработки региональных зависимостей максимального стока на основе совместного использования материалов половых обследований водотоков с данными об осадках в районе изысканий.

''Методическое руководство" предусматривает установление региональных зависимостей максимальных расходов но всему направлению проектируемой дороги и в необходимом диапазоне водосборных площадей для всего объекта, но не более 2000 км².

Для отдельных больших водотоков определение максимальных расходов может быть произведено в соответствии с рекомендациями действующего "Наставления по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки" Главтранспроекта.

Методы разработки региональных зависимостей максимальных расходов, а также их обоснованность определяются степенью изученности района изысканий и задачами, стоящими перед изысканиями на разных стадиях проектирования.

При технико-экономическом обосновании (ТЭО) составляются предварительные региональные гидрометеорологические зависимости максимальных расходов без полевого обследования водотоков.

На стадии технического проекта производится разработка региональных норм максимального стока по материалам гидрометеорологических изысканий.

На последующей стадии производится уточнение региональных норм стока по материалам дополнительного полевого обследования водотоков и учета паводков, прошедших за период от изысканий для технического проекта до изысканий для рабочих чертежей.

Независимо от стадии инженерных изысканий работы по гидрометеорологическим изысканиям и по обоснованию региональных норм стока подразделяются на следующие периоды: подготовительный, полевой и камеральный.

I - Подготовительные работы

В состав работ подготовительного периода входят следующие работы:

- изучение района изысканий;

- обор и систематизация исходных материалов;

- обработка материалов многолетних наблюдений;

- установление состава и программы гидрометеорологических наблюдений и работ в полевой период;

- работы при дополнительных обследованиях в последующие годы.

Изучение района проектирования производится по картографическим, литературным, архивным, специальным гидрометеорологическим и другим материалам, включая проектно-изыскательские документы, составленные различными организациями.

При изучении указанных материалов должно быть получено общее представление о физико-географических, климатических и гидрографических особенностях района, выявлено наличие источников, содержащих необходимые гидрометеорологические сведения.

Сбор и систематизацию исходных данных следует производить с учетом материалов гидрометеорологических наблюдений, имеющихся в архиве и в официальных, периодических киданиях различных ведомственных организаций Гидрометслужбы СССР.

Необходимые сведения могут быть получены из материалов отдельных региональных исследований по максимальному стоку, гидрографии и метеорологии.

Для производства гидрометеорологических обследований водотоков должны быть подучены общие предварительные сведения по гидрографии, геоморфологии, гидрологии, истерии формирования рельефа и речных систем, метеорологии, о синоптических условиях, прошедших паводках, наводнениях, засушливых годах, о существующих искусственных сооружениях на реках, судоходстве, сплаве, ледовых и мерзлотных явлениях, годовом режиме рек и т.п.

Должны быть получены сведения о количестве и местоположении метеостанцией, водпостов и других пунктов гидрометеорологических наблюдений. Производится нанесение на карту района имеющихся пунктов наблюдений и их предварительный отбор для последующего анализа и использования для наиболее полной освещенности района гидрометеорологическими данными.

При отсутствии пунктов наблюдений в данном районе необходимы данные о метеостанция и водпостах, расположенных в прилегающих и близлежащих районах.

После предварительного отбора необходимых пунктов наблюдений производится выписка их географических координат, названий, высот над уровнем моря, периода и видов гидрометеорологических наблюдений.

Из метеорологических наблюдений необходимы сведения об осадках ежедневных, месячных и годовых за многолетний период, а также сведения, характеризующие синоптические условия в период выпадения дождей и формирования максимального стока на реках.

Из гидрологических наблюдений необходимы сведения о ежедневных годовых и многолетних максимальных расходах, уровнях, скоростях течения воды, уклонах водной поверхности и т.п.

Практический интерес представляют не только многолетние данные, но и эпизодические наблюдения за отдельные годы, а также сведения о выдающихся ливнях и паводках в районе изысканий. Собираются сведения о датах появления выдающихся дождей и паводков, их размерах, продолжительности, величинах максимумов и интенсивности подъема и спада.

В результате изучения, сбора и систематизации исходных материалов должны быть представлены следующие данные:

- общая физико-географическая характеристика района;

- перечень литературных, архивных, гидрометеорологических и других материалов, использованных при сборе исходных сведений;

- карта изученности района проектирования с нанесенными на нее пунктами гидрометеорологических наблюдений;

- список метеостанций и водпостов с указанием состава и продолжительности наблюдений;

- сведения о синоптической обстановке района;

- внутригодовое распределение осадков;

- характеристика внутригодового и многолетнего режима рек района (графики колебаний уровней, гидрографы);

- многолетние величины осадков, различной продолжительности и гидрологических величин (расходов и уровней).

При обработке многолетних данных наблюдений составляются статистически однородные выборки различных гидрометеорологических характеристик, производится анализ их качества и полноты, В результате последующих вычислений должны быть получены расчетные гидрометеорологические характеристики требуемой вероятности превышения (ВП) по всем пунктам, имеющим длительные ряды наблюдений.

При обработке данных многолетних наблюдений на реках следует руководствоваться СНиПом II-И.7-65.

В результате изучения и сбора исходных материалов должно быть установлена ступень гидрометеорологической изученности района проектирования, подготовлена программа и наиболее целесообразный состав работ по полевому гидрометеорологическому обследованию с учетом природных и климатических особенностей района, в также сроков проведения всего комплекса проектно-изыскательских работ.

Устанавливается необходимость проведения краткосрочных экспедиционных гидрометеорологических наблюдений с целью учета влияния климата и цветных гидрологических условий, вызванных недостаточной изученностью района и особо сложной гидрометеорологической обстановкой. Определяется состав и вид наблюдений, количество и расположение пунктов наблюдений, сроки и их продолжительность, а также программа полевых работ.

Устанавливается необходимость проведения краткосрочных экспедиционных гидрометеорологических наблюдений с целью учета влияния климата и местных гидрологических условий, вызванных недостаточной изученностью района и особо сложной гидрометеорологической обстановкой. Определяется состав и вид наблюдений, количество и расположение пунктов наблюдений, сроки и их продолжительность, а также программа полевых работ.

Подготовительные работы при дополнительных обследованиях водотоков в последующие годы выполняются при гидрометеорологических изысканиях для рабочих чертежей. В состав этих работ входит следующее:

- дополнительный сбор, систематизация обработка данных многолетних гидрометеорологических наблюдений;

- корректировка расчетных гидрометеорологических величин, полученных в результате статистического расчета многолетних рядов.

Дополнительный сбор исходных данных осуществляется в случае, если имеется длительный перерыв во времени между изысканиями для технического проекта и предпостроечными изысканиями, если за этот период наблюдались высокие наводки или редкие по силе дожди, близкие к расчетным или выше их, а также, если обнаружена недостаточная обоснованность расчетных гидрометеорологических характеристик, установленных на стадии предыдущих изысканий.

При обработке дополнительных материалов многолетних наблюдений производится удлинение рядов гидрометеорологических величин и повторные статистические расчеты.

II - Полевые инженерно-гидрометеорологические обследования

1. Организация, направленность и состав полевых работ

Полевые инженерно-гидрометеорологические обследования для целей разработки региональных норм максимального стока предусматривают следующие работы:

- определение гидрографических характеристик водосборов;

- линейные обследования малых и средних водотоков;

- экспедиционные гидрометеорологические наблюдения;

- обследования водопропускных сооружений на существующих дорогах;

- обследования больших водотоков;

- обследования на стадии предпостроечных изысканий.

Работы по инженерным гидрометеорологический обследованиям планируются и выполняются, как правило, в период проектно-изыскательских работ на объекте.

Работы по экспедиционным гидрометеорологическим наблюдениям выполняются в зависимости от метеорологических и гидрологических особенностей района и могут выполняться в отдельных случаях в сроки, отличные от сроков производства основных линейных изысканий.

Инженерные гидрометеорологические обследования рек района изыска производятся по трассе проектируемой дороги, ее вариантам, а также по существующим дорогам, близлежащим пунктам гидрометеорологических наблюдений и у насоленных пунктов.

Местоположение и количество пунктов экспедиционных гидрометеорологических наблюдений определяется в зависимости от степени изученности района, особенностей гидрометеорологических условий, исходя из необходимости получения расчетных гидрометеорологических характеристик по всему поправлению проектируемой дороги.

Работы по инженерно-гидрометеорологическому обследованию целесообразно выполнять силами обычных линейных изыскательских подразделений.

Если возникает необходимость выполнения работ по гидрометеорологическим наблюдениям в сроки, отличные от сроков проведения основных полевых работ, необходимо организовывать специализированные изыскательские подразделения.

Состав этих подразделений определяется конкретными условиями. Для обычных условий рекомендуется включать в состав этих подразделений 2-3 х специалистов.

Работы по инженерным гидрометеорологическим обследованиям должны производиться в соответствии с техническим заданием, в котором указываются объемы, состав и сроки выполнении полевых работ.

Работы по инженерно-гидрометеорологический обследованиям должны быть предусмотрены в смете проектно-изыскательских работ, а также и в плане организации работ комплексной изыскательской экспедиции.

Руководство полевыми гидрометеорологическими обследованиями и ответственность за их выполнение возлагается на опытного специалиста при непосредственном его участии в изысканиях.

Для обобщения полевых материалов должна быть предусмотрена камеральная группе, в задачу которой входит контроль за полнотой и качеством полевых материалов, их обработка, работы по разработке и обоснование расчетных гидрометеорологических зависимостей максимального стока и расчеты отверстий водопропускных сооружений.

2. Определение гидрографических характеристик водосборов

Определение гидрографических характеристик водосборов производится по имеющимся топографическим материалам, а при их недостаточности или полном отсутствии - по данным полевых рекогносцировочных обследований местности. В результате этого должны быть собраны следующие сведения:

- название и местоположение водосбора по трассе дороги, площадь бассейна, длина водотока;

- отметки истока и у расчетного створа, общий характер рельефа бассейна (равнинный, холмистый, горный) и уклон лога;

- типы почв, видовой состав растительности и их распространение по направлению дороги и по площади каждого водосбора;

- наличие и местоположение озер, болот, морей, бессточных впадин, пахотных земель, карстовых, мерзлотных и др. явлений;

- наличие и местоположение прудов, водохранилищ, каналов, арыков, плотин, запруд, барражей, мельниц, мостов и других искусственных сооружений.

Для определения площадей бассейнов и указанных выше характеристик необходимо установить границы каждого из пересекаемых водосборов. Границы бассейнов определяются по линиям водоразделов и по направлению горизонталей на картах или планах и проводятся в виде плавных линий.

В случаях, когда направление лога, тальвега или границ водоразделов трудно определимо, необходимо принимать направление стока по линиям, перпендикулярным к горизонталям.

После установления границ всех водосборов, пересекаемых трассой дороги, составляется общий план бассейнов, на которой показывается проектируемая дорога, намечаемые варианты, границы бассейнов, русла водотоков, лога и тальвеги со всеми притоками и ответвлениями, существующие дороги и другие искусственные сооружения, озера, болота, мари, границы лесов, пашни и других угодий, а также населенные пункты. На каждом бассейне указывается порядковый номер водосбора по ходу пикетажа или километража, площадь бассейна в кв. км и название водотоков.

Рис. 1 Сводный план бассейнов

Сводный план бассейнов является основным изыскательским документом, на основании которого выполняются гидрологические расчеты мостов и труб. На рис. 1 показан в качестве примера такой сводный план для небольшого участка дороги.

На водосборах с неясно выраженными водоразделами производится уточнение границ бассейнов путем аэровизуальных или наземных рекогносцировочных обследований, либо инструментальными измерениями с разбивкой в натуре сети тахеометрических ходов с обязательной фиксацией следующих контрольных точек: истоков, смежных водоразделов, мест выплесков воды (переливов) из одного бассейна в другой, имеющих в некоторых случаях самостоятельные русла и т.п.

Способ полевых обследований неясно выраженных границ бассейнов определяется в каждом конкретном случае, исходя из сроков выполнения и объемов изыскательских работ, стадии изысканий, наличия походных топографических материалов, характера местности и степени залесенности.

При необходимости определения границ бассейнов путем непосредственного их обследования в незалесенной и открытой местностях, с хорошо выраженными водоразделами, целесообразным следует считать прокладку теодолитных ходов по боковым и верховым водоразделам с замером расстояний и румбов (рис. 2).

Рис 2 Схема теодолитных ходов

В случаях хорошо выраженного верхового водораздела производится теодолитный ход по этому водоразделу, а такие аналогичные хода по дну логов от трассы дороги до этого водораздела. Установление боковых границ водоразделов производится по водораздельным точкам продольного профиля дороги и общим очертаниям верхового водораздела, и соседних логов. В наиболее сложных случаях целесообразно уточнение границ бассейнов путей обхода бассейнов по румбу вдоль боковых водоразделов или прокладки теодолитных ходов (рис. 3).

Водораздельные точки.

Рис. 3 Схема водораздельных точек при установлении границ бассейнов

В предгорных и других районах, где имеют место случаи образования малых водотоков из больших путем выплеска воды из русла на пойму, необходимо также производись теодолитные хода вдоль русла малых водотоков до мест их образования с целью определения длины водотока и режима стока.

При определении границ бассейнов в залесенной местности с неясно выраженными водоразделами, может быть рекомендован способ разбивки магистральных тахеометрических ходов вдоль трассы дороги, располагаемых на различных расстояниях друг от друга в зависимости от местных условий и необходимости выявления конкретных водораздельных пространств (рис. 4).

Рис. 4 Схема определения границ, бассейнов в залесенной местности

При прокладке этих ходов производится минимальная рубка визирок с произвольными расстояниями между горизонтальными углами поворота и обязательным их замером, а также измеряются с начала хода расстояния и вертикальные углы на резких переломах рельефа и стоянках инструмента с целью построения продольного профиля.

Для выявления отдельных частных водоразделов могут производится висячие теодолитные хода от магистрального хода.

Определение водораздельных контрольных точек между бассейнами производится по построенным продольным профилям этих ходов (рис. 5).

Этот метод наиболее эффективен для выявления границ малых водосборов, входящих в систему больших бассейнов, но в ряде районов с успехом применялся и для выявления границ больших и средних бассейнов со слабовыраженными боковыми водоразделами.

Рис. 5 Продольный профиль водораздельного хода

При необходимости установления границ верхового водораздела в вершинах этого водораздела устанавливаются в открытой местности вехи, а в закрытой зажигаются костры или сигнальные ракеты и путем засечек теодолитом с трассы производится съемка контрольных точек главного водораздела, по которым и проводится линия водораздела. Этот способ может применяться для предварительных соображений.

Окончательное уточнение границ между водосборами должно быть произведено по замыкающему створу, совпадающему с трассой проектируемой дороги. Указанное уточнение целесообразно производить по продольному профилю дороги.

В равнинной или предгорной местности для установления границ водораздельных пространств больших речных систем оказывается необходимым построение сокращенного продольного профиля по всему направлению дороги.

При наличии на водосборах автомобильных или железных дорог определение границ бассейнов производится с учетом их положения. Ось дороги принимается за искусственный водораздел, ограничивающий собственную площадь бассейна.

На плане бассейнов должны быть обозначены все водопропускные сооружения на существующих дорогах и установлены границы бассейнов, с которых формируются максимальные расходы в этих сооружениях.

При гидрографическом изучении водотоков долины быть установлены границы районов или участков дороги с однородными морфологическими признаками по типам почв, растительности и рельефа.

Для установления районов с одинаковым рельефом и формой бассейнов необходимо произвести графическое построение зависимостей длин, ширин и уклонов водотоков от соответствующих им площадей бассейнов.

При недостаточности исходных данных указанные соотношения могут быть ограничены построением зависимости длин водотоков от площадей бассейнов, косвенно учитывающей собственное данному району соотношение морфометрических элементов водосборов.

• - обследованные водосборы

Рис. 6 Связь длины водотока с площадью бассейна

На рис. 6 представлена такая зависимость для одного из районов проектирования, характеризующаяся следующим выражением:

L = K·Fⁿ

где коэффициент K и параметр n устанавливаются эмпирически по данным наблюдений для всего района или отдельных однородных участков трасом дороги.

В результате работ по определению гидрографических характеристик должны быть составлены следующие материалы:

- сводный план бассейнов и планы отдельных бассейнов;

- ведомость расчетных данных по трассе дороги, вариантам и обследуемым существующим дорогам с указанием гидрографических характеристик;

- гидрографические зависимости водосборов по однородным районам;

- материалы полевых рекогносцировочных обследований (планы, маршруты, водораздельные точки и границы бассейнов).

3. Линейные обследования малых и средних водотоков.

Наземные линейные обследования малых и средних водотоков производятся по всем вариантам дороги и на всех пересекаемых ими водотоках.

Из-за технической невозможности постановки гидрометрических наблюдений на малых и средних водотоках в полевой период производится морфометрическое или гидроморфометрическое обследование без натурных наблюдений за проходом паводка. В состав работ по этим обследованиям входят следующие работы:

- выбор и разбивка на местности расчетного морфоствора и определение морфологических характеристик;

- установление отметок ГВ по следам прошедших паводков;

- определение продольного уклона и продольного профиля реки;

- установление деформаций русла и берегов;

- определение гидрометрических характеристик водотоков в период обследований;

- визуальная характеристика водотока.

Пересечение большинства малых водотоков, как правило, подчинено направлению трассы автомобильной дороги, поэтому необходимо учитывать наличие косины путем разбивки на местности дополнительных морфостворов, начало которых в некоторых случаях для удобства работ может иметь общую точку с трассой дороги (рис. 7).

Рис. 7 Схема расположение морфоствора при косом пересечении водотока

В тех случаях, когда пересечение осуществлено нормально, к потоку в качестве расчетного должен быть принят створ по трассе дороги.

Рекомендуется на каждом из пересекаемых водотоков устраивать не более одного морфоствора. К расчетному створу предъявляются следующие требования:

- наличие прямолинейного участка водотока с параллельным направлением течения и отсутствием значительной косоструйности;

- отсутствие ежегодно деформирующихся берегов русла и резкого изменения продольного профиля дна;

- наименьшая ширина створа при ГВВ;

- отсутствие подпора от впадения в другой водоток или от искусственных сооружений;

- отсутствие влияния приливов, отливов и волновых явлений;

- отсутствие конусов выноса, островов и староречий.

Горизонты высоких вод устанавливаются для дождевых и снеговых паводков в зависимости от преобладающего вида паводков в районе изысканий.

Отметки ГВВ паводков прошлых лет устанавливаются на каждой из пересекаемых водотоков по следующим источникам:

- по следам и меткам прошедших паводков;

- по опросам очевидцев и старожилов;

- по ботаническим и различным визуальным признакам.

К меткам и следам относятся:

- остатки карчехода и мелкого наносника (сухая трави, сучья, остатки тростника и т.д.) на берегах, деревьях, кустах;

- отложение износов реки на берегах, коре деревьев, плотинах;

- загар на скалах, свежие подмывы крутых берегов, следы на опорах мостов, зданий и других сооружений.

Следует учитывать, что не все метки и следы на местности могут характеризовать истинную величину прошедших паводков. Репрезентативность меток для каждого водосбора необходимо проверять тщательным образом, учитывая возможные размывы и обвалы берегов, поднятия местности, особенности жизни микроорганизмов ив на высоких, а на среднемноголетних горизонтах воды, возведение и прорывы плотин и т.п.

Отметки ГВВ по следам и меткам должны быть установлены по обоим берегам водотока, не менее трех точек по каждому берегу. Нахождение точек ГВВ желательно производить на разном расстоянии от створа перехода в пределах съемки продольного профиля реки.

В некоторых районах возможны случаи нахождения следов нескольких паводков, разных по величине. Следует на каждом водотоке различать следы, принадлежащие к разным паводкам и обязательно их фиксировать, различая по годам и давности.

При наличии населенных пунктов отметки ГВВ устанавливаются путем опроса очевидцев и старожилов с обязательным фиксированием в соответствующем акте. При опросе необходимо получить сведения у нескольких лиц и в разных местах. Особую ценность представляют те места, где старожилы отчетливо помнят высокую воду по каким-либо характерным признакам или событиям.

Необходимо выяснять у старожилов, в чем видят они причину появления самого высокого паводка. Эти сведения помогают в некоторых случаях установить и обосновать основные факторы формирования высоких паводков.

Установленные точки ГВВ закрепляются на местности, нивелируются и привязываются в плане к положению водотока с целью их правильного нанесения на продольный профиль.

Сведения о ведающихся паводках могут быть получены в местных организациях: а дорожных участках и управлениях, совхозах, колхозах, поселковых, сельских и районных советах и т.п.

При сборе сведений о дождевых паводках желательно установить приближенно продолжительность выпадения осадков и их суммарное количество.

Для весенних паводков необходимо установить, не проходили ли они по занесенному снегом руслу или по льду.

Определение горизонтов высокой воды в полевых условиях желательно производить специальным звеном или отрядом под руководством опытного специалиста, что позволит повысить качество и надежность результатов обследований.

Одновременно с определением ГВВ на каждом водотоке должны быть зафиксированы горизонты воды на дату производства обследования.

Уклон водной поверхности рекомендуется определять по урезу воды не момент производства работ.

При отсутствии воды в русле уклон необходимо определять по дну водотока, а также по следам горизонтов высоких вод.

Для полной характеристики водной поверхности необходимо выполнить полевые работы по нивелировке продольного профиля реки. Протяженность участка продольного профиля реки зависит от характера течения воды и типа русловых процессов и должна составлять для малых водотоков не менее 0,7-1,0 км.

Одновременно с определением продольного уклона необходимо произвести нивелировку кромок левого и правого берегов на расстояние съемки уклона.

Определение уклона одной поверхности целесообразно производить самостоятельным звеном.

На каждой водотоке должны быть установлены тип и характер руслового процесса, а также ежегодные деформации берегов. Оценка деформаций производится с целью установления изменений, прошедших с момента прохода паводка, зафиксированного по следам на местности или опросам старожилов.

При установлении размеров и наличии деформаций могут быть использованы материалы прошлых съемок, карт и т.п., а также произведены опросы старожилов.

При полевом обследовании водотоков должна быть произведена визуальная характеристика грунтов русла, характера залесенности состояния ложа русла и его извилистость, наличие корчехода, наледей, возможность снегозаносов, заторов льда и корчей, искусственной аккумуляции воды перед сооружением и т.д. Производится визуальная оценка коэффициентов шероховатости русла и оценка возможных скоростей течения в паводках. Результаты обследования фиксируются в полевых журналах.

4. Экспедиционные гидрометеорологические наблюдения

Экспедиционные гидрометеорологические наблюдения предусматривают выполнение следующих работ:

- полевые работы для связи с существующими в районе изысканий пунктами гидрометеорологических наблюдений;

- краткосрочные гидрометрические наблюдения на выборочных створах рек;

- наблюдения за метеорологическими характеристиками;

- полевые обследования выборочных водотоков после прохода больших паводков в период производства экспедиционных гидрометеорологических наблюдений;

- камерные работы по обработке материалов наблюдений.

В результате полевых, работ для установления связи с существующими пунктами наблюдений должны быть получены следующие материалы:

- схема расположения пунктов гидрометеорологических наблюдений;

- сведения о ежедневных наблюдениях за осадками, уровнями воды, а также изменениями расходов, уклонов, глубин и скоростей течения воды;

- описание особенностей географического и орографического расположения пунктов наблюдений и оценка репрезентативности данных наблюдений и измерений;

- морфоствор пункта гидрометрических изменений.

Краткосрочные гидрометрические наблюдения на выборочных створах рак производятся в паводочный период. Количество створов и пунктов наблюдений, а также их местоположение в районе предстоящих изысканий определяется в зависимости от степени гидрологической изученности района, сложности гидрометеорологической и природной обстановки, сроков проведения изыскательских работ и предполагаемого количественного состава наблюдателей.

Целесообразно размещать пункты гидрометрических наблюдений на наиболее крупных и сложных реках в местах предполагаемых переходов через них и на репрезентативных участках реки. Желательно их располагать с учетом возможного производства работ одновременно на двух близлежащих реках.

Количество пунктов наблюдений в особо неизученных и ответственных районах должно быть не менее двух.

Состав групп определяется из условия обеспечения техники безопасности на гидрометрических работах, а также из условия взаимной заменяемости при производстве непрерывных суточных наблюдений и не должен быть менее двух человек в одной группе.

Организация этих групп должна предусматривать возможность связи их между собой и передвижения в паводочный сезон для производства обследований других водотоков.

При гидрометрических краткосрочных наблюдениях выполняются следующие работы:

- выбор, разбивка и закрепление гидростворов;

- устройство водомерных постов и реек для фиксации максимального уровня;

- постройка вышек для наблюдений за поплавками;

- оборудование лодок, паромов и других судов для измерения глубин, и вертушечных наблюдений за скоростями течения;

- ежедневные наблюдения за колебаниями уровня воды в реке с обработкой полученных, данных;

- определение продольных и поперечных уклонов водной поверхности при высоких горизонтах воды;

- измерение скоростей течения воды по гидростворам;

- обследования водотока с, целью установления следов паводков прошлых лет и их повторяемости;

- опрос старожилов о режиме реки и составление актов;

- определение ежегодных и многолетних деформаций и переформирований русла реки и берегов в районе расположения гидростворов.

В тех районах проектирования, где введения об осадках отсутствуют или крайне недостаточны, необходимо для обоснования ливневых характеристик предусматривать организацию полевых наблюдений за осадками. Программа этих наблюдений составляется в зависимости от степени изученности района, местных климатических условий, направления трассы проектируемой дороги, сроков изыскательских работ и типа измерительных приборов.

Основная цель экспедиционных метеорологических наблюдений заключается в необходимости получения следующих данных:

- выявление характера синоптической обстановки в период выпадения стокообразующих дождей;

- определение суммарного количества осадков за период полевых наблюдений;

- установление внутригодового распределения осадков;

- определение максимальных интенсивностей осадков за реальные интервалы времени (10, 20, 30, 60 мин, 1, 2 и 3 суток);

- определение площадей одновременного выпадения значительных дождей;

- установление коэффициента для перехода от суточного максимума к фактическому количеству осадков, выпадающему за сутки.

Производство полевых измерений осадков целесообразно совмещать с гидрометрическими работами на реках, имея специальную площадку для установки метеорологического оборудования. Однако, места организации пунктов наблюдений должны быть определены не только в зависимости от местонахождения пунктов гидрометрических работ, но и в связи с необходимостью получения сведений, которые могли бы характеризовать весь район изысканий.

Работы по измерению осадков должны производиться не только в период гидрометрических работ, то в течение всего периода проектно-изыскательских работ (полевых и камеральных), независимо от стадий проектирования.

Учитывая специфику изыскательских работ, следует считать наиболее удобным в производстве работ осадкомер системы Третьякова, применяющийся в настоящее время в УГМС. Количество приборов и места их установки определяются конкретными условиями.

На пунктах наблюдений должны быть организованы ежедневные измерения выпадающих осадков. Измерение осадков рекомендуется производить через каждые 8 часов. Особое внимание должно быть обращено на отдельные значительные дожди с фиксированием начала и конца дождя, интенсивных частей дождя и определения количества осадков, выпавших в указанные интервалы времени. В процессе работ по измерению осадков должны быть отмечены также условия, сопутствующие выпадению дождей (направление движения туч, скорость и сила ветра, и т.д.).

После фиксирования дождей особой силы необходимо в кратчайшее время произвести рекогносцировочное обследование территории районе с целью определения границ дождя и количества выпавших осадков. По имеющимся населенным пунктам должны быть произведены опросы очевидцев и осмотр предметов и сосудов, которые могли бы выдержать на своей поверхности выпавшие осадки.

Записи ежедневных наблюдений должны оформляться в полевых журналах, а результаты опросов жителей и осмотра местности соответствующими актами.

В случае прохода высокого паводка в период экспедиционных гидрометеорологических наблюдений необходимо производи обследования водотоков по следам этого паводка. Эти обследования могут производиться на устойчивых и наиболее узких участках рек независимо от положения будущей трассы дороги, но с обязательной прививкой к имеющимся топографическим материалам.

В состав этих работ входит определение расчетного горизонта воды, уклона реки и нивелировка живого сечения водотока по выбранному створу.

При наличии населенных пунктов желательно производить такие обследования независимо от прохода высоких паводков в сезон экспедиционных наблюдений. Большую ценность имеют обследования и по давно прошедшим паводкам, но сохранившимся в памяти очевидцев или старожилок.

В результате этих работ на топографических картах должны быть опознаны и занесены все расчетные створы для последующего определения гидрографических характеристик.

Состав камеральных работ по обработке материалов экспедиционных наблюдений приведен ниже в главе III, п. 3.4.

5. Обследование водопропускных сооружений на существующих дорогах

При наличии в районе изыскании существующих водопропускных сооружений производится их обследование с целью получения дополнительных сведений о величинах максимальных расходов и пропускной способности сооружений для наиболее надежного обоснования расчетных характеристик максимального стока. Обследования производятся как на дорогах, расположенных в районе изысканий, так и на дорогих близлежащих районов. При этом выполняются следующие работы:

- составляется схема сооружения и определяется его отверстие;

- устанавливается год постройки сооружения с подходами к нему и годы восстановлений при разрушениях;

- составляются продольные и поперечные профили насыпей на подходах и регуляционных сооружений с описанием типа укреплений;

- составляется живое сечение водотока до и после стеснения его сооружениями;

- составляются акты в режиме водотоков и проходе паводков через сооружения с указанием отметок уровней высокой воды и даты прохождения;

- определяются уклоны водной поверхности;

- составляется визуальная характеристика каждого сооружения (достаточность отверстия, состояние регуляционных сооружений, подходов, траверс, дамб обвалования, запруд, шандоров, размывы за сооружением и т.д.);

- определяются гидрографические характеристики водотоков до створа существующего сооружения (площадь бассейна, длина и уклон главного дога, ширина бассейна, залесенность и заболоченность);

- при наличии наледных и мерзлотных явлений обследуются условия их образования;

- устанавливаются условия снегозаносимости и работы сооружения в зимнее время;

- определяются возможные размеры искусственной аккумуляции воды перед сооружениями;

- камеральные работы.

6. Обследования больших водотоков

На изысканиях дорог значительного протяжения, на большинстве больших водотоков независимо от степени изученности района осуществляются преимущественно морфометрические или гидроморфометрические обследования без натурных наблюдений за проходом паводка.

Гидрометрические обследования производятся выборочно только на особо сложных переходах. Гидрометрические обследования по времени прохода паводка могут не совпадать со сроками производства изыскательских работ на всей дороге, а поэтому их целесообразно совмещать с экспедиционными гидрометеорологическими наблюдениями.

Гидроморфометрические обследования предусматривают гидрометрические измерения при горизонтах воды, фиксируемых в период производства обследования водотока.

При гидроморфометрических обследованиях дополнительно к составу работ, производимых, при морфометрических обследованиях, выполняют следующие работы:

- наблюдения за уровнем воды и уклонами водной поверхности;

- выборочные измерения скоростей течения и расходов;

- установка реек для фиксирования максимальных уровней воды.

Состав и способы производства полевых работ, выполняемых при морфометрическом и гидрометрическом обследовании больших водотоков (с площадью бассейна более 100 км²) подробно освещены в "Наставлении по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки" Главтранспроекта.

7. Обследования на стадии рабочих изысканий

Обследования для стадии составления рабочих чертежей производятся с целью дополнительного сбора сведений о паводках и дождях за период, прошедший со времени изысканий для составления технического проекте и до начала строительства.

Обследования на стадии рабочих изысканий состоят из следующих работ:

- обследование водотоков по трассе проектируемой дороги;

- дополнительные экспедиционные гидрометеорологические наблюдения;

- дополнительные обследования существующих водопропускных сооружений.

- повторное обследование малых и средних водотоков производится по трассе дороги, установленной в процессе изысканий для рабочих чертежей. Состав работ по линейному обследованию малых и средних водотоков и методы их производства аналогичны для соответствующих работ при полевом обследовании для технического проекта.

При определении горизонтов высокой воды по следам на местности должны бить установлены отметки наиболее высоких паводков, прошедших посла предыдущих изысканий. Методы установления ГВВ по следам паводков приведены выше.

При обследовании больших водотоков основное внимание обращается на уточнение гидрологических величин путем повторного полевого обследования. Вид обследования определяется в зависимости от сроков изыскательских работ.

При невозможности проведения гидрометрических работ производятся гидроморфометрические или морфометрические обследования по программе и составу аналогичные с предыдущими обследованиями на стадии технического проекта.

Экспедиционные гидрометеорологические наблюдения имеют целью получение дополнительных натурных данных по расходам, уровням, скоростям течения, осадкам и ветру за период производства рабочие изысканий.

Пункты наблюдений должны быть временными, их размещение желательно в обычных линейных изыскательских подразделениях, а изменение местонахождения по мере передвижения подразделения по трассе дороги.

Состав и методы гидрометеорологических наблюдений остаются прежними, как и при изысканиях для технического проекта.

В результате дополнительных обследований существующих водопропускных сооружении должны быть подучены сведения о пропуске паводков прошлых лет и обоих последствиях, определена отметки ГВВ, сняты живые сечения подмостовых русел, определена размывы перед и после сооружения, переливы через насыпь, размеры отверстий и объема аккумуляции. Этими данными пополняются материалы прошлых изысканий по обследованию этих же сооружений.

Необходимость проведения этих обследований определяется в каждой районе индивидуально.

III - Камеральные работы

1. Состав и организация камеральных работ

Камеральные работы предусматривают обработку материалов полевых инженерно-гидрометеорологических обследований водотоков и состоят из следующих работ:

- уточнение гидрографических характеристик;

- обработка материалов линейного обследования малых и средних водотоков;

- обработка экспедиционных гидрометеорологических наблюдений;

- обработка материалов обследований водопропускных сооружений на существующих дорогах;

- обработка материалов обследований больших водотоков;

- камеральные работы на стадии рабочих изысканий.

В процессе полевого обследования необходимо контролировать полноту, состав и качество выполняемых работ путем ежедневной проверки и производить начальную обработку материалов с целью своевременного устранения возможных недоработок и ошибок, а при необходимости, назначения повторных или дополнительных работ.

Уже в полевой период должна производиться систематизация материалов гидрологического обследования.

Работы по камеральной обработке материалов гидрологического обследования должны предшествовать основным камеральным работам по обработке материалов инженерных изысканий трассы дороги или производиться параллельно им, чтобы к моменту окончания всех камеральных работ были закончены и основные работы по разработке региональных зависимостей максимальных расходов.

Камеральные работы должны производиться силами обычных линейных изыскательских подразделений и в их составе. Однако, учитывая специфику камеральных работ по обработке материалов гидрологических обследований и их определенную направленность, необходимо предусматривать выполнение этих работ отдельной группой под руководством специалиста, руководившего полевыми обследованиями.

Состав группы на каждом объекте изысканий определяется в зависимости от объема камеральных работ, но не менее 2-х человек, исходя из необходимости взаимной проверки камеральной документации.

2. Уточнение гидрографических характеристик

Уточнение гидрографических характеристик производится на водотоках, пересекаемых трассой дороги после ее окончательной укладки на местности и нанесения на картографический материал.

Состав необходимых гидрографических характеристик приведен выше в разделе 2 гл. II.

При уточнении гидрографических характеристик используются материалы полевых рекогносцировочных обследований, топографические съемки, аэровизуальные обследования, а также продольный профиль трассы дороги.

На планы бассейнов наносятся уточненные границы водоразделов, места переливов воды из бассейна в бассейн, места образования самостоятельных русел, а также места с трудноопределимым установлением величин распределения расхода на несколько рукавов и проток.

В местах с трудноопределимыми водосборными бассейнами, неясно выраженными водоразделами, а также при переливах из одного бассейна в другой производятся расчеты, обосновывающие условия водопропускных сооружений при неблагоприятных сочетаниях гидрометеорологических характеристик.

3. Обработка материалов линейного обследования малых и средних водотоков

Камеральная обработка материалов линейного обследования малых и средних водотоков предусматривает следующие работы:

- обработка полевых журналов и вычисление отметок;

- построение живых сечений по створу перехода и расчетному морфоствору;

- построение продольных профилей водотоков;

- определение расчетных значений уклонов водной поверхности;

- установление расчетного горизонта высокой воды на каждом створе;

- морфометрические расчеты расходов по следам прошедшие паводков;

- составление или уточнение ведомости расчетных данных.

Обработка полевых журналов гидрологических обследований и вычисление отметок в них производится по обычным правилам топографо-геодезических работ, действующим на линейных изысканиях автомобильных дорог и приведенным в "Инструкции по топографо-геодезическим работам".

Построение живых сечений по обследованным отборам и продольных профилей водотоков необходимо производить в отметках проектируемой дороги на стандартных листах миллиметровой бумаги размером не более 288×750 мм. Масштабы построения принимаются кратными 5, 10, вертикальный от 1:50 до 1:200, горизонтальный от 1:500 до 2:2000.

При построении живых сечений левый берег размещается на левой стороне листа (рис. 8). На живые сечения наносятся горизонты воды. Построение живых сечений производится по всем переломным точкам местности, зафиксированным в нивелировочных журналах.

Рис. 8 Живое сечение и кривые связи Q = f(h), ω = f(h), v = f(h).

На каждом водотоке производится построение продольных профилей, на которых указываются очертание дна водотока, кромка берегов, горизонты межени и точки ГВВ (рис. 9), зафиксированные при полевых обследованиях.

На продольном профиле должна быть нанесена предполагаемая линия поверхности высокой воды, путем проведения через точки ГВВ спрямляющей прямой, наклон которой затем сопоставляется с прямой, проведенной по пониженным точкам дна водотока и уклонам межени.

Отметка расчетного уровня высокой воды, зафиксированного по следам на местности, определяется по продольному профилю в месте пересечения этой спрямляющей линии ГВВ с вертикалью расчетного створа (рис. 9).

В том случае, если точки ГВВ не дают возможности достаточно обоснованно провести спрямляющую прямую, необходимо произвести дополнительный сбор точек ГВВ на местности.

При незначительных расхождениях в отметках ГВВ, определенных по спрямляющим прямым левого и правого берега, за расчетную на данном створе принимается средняя из двух.

В случае значительных расхождений необходимо установить причину этого явления и при определении отметки ГВВ внести соответствующую корректировку.

Рис. 9 Продольный профиль водотока

При отсутствии измеренных в паводок уклонов водной поверхности рекомендуется принимать в качестве расчетных уклоны, вычисленные по спрямляющим прямым ГВВ на продольном профиле.

В некоторых случаях допускается в качестве расчетных применять уклоны меженных вод, установленные в период обследования.

При крайней недостаточности исходных данных по уклонам, а также при отсутствии межени (на периодических водотоках) допускается принимать для расчетов уклон по дну водотока, определение которого целесообразно производить по плану в горизонталях по направлению динамической оси основного потока воды.

При расчетном горизонте высокой воды (РГВВ) выше средней отметки поймы расчетный уклон должен определяться с учетом продольного уклона всей речной долины в заданном створе водотока и со спрямлением мелких излучин, проток и староречий.

В процессе камеральных работ составляется ведомость расчетных данных, в которую заносятся вычисленные морфометрические и гидрографические характеристики водотоков, пересекаемых трассой изыскиваемой дороги.

4. Обработка материалов экспедиционных гидрометеорологических наблюдений

Камеральная обработка экспедиционных гидрометеорологических наблюдений предусматривает следующие работы:

- обработка материалов при установлении связи с существующими пунктами гидрометеорологических наблюдений;

- обработка материалов гидрометрических наблюдений;

- обработке материалов метеорологических наблюдений';

- обработка материалов гидрологических обследований водотоков после прохода больших паводков в период наблюдений;

- составляется краткий отчет о выполненных наблюдениях.

Работы по камеральной обработке гидрометеорологических наблюдений на каждом объекте определяются конкретным составом и объемом полевых работ.

В результате камеральной обработки материалов при установлении связи с существующими пунктами гидрометеорологических наблюдений должны быть получены следующие данные:

- график колебаний уровней за характерные годы (многоводный, средний по водности и маловодный);

- произведена выборке ежегодных максимумов уровней и расходов воды и статистические расчеты с определением этих величин различной вероятности превышения (ВП) паводка, а также коэффициентов вариации и асимметрии;

- построены кривые связи уровней или других гидрологических величин;

- определены гидрографические характеристики водотока в створе существующих водпостов;

- построено живое сечение гидроствора с указанием на нем высоких наблюденных горизонтов воды;

- произведена выборка ежегодных максимумов осадков за различные интервалы времени и статистические расчеты с определением расчетных величии осадков различной BП, а также вычислены коэффициенты вариации и асимметрии.

В результате камеральной обработки материалов гидрометрических наблюдений должны быть получены следующие данные:

- график колебаний ежедневных уровней воды за период наблюдений;

- живое сечение гидростворов и продольный профиль реки с указанием уклонов водной поверхности по всем датам замеров;

- определены отметки горизонтов воды по актам и по данным обследования следов прошлых паводков;

- таблица измеренных скоростей течения и вычисленных коэффициентов шероховатости;

- определен расчетный расход и горизонт воды на год изысканий и по всем годам, установленным в процессе экспедиционных работ;

- определены гидрографические характеристики водотока по расчетному гидроствору наблюдений;

- составлена ведомость реперов, максимальных реек я закрепительных знаков.

В результате камеральных работ по обработке материалов метеорологических наблюдений должны быть получены следующие материалы:

- таблица измеренных осадков, выпавших за различные интервалы времени;

- кривая связи с существующими метеостанциями и выявление дождей, зафиксированных одновременно на метеостанциях и экспедиционном пункте наблюдений;

- таблица значений силы и направления ветра;

- таблица величин осадков и местоположение пунктов, зафиксированных обследованием после прохода особо сильных дождей;

- таблица измеренных высот снежного покрова и результатов измерений на отдельных маршрутах.

Камеральная обработка материалов гидрологических обследований водотоков после прохода больших паводков в период наблюдений производимой в том же объеме и составе, что и при линейном обследовании водотоков, пересекаемых трассой дороги. Состав работ приведен в п. 3. дополнительно составляется схема расположения обследованных створов в увязке с положением трассы дороги.

В период камеральных работ по обработке экспедиционных гидрометеорологических наблюдений составляется краткий отчет о результатах произведенных полевых обследованиях, в котором должны быть отражены все работы, выполняемые в период наблюдений.

5. Обработка материалов обследований водопропускных сооружений на существующих дорогах

При камеральной обработке данных полевых обследований существующих водопропускных сооружений должны быть получены следующие материалы:

- составлены схемы сооружений;

- построены продольные профили подходов;

- определены отверстия сооружений;

- построены расчетные живые сечения и продольные профили водотоков;

- гидрографические характеристики водотоков по створу обследованных сооружений;

- установлены максимальные расходы и горизонты воды;

- определена расчетная повторяемость паводков на существующей дороге.

Требования к построению живых сечений и продольных профилей водотоков приведены выше.

В результате камеральных работ должна быть составлена ведомость обследованных сооружений с указанием всех расчетных характеристик, а также схема расположения этих сооружений.

Желательно при обследовании существующих водопропускных сооружений составление краткого отчета с иллюстрацией каждого обследованного сооружения фотографиями.

6. Обработка материалов обследований больших водотоков

Работы по камеральной обработке данных полевых обследований зависят от объема и вида полевых работ, производимых на каждом мостовом переходе через большие водотоки.

При обработке данных морфометрических обследований должны быть получены следующие материалы:

- построены живые сечения по расчетным морфостворам;

- установлены отметки характерных горизонтов воды и отметки ГВВ прошлых паводков;

- построен продольный профиль реки и определен расчетный уклон водной поверхности;

- произведены морфометрические расчеты расходов и построены основные морфометрические зависимости;

- установлены расчетные характеристики ледового режима;

- определены основные гидрографические характеристики водотока;

- составлена краткая полевая пояснительная записка.

При наличии на реке пунктов гидрометрических наблюдений составляется кривая связи и после переноса уровней на створ перехода производится построение графика колебаний уровня за характерные годы, а также статистические расчеты с определением уровней различной BП паводка.

При наличии на водотока меженнего уровня дополнительно к работам, предусмотренных выше, производятся следующие работы:

- определение расхода воды в период измерений;

- вычисление коэффициентов шероховатости по данным измерений;

- построение графика колебаний ежедневных уровней воды.

При производстве гидрометрических обследований, в дополнение к камеральным работам, предусмотренным при обработке морфометрических обследований, производятся следующие работы:

- обработка результатов полевых измерений;

- построение зависимостей измеренных расходов, скоростей течения, уклонов и коэффициентов шероховатости от горизонта воды;

- построение эпюры средних, поверхностных, донных скоростей течения и элементарных расходов по верхушечным наблюдениям;

- учет поперечного уклона речной долины;

- составление плана течения реки по траекториям движения поплавков, льдин, судов и т.п.

При производстве камеральных работ на больших водотоках следует руководствоваться Наставлениям Главтранспроекта.

7. Камеральные работы на стадии рабочих, изысканий

Камеральные работы на стадии рабочих изысканий выполняются в соответствии с программой и объемом полевых работ. В состав камеральных работ входит следующее:

- обработка результатов линейного обследования малых и средних водотоков;

- обработка материалов обследований больших водотоков;

- обработка экспедиционных гидрометеорологических наблюдений;

- обработка материалов дополнительных обследований сооружений на существующих дорогах;

- морфометрические расчеты расходов по следам прошедших паводков.

Состав камеральных работ и методы их выполнения принимаются в соответствии с аналогичными работами на предшествующих изысканиях.

8. Морфометрические расчеты расходов по следам прошедших паводков

Морфометрические расчеты расходов выполняются на каждом из обследованных водотоков, на которых удалось установить следы паводков или отметки ГВВ по опросам старожилов.

Для выполнения расчетов на поперечном сечении водотока выделяются участки с одинаковыми ситуационными, грунтовыми и морфологическими признаками.

Обычно всегда удается выделить русло и пойму. В зависимости от типа реки могут быть выделаны дополнительные участки в русле или на пойме. Необходимо опознать и выделить лишь наиболее крупные участки речной долины, не допуская излишней детализации.

При установлении границ между этими участками могут быть полезны планы в горизонталях и инженерно-геологические разрезы переходов, которые дают возможность оценить работу водного потока в поперечном сечении по разностям гранулометрического состава грунтов и наносов и их расположению.

По поперечным сечениям, ограниченным расчетным горизонтом высокой воды, производится определение площадей живого сечения (ω), средних глубин (h_ср) и ширины потока (в) по намеченным характерным участкам речной долины и по всем рассчитываемым створам.

Определение расхода по каждому участку живого сечения производится по формуле:

Q = ω·v = ω·m·h_cp^2/3J^1/2,                                                                                              (1)

где v - скорость течения воды в м/сек.;

 - обратная величина коэффициента шероховатости, определяемая по таблице М.Ф. Срибного или Е.В. Болдакова;

J - средний уклон (в долях от единицы) линии свободной поверхности потока при РГВВ.

Определение расхода по всему живому сечению производится путем суммирования вычисленных величин расхода по формуле (1) для каждого намеченного характерного участка поперечного профиля.

Максимальные расходы должны быть вычислены по каждому из обследованных водотоков и по каждому из паводков, зафиксированных на местности. Одновременно производится построение морфометрических зависимостей (рис. 2):

Q = f(H), V = f(H), ω = f(H).

Морфометрические расчеты целесообразно выполнять с применением ЭВМ по существующим в настоящее время программам.

При отсутствии ЭВМ расчеты производятся в специальной таблице, форма которой приведена в приложении.

Для систематизации выполненных расчетов и их дальнейшего анализа целесообразно результаты окончательных вычислений занести в сводную ведомость морфометрических расчетов.

Учитывая известную схематичность морфометрических вычислений необходимо для повышения надежности и точности расчетов производить в каждом районе изысканий оценку вычисленных расчетных характеристик. Ниже приведены рекомендуемые методы оценки морфометрических расчетов.

Для оценки вычисленных русловых скоростей течения применяется формула М.Ф. Срибного:

V = 6,50 h_cp^2/3J^1/4, м/сек.                                                                                             (2)

где условные обозначения те же, что и в формуле (1).

В полевых условиях оценка бытовых скоростей потока производится по визуальным наблюдениям за состоянием поверхности ложа русл, или поймы, деформацией, берегов, наличию косоструйности потока и его косины, наличия корчехода и его размерам, крупности влекомых наносов и грунтов, слагающих пойменные участки.

Определение скорости влечения наносов во время паводка (донная скорость) для ориентировочных соображений может быть произведено по формуле М.Ф. Срибного:

V = 5D^1/2                                                                                                                      (3)

где D - средний диаметр, наибольших по размеру крупности камней, находящихся на порогах или перекатах, в см.

При этом предполагается, что наибольшие по размерам камни характеризуют скорости течения на вышележащем участке (до предыдущего порога крупностей) во время расчетного паводка.

Для оценки русловых скоростей может быть применена таблица неразмываемых скоростей в зависимости от средних глубин и гранулометрического состава, приведенная в Наставлении Главтранспроекта. Расчетные величины бытовых русловых скоростей должны быть не более неразмываемые.

При наличии гидрометрических наблюдений последние также должны быть привлечены к оценке расчетных скоростей.

Представляют практический интерес и наблюдения за скоростями в период полевого обследования (без наблюдений за проходом паводка), которые позволяют проконтролировать в отдельных точках построение морфометрической зависимости V = f(H)

Оценка правильности назначения коэффициентов шероховатости для русловых частей может быть произведена по известной величине расчетного уклона водной поверхности с помощью формулы (2):

                                                                                                                 (4)

При измеренных скоростях потока оценка коэффициентов шероховатости может быть произведена по следующей формуле:

                                                                                                              (5)

При крайнем недостатке гидрометрических данных величины, определенные по формуле (5) по нескольким водотокам, могут служить некоторым приближением и аналогом для русел рек, имеющих сходные морфологические и ситуационные признаки, а также позволяют ориентировочно оценить возможную амплитуду колебаний коэффициентов шероховатости в конкретном районе.

При тщательном визуальном изучении водотоков возможные ошибки при назначении коэффициентов шероховатости могут составлять не более чем на одну табличную категорию, что вызывает отклонения расчетных значений бытовых скоростей на величину ±20-30%.

Критерием правильности назначения коэффициента шероховатости следует считать величину бытовой скорости, значение которой должно соответствовать неразмываемой для типа грунтов, слагающих ложе водотока.

В результате морфометрических расчетов по определению максимальных расходов, сопоставительных расчетов и анализа достоверности расчетных величин расходов должна быть составлена ведомость обследованных водотоков, с указанием местоположения водотока, площади бассейна и величин максимальных расходов, признанных достаточно надежными для целей установления расчетных зависимостей максимального стока.

IV - Установление ливневых характеристик максимального стока

I. Учет особенностей формирования и выпадения осадков

Особое внимание при установлении ливневых характеристик должно быть обращено на сбор и изучение материалов, характеризующих метеорологические условия формирования дождей и наводкой на реках района изысканий.

Для характеристики амплитуды и направления многолетних смещений фронтов осадков необходимо в областных УГМС и обсерваториях получить выкопировки из приземных карт погоды за следующие периоды:

- за все месяцы года по наиболее характерным годам (ливнеобильный, средний по водности и засушливый);

- за все годы наблюдений по паводочным месяцам.

В результате ознакомления и изучения собранных материалов должен быть произведен тщательный анализ синоптической обстановки района с обязательной увязкой с метеорологическими условиями близлежащих районов.

На основании этого анализа составляется карта-схема прохождения ливнеформирующих потоков с указанием направления движения, времени года и дат формирования особо выдающихся ливней на данной территории. При составлении этой карты долины быть использованы материалы аэрологических маршрутов авиации, а также имеющиеся мировые атласы погоды.

Следует отметить, что недоучет синоптических условий при формировании максимальных расходов или формальный подход к этому вопросу, как правило, приводит к серьезным ошибкам при установлении расчетных ливневых характеристик максимального стока.

В результате анализа синоптической обстановки должны быть установлены расчетные траектории движения воздушных масс в период выпадения дождей, а также произведена оценка возможных смещений наиболее ливнеопасных потоков в пределах района изысканий.

На основании анализа синоптической обстановки, географического положения района изысканий и сети гидрометеорологических пунктов наблюдений производится выбор исходных метеостанций.

Критерием при отборе метеостанций должны служить следующие требования:

- необходимость равномерного расположения пунктов наблюдений по территории района;

- близость к району изысканий при отсутствии метеостанций в веденном районе;

- репрезентативность данных наблюдений;

- длительность и непрерывность наблюдений;

- качество данных наблюдений.

После отбора метеостанций составляется карта расположения пунктов метеорологических Наблюдений и перечень метеостанций, привлекаемых к расчетам, с указанием географических координат, высоты местности и периода наблюдений.

На исходных метеостанциях производится сбор данных по осадкам за различные интервалы времени (1, 2, 8, 5, 10, 20, 80, 40, 60 минут, 8, 6, 12 часов и 1, 2, 3 суток).

В качестве исходных величин принимаются максимальные ежегодные количества осадков по указанным интервалам времени.

Сбор данных должен быть произведен в виде выборов указанных максимумов осадков за все годы наблюдений и по различным интервалам времени за период наблюдений не исходных метеостанциях. Необходимо попользовать как материалы самописцев с непрерывной записью хода дождя, так и данные дождемеров.

Особое внимание должно быть уделено сбору и систематизации сведений о выдающихся ливнях в данном районе.

По всем исходным метеостанциям производятся статистические расчеты выборочных рядов наблюдений, которые предусматривают следующие работы:

- составление в убывающем порядке выборок ежегодных максимумов осадков по каждому расчетному интервалу времени;

- вычисление средних многолетних величин осадков,

- коэффициентов вариации и асимметрии;

- оценка эмпирической повторяемости выборок;

- вычисление параметров теоретического распределения рекомендуемого нормативными документами при заданном соотношении коэффициентов вариации и асимметрии.

При выполнении статистических расчетов дождевых осадков необходимо пользоваться рекомендациями СНиП II-И.7-65.

Статистические расчеты могут выполняться с помощью ЭВМ, что значительно сокращает время на обработку материала. Существующие программы могут предусматривать и ранжировку выборок в убывающем порядке. Однако, конечные результаты расчета величины осадков различной вероятности превышения требуют дополнительного анализа и сопоставления с натурными данными.

Определение расчетных величин осадков требуемых вероятностей превышения (0,1%, 0,3%, 1%, 2%, 3%, 5%, 50%) производятся по каждой метеостанции и для всех заданных интервалов времени после построения эмпирических и теоретических кривых распределения и анализа соответствия их в различных интервалах вероятности.

Построение эмпирических и теоретических кривых вероятностей осадков целесообразно выполнять на клетчатках вероятностей нормального распределения с обычной линейной вертикальной шкалой.

В случае несоответствия рекомендуемого распределения эмпирически данным необходимо произвести подбор кривой распределения вероятностей наиболее соответствующей натурному материалу и по ней выполнить экстраполяцию до требуемых вероятностей превышения.

В отдельных случаях может быть полезной графическое сглаживание эмпирической кривой вероятности при невозможности в полевых условиях установить теоретическую кривую распределения.

При подборе кривой вероятностей следует особо обратить внимание на характер эмпирических кривых вероятностей в верхних и нижних частях.

Характер верхней части эмпирической кривой (в диапазоне редких ВП) отражает особенности формирования наиболее сильных дождей, что особенно важно при подборе расчетной кривой вероятностей.

Низкие же максимумы могут вызываться дождями иного происхождения. Поэтому в ряде районов (особенно муссонных) бывает невозможно подобрать кривую, соответствующую всему диапазону выборочных значений ежегодных максимумов осадков и приходится пользоваться усечением кривой вероятности на две части, используя для ее вероятностной оценки информацию о периоде наблюдений всего ряда выборочных значений осадков.

Граница усечения ряда устанавливается индивидуально в каждом районе по эмпирическим кривым вероятностей.

Применение графического сглаживания эмпирической кривой может быть целесообразно в таких условиях только в верхней части кривой, т.е. на участке он точки усечения я до требуемых величин расчетных максимумов.

Критерием надежности может быть требование о том, чтобы вычисленная величина расчетной BП, требуемой нормами, была не менее максимальной наблюденной за указанный период времени.

В результате выполненных статистических расчетов должна быть составлена сводная таблица с указанием расчетных метеостанций и полученных характеристик осадков: среднемноголетний слой осадков, расчетный слой осадков за различные интервалы ВП, максимальный наблюденный слой и коэффициенты вариации и асимметрии.

2. Учет распределения осадков по территории и времени выпадения

Для определения условий формирования максимального стока необходимо установить площадь одновременного охвата расчетным дождем в заданном районе изысканий.

С этой целью производится анализ ежедневных записей выпадающих осадков за различные интервалы времени и за все годы наблюдений по всем пунктам наблюдений района с регистрацией дождей, одновременно наблюдаемых на нескольких метеостанциях. При регистрации производится выписка даты дождя, количества выпавших осадков, интервала времени и наименование метеостанций с систематизацией полученных сведений в следующей таблице:

Таблица 1

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 (F_i) или длин маршрутов (L_i), ограниченных изолиний (Н_i) вычисляются средневзвешенные (по площади или длине маршрутов) суммы осадков и строится зависимость: H_{i ср.взв}. = f (F_i или L_i), Подобная зависимость для одного из районов изысканий приведена на рис. 11.

Рис. 11. Кривые зависимости Н_{i сp.взв}. = f(L_i) 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 (K_F) или по длине выбранного маршрута (K_L) определяемые по следующей формуле:

где H_{i ср.взв} - средневзвешенный слой осадков на площади F_i или длине маршрута L_i, 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 K_F = 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 осадков

Для 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 (α_Т) для нескольких ВП. Рекомендуется иметь данные для вероятностей превышения 0,3%, 1%, 2% и 3%.

По вычисленным значениям α_Т должна быть построена зависимость интенсивности осадков от продолжительности α_Т = 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 α_T - 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 α_Т = 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 α_Т = 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 α_Т = 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:

Н_час = K_час ×Н_сут. мм                                                                                                    (9)

где K_час - 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 K_час 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 (S_p), 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 S_p 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 S_р определяется по формуле:

                                                                                             (12)

При необходимости использования ливневого параметра в расчетах максимальных расходов целесообразно произвести схематическое районирование вычисленных величин S_p, 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 наблюдений

При 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 С_v) 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 местности

При 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 долготы

Недоучет 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 характеристикам

Для 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:

СМ_95% = 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

1. Установление зависимостей максимальных модулей стока от площади водосборов

Общие закономерности максимального стока в неизученных районах наиболее объективно отражают величины максимальных расходов, установленные по следам паводков в период полевых обследований.

Выявление количественных закономерностей максимального стока в районе взысканий определяет необходимость использования этих данных путем анализа, обобщений и установления связи наблюденных расходов с основными факторами формирования максимального стока.

Для определения величин максимальных, расходов на всех пересекаемых водосборах необходимы расчетные, зависимости по всему протяжению проектируемой дороги, установленные по группам наиболее надежных водосборов и выявленным устойчивым связям наблюденных максимумов с основными паводкоформирующими факторами.

Основой для установления подобных зависимостей является принадлежность максимумов к однородным в климатическом и морфологическом отношениях территориям, установление которых по всей трассе проектируемой дороги производится по рекомендациям, изложенным в главе II.

Одной из наиболее характерных закономерностей максимального стока является убывание единичных максимальных расходов () c увеличением водосборной площади.

для учета редукции модулей стока в данном районе по каждому из однородных участков дороги производится построение зависимостей q = f(F+1), где q - модуль максимального стока, вычисленный по наблюденным расходам (рис. 21). Указанные построения целесообразно, производить в логарифмическом масштабе и раздельно для каждого паводка.

Рис. 21 Зависимость максимальных наблюденных модулей стока от площади водосбора по данным полевого обследования паводка

Характер индивидуальных морфологических особенностей водосборов, неодинаковая обеспеченность максимумов, рассматриваемых в одной группе, а также некоторая индивидуальность метеорологических условий над каждым водосбором определяют величину отклонений точек отдельных максимумов от одной прямой. Рекомендуется на графиках (рис. 21) выделять наиболее плотную группу или полосу точек, путем установления расчетных огибающих (верхней и нижней) по крайним значениям точек.

Наклон огибающих должен отражать общую направленность всего поля точек и по всему диапазону водосборных площадей, используемых для построения рассматриваемых зависимостей.

Определение показателя степени редукции "П" производится по тангенсу угла, образуемого наклонными линиями редукции (огибающими) с осью абсцисс (lgF). Определение показателя степени редукции должно быть произведено по всем однородным участкам дороги, а также для каждого паводка.

Оценка вычисленных, величин показателя степени редукции производится путем умножения величин показателей редукции П₁ зависимости α = f(T), и П₂ зависимости L = f(F) по теоретической формуле Д.Л. Соколовского:

П_теор. = П₁×П₂                                                                                 (15)

В значениях теоретического и вычисленного показателей редукции возможны отклонения, которые объясняются некоторой приближенностью при установлении расчетных зависимостей. Указанные отклонения должны составлять не более 10% от величины показателя степени редукции, определяемого по теоретической формуле (15).

величина показателя степени редукции является переменной величиной, зависящей как от физико-географического положения, района проектирования, так и от размеров водосборных площадей.

Для ориентировочной оценки фактических значений показателей степени редукции в табл. 5 приведены эти величины для различных районов СССР и некоторых зарубежных районов.

Таблица 5

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:

                                                                                                            (16)

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 Р_э = 20-25%. Для муссонных районов с коэффициентом вариации C_i 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:

Р_{р паводка} = Р_{р 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

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:

 м³/сек с 1 км²                                                                 (18)

где Q - максимальный расход, вычисляемый по данным полевого обследования, м³/сек.;

F - площадь водосбора, км²;

K_t, K_J, K_ф, 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 K_J, K_ф могут быть приняты равными единице в том случае, если величины А_р рассматриваются раздельно по группам однородных водосборов.

Величины А_max необходимо определять на всех обследованных водосборах, по которым определены расходы, а также по всем паводкам, зафиксированным по следам на местности.

По вычисленным величинам А_max 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 А_р 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 (А_{р min}) и наибольшие (A_{p max}) значения интенсивности водоотдачи.

Фактические расхождения между вычисленными значениями A_p 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 А_max и А_min 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 A_max-A_min.

Отклонения величин А_р 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 А_р 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_% = K_p×a_max%×α_o×K_F                                                                                                 (19)

где K_р =16,7 - коэффициент для перевода размерности интенсивности осадков мм/мин. в размерность расхода м³/сек. с 1 км² площади бассейна;

a_max% - максимальная часовая интенсивность дождя в мм/мин. вероятностью превышения %;

α_o - элементарный коэффициент склонового стока при полном насыщении почв водой;

K_F - 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 A_р 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 А_р 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 A_р.

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

Но вычисленным значениям повторяемости Р и соответствующим значениям А_р, необходимо произвести построение эмпирической кривой вероятностей, ввиду того, что значения величин параметра А_р, 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 А_р, которые по своей численной величине отличаются более чем на 20-30%.

Определение расчетных величин А_р, требуемой ВП паводка необходимо производить по эмпирической кривой повторяемости путей графической экстраполяции.

Таблица 7

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:

Q_p = K_pQ                                                                                                                     (21)

где Q_p - максимальный расход воды, требуемой ВП паводка;

Q - среднемноголетняя величина расхода;

K_p - 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 А_р. 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:

                                                                                                (22)

где Q_p - максимальный расход требуемой ВП;

Q_набл - максимальный расход, наблюденный в натуре, повторяемостью n лет;

K_p - ордината кривой гамма-распределения при C₃ = 4Cv требуемой ВП;

K_набл - ордината кривой гамма-распределения повторяемостью n лет;

Δε - коэффициент представительности наблюденных расходов, определяемый по данным таблицы 8.

Таблица 8

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 K_р в формуле (22) рекомендуется принимать по коэффициенту вариации суточных максимумов осадков в данном районе при С_з = 4С v по таблице 9.

Таблица 9

При недостаточности данных полевого обследования оценка расчетных величин интенсивности водоотдачи А_р 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 А_р для всего направления проектируемой дороги.

В ряде случаев оказывается необходимым районирование расчетных величин А_р 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:

Q_p = А_рFφ·K_JK_ф·δе, м³/сек.                                                                                         (23)

где А_р - максимальная интенсивность водоотдачи дождевых вод, требуемой ВП;

F - площадь водосбора, км²;

φ - коэффициент редукции максимальной интенсивности стока;

K_J - коэффициент крутизны водосборного бассейна;

K_ф - коэффициент формы бассейна;

δе - коэффициент поверхностной аккумуляции водосборов.

Расчетная величина максимальной водоотдачи при отсутствии данных полевого обследования определяется по формуле:

А_р = 16,7а_час·K_t·α_o·K_F                                                                                                  (24)

где K_t - коэффициент редукции часового слон дождя, определяемый дли территории СССР по данным табл. 11 и рис. 23;

α_о - коэффициент склонового стока при полном насыщении почв водой, принимаемый в первом приближении по табл. 12;

K_F - коэффициент редукции осадков по территории, определяемый согласно рекомендациям, изложенным выше;

а_час - 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:

А_р = A_max Kt                                                                                                                 (25)

где A_max - 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 А_р 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 А_р может быть определена с использованием укрупненных климатических характеристик по следующей формуле:

А_р = 0,11Н_сут·α_o·K_t·Δε                                                                                                 (26)

где Н_сут - суточный максимум осадков в мм, требуемой ВП;

α_o, K_t - имеют прежние обозначения;

Δε - коэффициент представительности, принимаемый по табл. 8.

При наличии данных наблюдений необходимо уточнять значения коэффициента стока α_о 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

Таблица коэффициентов редукции (Kt) часовой интенсивности осадков и времени водоотдачи (t_ф)

Таблица 11

Значения коэффициента редукции часовой интенсивности осадков устанавливаются для каждого района по среднегодовому количеству осадков.

Таблица коэффициентов стока α_о

Таблица 12

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

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

Значение коэффициента K_ф, 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 K_ф 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

Величину коэффициента δе для водосборов, площадь которых характеризуется однородными условиями по всему бассейну, следует определять по формуле:

δе = 1-K_gγ_gβ                                                                                                                (28)

где γ_g - коэффициент, учитывающий проницаемость грунтов в обычных полевых условиях и определяемый по табл. 16;

K_g - коэффициент, учитывающий многократность повторения расчетных ливневых условий, в паводковый период и изменяющийся в следующих пределах:

- для, муссонных районов K_g = 1,0

- для пустынных районов K_g = 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-K_gβ(γ_длf_л+γ_дгf_г)                                                                                                  (29)

где γ_дл, γ_дг коэффициенты, учитывающие проницаемость грунтов в обычных условиях на отдельных частях водосбора, различных по степени залесенности и грунтам и определяемые по табл. 16;

f_л, f_г - коэффициенты, характеризующие величины отдельных частей недосбора, различных по степени залесенности и грунтам и определяемые соответственно по формулам:

                                                                                                      (30)

где F_л и F_г - 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-γ_glg(f_n+1)                                                                                                          (31)

где γ_g - определяется по табл. 16;

f_г - площадь проницаемых грунтов в процентах от всей площади бассейна.

Коэффициенты проницаемости грунтов (γ_g) при расчетном паводке

Таблица 16

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 γ_g в пределах отдельных категорий почвогрунтов.

Коэффициенты β учитывающие условия стока и состояние почв к началу формирования расчетного паводка

Таблица 17

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 M_p 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 A_h, A_h+1 - отметки соседних изолиний модуля максимальных расходов;

l_h, l_h+1 - расстояния между соседними изолиниями;

h - порядковый номер изолиний.

Максимальные расходы определяются по вычисленным расчетным модулям по формуле:

Q_расч. = М_расчφFδΔε                                                                                                      (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:

Q_p = СF^1-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 (Q_max), а ряд величин Q_max-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 (Q_дожд).

при этом величина среднемноголетнего максимального расхода (Q_max) уменьшается по сравнению с расчетом по смешанному ряду, а величина коэффициента изменчивости (C_v) и модульных коэффициентов в зоне расчетных ВП - увеличивается.

В качестве расчетной для определения отверстий сооружений принимается большая из двух, величин Q_p и Q'_p:

Q'_p = Q_дожд+ΔQ+Q₀                                                                                                     (36)

где Q_дожд - расчетный расход, подученный в результате обработки ряда дождевых максимумов;

ΔQ - гарантийная поправка;

Q₀ - минимальный среднемесячный расход зв-данного месяца;

Q_р - 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:

N_k = KП+0,5                                                                                                               (37)

где П - число членов полного ряда;

K - коэффициент, зависящий от длины полного ряда и определяемый по таблице 18.

Таблица 18

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

 - параметры, определенные по формуле:

                                                                                    (39)

                                                                                                (40)

                                                                                             (41)

В этих формулах:

H_i - 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 W_р - 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

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 Q_ср - 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;

t_ф - время формирования паводка, определяете по данным табл. 11;

F_iаkk - часть площади водосбора, занятой аккумулирующей емкостью, км²;

h_iаkk - слой воды, задерживающийся на площади мм;

а_р - расчетная интенсивность дождя, определяемая по формуле:

а_р = а_час·K_t, мм/мин.                                                                                                   (48)

где а_час и K_t - имеют прежние обозначения, что и в формуле (24) и определяются по табл. 10 и 11.

Таблица 21

Величины F_akki и соответствующие им слои h_akki 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 (Q_сбp), 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:

Q_р = Q_%-Q_cбp·Л_Т, м³/сек.                                                                                             (49)

где Q_% - собственный расход водосбора, заданной ВП, м³/сек.;

Q_сбр - сбрасываемый расход воды в месте перелива в смежный бассейн, м³/сек.;

Л_Т - 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:

Q_р = Q_% + Q_сбр×Л_Т, 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 (Q_выпл).

Определение расчетных расходов водотоков, образуемых в результате выплеска воды из другого водотока, следует производить по следующей формуле:

Q_р = Q_вып+Q_%                                                                                                              (51)

где Q_вып - расход выплеска воды из одного водотока в другой;

Q_% - расход воды, вычисленный на площадь водосбора, примыкающую к руслу выплеска.

Расход выплеска (Q_вып) 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 Q_вып 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 Q_вып 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.

Приложение 2

Рис. 12. Клетчатка вероятностей.

Приложение 3

Приложений 4.

таблица к определению коррелятивной связи

Приложение 4
(продолжение)

Построчный контроль:

Δ_х2+2Δ_х·Δ_у+Δ_у2 = (Δ_х+Δ_у)²

Общий контроль:

Σ(Δ_х+Δ_у)² = ΣΔ_х2+2ΣΔ_х·Δ_у+ΣΔ_у2

Среднее квадратическое отклонение σ_х и σ_у

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

Продолжение таблицы

Составил _____________________ Проверил _______________________

Приложение 6

ТАБЛИЦА

Подсчет коэффициента вариации и асимметрии

Р __________ n ______________ F км² _________________

Q₀ =

σС_v =

Приложение 7

Номограмма для возведения чисел 1-100 в степень n = 0,1÷?

Приложение 8

Ведомость вычисления площадей живого сечения в створе.

ΣВ =                                                                                                                        Σω =

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;

C_v - коэффициент изменчивости ряда максимальных расходов воды (коэффициент вариации);

C_S - 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) Q_N - 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

C_v - коэффициент вариации

C_S - коэффициент асимметрии

n - количество членов ряда;

ж) семь значений расчетного расхода (Q_p);

з) шесть значений расчетного расхода с учетом гарантированной поправки (Q'_p).

2. При обсчете особо выдающегося максимального расхода:

а) N - количество лет

б) Q_N - 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 (Q_р);

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 h_j и расстояниями между ними (l_j), 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

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:

V_доп - допускаемая скорость для руслового участка, если оно меньше фактической скорости на этом участке;

V_y2, - средняя скорость течения воды на участке, м/сек.;

H_ср - средняя глубина участка, м,

Х_уч - смоченный периметр, м,

В_уч - расстояние по заданному горизонту воды, м,

ω_у2 - площадь живого сечения, м²,

Q_y2 - расход на участке м³/сек.,

m - коэффициент шероховатости,

в) итоговая печать морфоствора.

 - расходный коэффициент створа

i - уклон водной поверхности,

В_ств - расстояние по зеркалу воды,

ω_ств - площадь живого сечения,

Q_ств – расход,

Н_ξ - 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,

В_ств - расстояние по зеркалу воды,

ω_ств - площадь живого сечения

Q_ств - подсчитанный расход,

Н_ств - горизонт, водной поверхности, при котором получен расход,

Q_ξ - 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.