книги / Переходы через водотоки

Т а б л и ц а VI-8

лированы на логарифмической клетчатке. Ниже черты показаны значения К при CS = 3CV и CS=4CV большие, чем для предельного паводка по КрВП-65.

Дальнейшее исследование могло бы идти в направлении: продолжения работ по уточнению кривой КрВП-65; продолжения работ по сбору и изучению исторических навод­

нений (работы Б. Д. Зайкова, Г. И. Швеца и дзр.,) а также обоб­ щений материалов по наводнениям, прошедшим за последние 10— 30 лет;

расширения краткого гидрологического кадастра, помещенного в приложениях 1 и 2. Следует уточнить методы удлинения рядов расходов и методы переноса расходов;

проведения гидрометрических работ на крупных мостовых пе­ реходах до их постройки и после постройки, чем будут проверены

§ 24. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕТОДОМ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ИНТЕРПОЛЯЦИИ

В районах дорожного строительства, где данные наблюдений за реками недостаточны или отсутствуют, определение расчетных расходов производят методами гидрологической аналогии или гео­ графической интерполяции. Первый метод применяется в ограни­ ченных пределах, так как требует соблюдения ряда условий [10] как для опорного, так и расчетного створов.

Более распространен второй метод — географической интерпо­ ляции. В практике проектных организаций его применяют в комби­

121

нации со следующими способами определения! расходов: а) :по обоб­ щенным формулам; б) по региональным зависимостям и в) по дан­ ным морфометрических изысканий.

При применении того или другого метода расчета должен учи­ тываться генезис стока, что имеет важное значение как при иссле­ довании расчетных зависимостей, так и для строительства и экс­ плуатации мостового перехода. Применительно к определенному виду стока составлены обобщенные формулы расходов. В зависи­ мости от сроков наступления половодья или паводка принимают­ ся решения по очередности производства строительных работ.

Превалирующий вид стока устанавливается на стадии изыска­ ний. Для первоначальных соображений может быть использована карта преобладающих видов стока, приведенная в СН 435-72 [142], а также карта распространения выдающихся паводков и по­ ловодий, помещенная в СН 397-69 [141].

Перенос расхода вверх и вниз по реке и от реки-аналога часто

встречается в практике изысканий. Здесь надо учитывать клима­ тический фактор, форму водосбора, уклон долины реки, заболочен­ ность, озерность, а для больших рек — направление течения при меридиональном направлении. На реках, текущих с юга, паводочная волна имеет поддержку от северных притоков, где весна бы­ вает позже, чем на юге. На реках, текущих с севера, паводочная волна приходит в зону южных притоков, когда пазодок там уже прошел. Может возникнуть обратное явление — долины притоков будут аккумулировать объем стока и уменьшать максимальный расход.

Почти на всех реках имеются так называемые транзитные участки, где ширина водосбора резко уменьшается по сравнению с верхним участком. В таких случаях, несмотря на некоторое уве­ личение площади водосбора, объем стока распластывается по вре­ мени, а максимальный секундный расход уменьшается. Примером может служить Волга, где от устья Камы к Астрахани максимум расхода падает на 37%. Наоборот, расходы Енисея и Лены к устью значительно увеличиваются.

Перенос расхода вне транзитного участка реки может быть про­ изведен по формулам

В — тот же расход при дождевых водах; п — степень редукции

(меньше 1), обычно уменьшающаяся с увеличением водосбора (приложение 3).

Некоторые авторы в формулах (VI-8) к F прибавляют пара­ метр С в км2, равный от 1 до 10. Тогда формула (VI-8) приобре­ тает вид Q = A (F + С)п при постоянном п. Эта добавка действи­ тельна лишь ври F< 50 км2. Следует, однако, отметить, что в таком виде формула не имеет физического смысла, так как при F = 0 расход равен АСп. В таком случае следует переходить

122

на расчет по модулям стока. Вообще это не вызывается необхо­ димостью, так как степень п определяется обратной задачей при известных Q и F, а значения А и В определяются по данным гид­

рометрических станций. Такие подсчеты для разных районов и ВП, равных 1 и 2%, даны в приложении 1 и 2. При других ВП бу­ дут некоторые изменения в значении п, но, как показали подсче­ ты, незначительные, поскольку в формулах (VI-8) увеличение Л, В и Q идут в одну сторону, a F — неизменно'.

Исходя из изложенного известный расход Qi из пункта с пло­ щадью водосбора F\ переносится в пункт с площадью F2 по фор­

муле

(VI-9)

При изменении климатического района вносится поправка по соотношениям А\ : А2 или В\ : В2.

Определение п рекомендуется производить решением обратной

задачи по формуле

Кроме формы бассейна, можно учитывать и некоторые дру­ гие факторы, что повысит точность расчета. Тогда расчет произ­ водится по формуле Е. В. Болдакова:

где индекс 1 относится к створу-аналогу, а индекс 2 — к исследуе-

в снеге перед началом снеготаяния или зимние осадки при той же ВП, как и требуемая для Q. В дождевых районах Я — осад­

ки за период два-три месяца, когда можно ожидать проход па­

образом, но п принимается как среднее значение.

Перенос расхода особенно с другого водосбора надо произво­ дить предпочтительно по среднему расходу Qcp, а при расходах определенной ВП — только при близких С„. Переносить расходы определенного года надо с осторожностью в особенности с дру-

123

гиональные карты изолиний географических параметров С и Д, по­

лучаемых по рекам-аналогам из следующих соотношений:

Рис. VI-14. Карта изолиний параметра Д для Украины

т

Cs— может быть определено построением зависимости ^v = f

Пример построения такой зависимости показан на рис. VI-15; со­ отношение параметров, полученное по ней, определено в виде

по рекомендациям СН 435-72: для расходов талых вод равнин­ ных рек— Cs= (2-f-2,5)Cv; для смешанных и дождевых расходов воды равнинных рек и горных рек с муссонным климатом — Cs =

= (3--4)C v; для расходов воды горных рек — CS = 4CV. Большие значения Cs из приведенных принимают для водосборов со срав­

нительно небольшой площадью и для водосборов, расположенных в засушливых районах.

Определение расчетного уровня. На многих реках имеются

наблюдения только за уровнями. В этих случаях ряд уровней ис­ пользуется для определения по нему уровня расчетной ВП.

Способы непосредственного определения расчетного уровня без построения кривой расходов ограничиваются двумя условия­ ми: когда створ перехода совпа­ дает со створом наблюдений за уровнями и когда между створом наблюдений с многолетним рядом уровней и переходом может быть построен надежный график связи (коэффициент корреляции 1^0,8). За пределами этих условий уро­ вень расчетной ВП используется для оценки границ и продолжи­

тельности подтопления террито- 1 — бассейн Днестра; 2 — бассейн Тиссы

126

рий и проектирования защитных сооружений, для оценки превали­ рующего вида стока и коэффициента стока.

Обработка рядов наблюдений уровней производится теми же приемами математической статистики, которые применяются и для обработки расходов. Следует учитывать, что уровни зависят от физических характеристик бассейна (в том числе от морфологиче­ ских характеристик русла реки) в большей степени, чем расходы. Это обстоятельство отражается на значении основного параметра кривой распределения — коэффициенте вариации (изменчивости), который будет меняться в зависимости от отметки нуля отсчета и емкости паводочно'го русла. Коэффициенты вариации для глу­ боких беспойменных русел по сравнению с коэффициентами ва­ риации для раскидистых пойменных русел будут всегда мень­ шими.

Что касается второго параметра кривой распределения — ко­ эффициента асимметрии, то для раскидистых русел с поймами он, как правило, будет иметь отрицательное значение или значение, близкое к нулю. Это объясняется снижением роста уровней при выходе реки на пойму, что при статистической обработке дает ма­ лую сумму положительных отклонений от нормы по сравнению с суммой отрицательных.

Ориентировочно можно считать, что значения коэффициентов вариации уровней в 1,5—2 раза меньше значений коэффициентов вариации расходов.

По абсолютному значению коэффициенты вариации уровней для большинства рек лежат в пределах 0,12—0,40, в то время как коэф­ фициенты вариации расходов 0,20—0,80.

При определении значений уровней заданных ВП многолетний ряд наблюдений должен обязательно включать и высокие уровни (ВП 5—2%), при которых происходит затопление пойм. Кроме того, в расчет вводятся только бытовые значения уровней, не ис­ каженные факторами местного порядка, например подпором от плотин или существующих мостов, заторами поверхностного и дон­ ного льда и т. п.

Статистическую обработку уровней производят по СН 435-72 [142] раздельно для снеговых и дождевых паводков. Вероятность события р, когда наивысший уровень воды превысит его заданное

где pi и р2 — ВП (в долях от единицы) наивысшего уровня поло­

водья и дождевого паводка.

По значениям р\ и р2 кривых ВП наивысших уровней половодья и паводка определяется величина р для разных значений Я и

строится расчетная кривая ВП.

С. М. Бликштейном [17] разработан следующий способ определения расчет­ ного уровня. Вначале уровни ряда приводятся к одному роду — к уровням, пре­ вышающим бровку русла. С этой целью для уровней, которые ниже отметки бровки русла, вычисляют значения Япр по формуле

127

вУрЧНбр—Hj)

где Я бр и Hi — соответственно отметки бровки русла и уровня до приведения, м\

в которой коэффициент Ф принимают по первой строке таблицы Фостера — Рыб­ кина, т. е. при Cs~ 0.

§ 25. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ ПАВОДКА, ОБНАРУЖЕННОГО ПРИ ИЗЫСКАНИЯХ

При морфометрических изысканиях и определении расхода по меткам уровней в зависимости от сведений, которые удалось со­ брать, могут применяться несколько приемов для оценки среднего расхода или периода, в течение которого наблюдался единичный расход. Зная эти данные и определив косвенными методами ста­ тистические параметры Cv и Cs, можно перейти от определенного

изысканиями расхода к расходу заданной ВП.

Средний расход, по предложению Е. В. Болдакова, можно опре­ делить по конфигурации прижимного берега реки, наносы на кото­ ром обычно отлагаются с откосом около 1 : 10 (рис. VI-16, а). Затем идет более крутой земляной берег с откосом 1 : 2. Перелом обоих откосов соответствует уровню среднего расхода.

Урезную черту среднего расхода можно обнаружить на ска­ листых берегах реки, на быках мостов, старых зданиях, находя­ щихся около реки, набережных, где происходит так называемый смыв загара. Верхняя граница смыва соответствует уровню сред­ него расхода. Средний расход можно оценить также по расходу в

где Qi — расход русла в пределах бровок русла; %— коэффициент,

определяемый по приведенным ниже данным.

128

Рис. VI-16. Определение уровня при Q на прижимном берегу реки

Период, в течение которого наблюдался единичный максималь­ ный расход, может быть определен по возрасту старожилов, пока­ завших метки выдающегося паводка. При этом единичный расход рассматривается как наибольший или один из наибольших в ста­ тистической выборке, состоящей из пв членов. Период, в течение

которого единичный расход не был превышен, определяется по формуле Н. Н. Чегодаева

по нескольким независимым расходам или по непрерывному, хотя

129

и короткому ряду расходов. В последнем случае может быть про­ изведено удлинение коротких рядов по косвенным данным, напри­ мер по наблюденным на метеостанциях осадкам. Для этого строят графики связи расходов с осадками. Для бассейнов площадью до 300—500 км2 используют суточные максимумы осадков. При

больших площадях в зависимости от уклонов водосборов можно брать сумму осадков за двое — пять суток.

58 + 0,4

Т= —-— ——=83 года, что соответствует ВП=1,2%.

1 —U,о

По карте изолиний параметра Д (см. рис. VI-14) определим для геометри­ ческого центра бассейна Д=30.

90°’2 | / 120,4 + 2

Параметр Cs принимаем по СН 435-72: Cs = 3Ct,=3,3, тогда по таблице Фос­ тера— Рыбкина имеем:

Рассмотренный случай по сравнению с примером № 1 дает более достоверные результаты, так как наличие трех расходов позволяет наименьший из них считать за третий член ряда.

Пример 3. На р. Бадам (предгорная часть бассейна Сырдарьи) 29 апреля 1967 г. прошел редчайший паводок, который в течение часа полностью разрушил

130