765

несколько логов, но только один замыкающий створ — место расположения водопропускного сооружения.

Рис. 2.24. Размещение водопропускных сооружений и определение границ водосборов:

а— продольный профиль; б — план в горизонталях

Вкурсовом проектировании границыбассейновопределяются по карте в горизонталях для каждого замыкающего створа. Определение границ бассейнов обычно начинают с выявления положения главногоилипродольноговодораздела(см.рис. 2.24). Этот водораздел проходит вдоль трассы железной дороги. Затем на плане устанавливают положение всех точек, расположенных на местных водоразделах и в тальвегах водотоков. Определение положения таких точек на плане удобно осуществлять путем переноса их на план с продольного профиля. Так, на продольном профиле,приведенномнарис.2.24,а,водораздельнымиточками являются точки а, б, в, г, д, е, ж, з, и, а точками, расположен-

61

ными в тальвегах, — 1, 2, 3, 4, 5, 6, 6 , 7. Соответственно эти же точки перенесены на план в горизонталях (см. рис. 2.24, б). Для установления границ бассейнов каждого водотока от водораздельных точек на трассе дороги по нормалям к горизонталям (по гребнямвозвышенностей) проводятся линии местных или поперечных водоразделов, например А—а, Б—б и т.д. (см. рис. 2.24).

Каждый бассейн водопропускного сооружения, являясь частью территории,прилегающей к трассе, на которой формируется ливневый сток или сток от снеготаяния, имеет определенные геометрические и гидроморфологические характеристики. Эти характеристики полностью определяют расход и объем воды, поступающей из бассейна к водопропускному сооружению.

К геометрическим характеристикам бассейна относятся:

—площадь бассейна F, км2;

—длина главного лога L, км;

—длина промежуточной русловой системы l, км;

—средняя длина безрусловых склонов bc, м;

—уклон главного лога Iл, ‰;

—средний уклон склонов Iс, ‰;

—наибольший линейный размер бассейна D, км;

—коэффициент откосов главного русла m.

Гидроморфологическими характеристиками бассейна яв-

ляются:

—коэффициент шероховатости главного русла nл и склонов nс;

—характеристики впитывающей способности почв на территории бассейна;

—наличие и характеристики растительного покрова;

—наличие болот и озер на территории бассейна.

Все геометрические характеристики бассейна легко определяются по картам в горизонталях. Площадь бассейна определяется на карте с помощью планиметра. Длина главного русла рассчитывается только в пределах расстояния от замыкающего створа до явно выраженного на карте истока водотока (рис. 2.25, линия АБГД). Как правило, участки главного лога, прилегающие к водоразделу, имеют более крутые уклоны по сравнению со средним уклоном лога на остальных участках. Поэтому такие участки исключаются из длины главного лога и относятся к склонам бассейна (рис. 2.25, участок Дв).

62

Рис. 2.25. Геометрические характеристики бассейна

Для односкатных бассейнов за длину главного лога принимается длина будущей водоотводной канавы, устраиваемой вдоль трассы (рис. 2.26, пунктирная линия).

Для определения средней длины безрусловых склонов bc сначала необходимо вычислить среднюю ширину водосбора по формулам:

—для двускатных бассейнов B = F/2L;

—для односкатных бассей-

нов B = F/L.

При учете промежуточной русловой системы принято считать, что на условия стока воды оказывают свое влияние только относительно длинные русла. Установлено, что к таким руслам следует относить только русла,длинакоторыхпревышает 0,75 средней ширины водосбора. На рис. 2.25 такими руслами являются Ба и Вб. Кроме

того, при определении средней

Рис. 2.26. Односкатный бассейн

63

длины безрусловых склонов необходимо учитывать, что сток воды по склонам происходит не по кратчайшему пути от водораздела к руслу, а по направлениям с наибольшим уклоном. Это вызывает необходимость введения поправочных коэффициентов:

— для двускатных водосборов

где 0,9 — поправочный коэффициент, учитывающий увеличение длины стекания воды со склонов.

Уклон главного лога определяется как средний уклон лога в указанных ранее пределах:

где h — превышение между горизонталями, м, h = 5; S— длина всех горизонталей в пределах бассейна.

Наибольший линейный размер бассейна представляет собой расстояние между самыми удаленными друг от друга противоположными точками на границе бассейна (см. рис. 2.25, точки M

и N).

Коэффициенты гидравлической шероховатости зависят от извилистости русла, микрорельефа склонов, наличия зарослей, валунов,завалови т.д.Они определяются наоснованииопытных данных и приводятся в соответствующих руководствах по гидравлическим расчетам и в инструкциях по расчету стока.

Впитывающая способность почв бассейнов устанавливается также на основании опытов (дождевания). Основной характеристикой впитывающей способности почв является процентное содержание в них песка. В зависимости от этого почвы делятся на различные категории по впитыванию. Кроме приведенных характеристик при обследовании бассейнов следует обращать внимание на наличие в бассейне условий, способствующих аккумуляции поверхностных стоков (озера, болота, лесные массивы, мелиоративные сооружения, строения и т.п.).

64

2.6.3. Расчет стока с малых бассейнов

На большей части территории нашей страны сток поверхностных вод по своему генезису бывает двух видов:

1)ливневый, возникающий в результате летних или осенних дождей;

2)сток от снеготаяния, возникающий в процессе весеннего таяния снега.

На очень ограниченной территории южной горной части страны возможен смешанный сток — результат сочетания снеготаяния и таяния ледников с весенними дождями.

Отверстие водопропускного сооружения определяют по тому виду стока, который приводит к большим расходам. Такой сток называется преобладающим. Гидрологическими характеристиками любого из этих стоков в замыкающем створе являются: расход воды Q, м3/с, уровень воды Н, м, и объем воды W, м3, которые имеют случайные значения величин. Поэтому согласно нормам [6] водопропускные сооружения на железных дорогах общей сети рассчитываются на воздействие водного потока при двух паводках — расчетном и наибольшем. Расходы на пике паводков и соответствующие им уровни также бывают расчетными и наибольшими. Вероятность превышения значений Q и Н принимается:

— для линий III категории и выше — 1 : 100 (р = 1 %) при расчетном паводке и 1 : 300 (р = 0,33 %) при наибольшем паводке;

— для линий IV категории — 1 : 50 (р = 2 %) при расчетном паводке и 1 : 100 (р = 1 %) при наибольшем паводке.

Только перечень внушительного числа геометрических и гидроморфологических характеристик, влияющих на процесс формирования стока и в конечном итоге на величины Q и Н в замыкающем створе, показывает, насколько сложен расчет этого процесса. Рассмотрение этого процесса выходит за рамки настоящего пособия. Детально он описан в ряде учебников и пособий

[1, 2, 5, 8, 11].

Для предварительного назначения отверстий сооружений и сравнения вариантов трассы участков железных дорог в курсовом проекте возможно использование приближенного метода расчета стока [12]. По этому методу расчетный расход ливневого

65

стока вероятности превышения р = 1 % для водосборов с песчаными и супесчаными почвами определяется по номограмме

(рис. 2.27).

Рис. 2.27. Номограмма для определения дождевых расходов вероятности превышения 1 % при песчаных и супесчаных почвах

66

Расход находят в зависимости от площади F водосбора и уклона Iл главного лога водосбора для данного дождевого района, определяемого по карте-схеме дождевых районов (рис. 2.28) и одной из пяти групп климатических районов, устанавливаемой по номеру дождевого района (табл. 2.13).

Таблица 2.13

Соотношение климатических и дождевых районов

Для определения расходов иной вероятности превышения и при почвах, отличных от песчаных и супесчаных, расход Q1%, полученный по номограмме, умножаютна поправочныйкоэффициент Кд, принимаемый по табл. 2.14.

Пример использования приближенного метода [1]. Требуется определить наибольший расход ливневого стока вероятности превышения р = 0,33 % для водосбора площадью F = 3,6 км2 в районе Забайкалья. Грунты — суглинки, уклон главного лога

Iл = 22 ‰.

По карте-схеме (см. рис. 2.28) устанавливаем соответствующую группу климатического района — III. Далее по номограмме (см. рис. 2.27) на шкале F находим точку, соответствующую площади водосбора F = 3,6 км2, и через нее проводим вертикаль до пересечения с линией, соответствующей дождевому району 5. Через полученную точку проводим горизонтальную линию до пересечения сосьюYиотмечаемточкуа.НаосиIл находимточку со значением Iл = 22 ‰ и через нее проводим вертикаль до пересечения с линией, определяющей III группу климатического района. Через полученную точку проводим горизонтальную линию до пересечения с осью X, на которой отмечаем точку б. Соединяем точки а и б прямой линией и в месте пересечения ее

67

68

Рис. 2.28. Карта-схема дождевых районов

с осью Q находим значение Q = 22,5 м3/с. Следует помнить, что этот расход имеет вероятностьпревышения р =1 %и соответствует песчаным и супесчаным грунтам бассейна. Для суглинистых грунтов определяем по табл. 2.14 поправочный коэффициент:

при р = 0,33 % Кд = 1,46, а при р = 1 % Кд = 1,05. Тогда Q1% =

=QКд = 22,5 ∙ 1,05=23,6м3/с;Q0,33% =QКд =22,5 ∙ 1,46=32,9м3/с.

Расходстокаотснеготаяниявероятностипревышенияр = 1 %

определяется по номограмме (рис. 2.29) в зависимости от площадиводосбораF,элементарногомодуля стокаС1%,заболоченности иозерноститерритории бассейна.Элементарныймодульстокаот снеготаяния С1%, зависящий от климатических условий района, принимается по карте-схеме (рис. 2.30).

Озерность и заболоченность устанавливается по планам водосборовиликартамипредставляетсобой процентноесоотношение площади озер и болот к общей площади водосбора.

При отсутствии болот расчет по номограмме выполняется условно, заболоченность принимается равной 1 %. При степени озерности более 20 % влияние заболоченности, медленно снижающееся, и сток рассчитываются для озерности 20 % и заболоченности 1 %. Для определения расходов иной вероятности превышения значение расхода, полученное по номограмме Q1%, умножается на поправочный коэффициент Кс = 1,37 при р = 0,33 % или

Кс = 0,87 при р = 2 %.

Пример. Определить наибольший расход стока от снеготая-

ния Q0,33% для бассейна площадью F = 4,5 км2 в районе, расположенном южнее Якутска, при озерности 2 % и заболочен-

ности 5 %.

По карте-схеме (см. рис. 2.30) находим для данного района элементарныймодульстокаотснеготаяния,равный2,5м3/с∙км2. Наномограмме (см. рис.2.29)на осиF находимточкуF = 4,5 км2 и через нее проводим вертикальную линию до пересечения с наклонной линией, соответствующей элементарному модулю стока С1% = 2,5. Из полученной точки пересечения проводим горизонтальнуюлиниюдопересечения сосьюХ.Получаемточку а (см. рис. 2.29). Затем на номограмме находим точку, соответствующую заболоченности 5 %, и проводим через нее вертикальную линию до пересечения с наклонной линией, обозначающей озерность бассейна, равную 2 %. Из полученной точки пересече-

69

70

Рис. 2.29. Номограмма для определения расхода от снеготаяния вероятности превышения 1 %