Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Проектирование мостовых переходов через большие водотоки

..pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
19.11.2023
Размер:
30.92 Mб
Скачать

ится по уравнению биномиальной кривой при Cv—0 и Су=0. Вер­ тикальная шкала принимается равномерной (при CS<!_2CV) или логарифмической (при CS>2CV).

На рис. 50 показан образец клетчатки вероятностей нормального распределения с равномерной вертикальной шкалой.

Очертание кривой обеспеченности, построенной в клетчатке вероятностей нормального распределения по данным фактических наблюдений, зависит от величины коэффициента асимметрии Cs- Если Су>0 , то выпуклость кривой обращена вниз; если С^<0, то выпуклость кривой обращена вверх; если С5= 0 , то кривая пре­

вращается в прямую (рис. 51).

Рнс. 51. Возможные очертания кривой обеспеченности,

построенной

в клетчатке

вероятностей нормального

 

распределения:

/ — при Cs

>0; II при

С5 = 0; III при С$ < 0

Проектировщики обычно пользуются готовыми клетчатками ве­ роятностей, отпечатанными в типографии. При отсутствии готовых клетчатой вероятностей их приходится изготовлять самому проек­ тировщику. В табл. 6 приведены абсцйссы и ординаты клетчатой

вероятностей нормального распределения, имеющих равномерную и логарифмическую вертикальные шкалы.

Наряду с клетчаткой вероятностей нормального распределения в практике гидрологических расчетов широкое применение получила также спрямляющая клетчатка вероятностей Н. Н. Чегодаева, данные для построения которой приведены в табл. 7.

На_этой клетчатке вероятностей по оси абсцисс откладываются эмпирические вероятности превышения каждого члена ряда, а’по оси ординат — величины Qt Q' или KiК ' в логарифмическом масштабе. Расход Q' соответствует вычисленному по формуле (IV-19) порядковому номеру т ' члена данного ряда расходов при

расположении членов в убывающем порядке:

т ' =

0,412п + 0,5,

(IV-19)

где п — общее число членов

ряда.

 

Модульный

коэффициент К ' =

О' .

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 6

Координаты для построения

клетчатки вероятностей

 

нормального распределения

 

Абсциссы

 

 

Ординаты

 

вероятность пре-

расстояние от

модульный коэф-

равномерная

логарифмическая

фнцкент К = О

вышення р, %

середины, мм

шкала, мм

шкала, мм

 

 

 

Что

 

 

0,01

80,5

0,0

0,0

 

0,02

76,7

0,1

2,5

0,05

71,0

0,2

5,0

0,10

66,5

0,3

7,5

0

0,20

61,8

0,4

10,0

14,0

0,50

55,4

0,5

12,5

25,0

1,00

50,0

0,6

15,0

33,9

2,00

44,2

0,7

17,5

41,4

4,00

37,7

0,8

20,0

47,9

5,00

35,4

0,9

22,5

53,6

10,00

27,6

1,0

25,0

58,8

20,00

18,1

1,2

30,0

67,8

30,00

11,3

1,4

35,0

75,3

40,00

5,5

1.6

40,0

81,8

50,00

0,0

1,8

45.0

87,6

60,00

5,5

2,0

50,0

92,7

70,00

11,3

2,5

62,5

103,6

80,00

18,1

3,0

75,0

112,5

90,00

27,6

3,5

87,5

120,0

92,00

30,2

 

 

 

 

94,00

33,4

 

 

 

 

98,00

44,2

 

 

 

 

99,00

50,0

 

 

 

 

99,50

55,4

 

 

 

 

99,90

66,5

 

 

 

 

П р и м е ч а н и е .

Горизонтальный размер клетчатки 147 мм; -вертикальный 88—120 мм.

Для определения максимального расхода заданной вероятности превышения с помощью клетчатки вероятностей нужно прежде всего нанести на нее наблюденные расходы по их эмпирической вероятности, найденной по формуле (IV-15). Полученные точки необходимо соединить плавной кривой и проэкстраполировать ее до заданной вероятности превышения паводка. В результате этого устанавливается искомый максимальный расход заданной вероят­ ности превышения.

В настоящее время наряду с биномиальной кривой распределе­ ния находят все большее применение новые теоретические инте­ гральные кривые распределения С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля.

Т а б л и ц а 7

Координаты для построения спрямляющей клетчатки вероятностен Н* Н. Чегодаева

Вероят­

Горизон­

Вероят­

Горизон­

Вероят­

ность пре­

тальное

ность пре­

тальное

ность пре­

вышения

расстояние

вышения

расстояние

вышения

Р. %

от начала

р, %

от начала

Р. %

 

координат

 

координат

 

Горизон­

Вероят­

Горизон­

тальное

расстоя­

ность пре­

тальное

ние от на­

вышения

расстояние

чала коор­

р. %

от начала

динат

 

координат

40,00

2,50

27,00

8,65

20,00

10,32

1,10

14,75

38,50

3,70

26,30

8,87

16,70

11,08

1,00

14,82

37,00

4,72

25,65

9,05

14,30

11,58

0,50

15,18

36,70

5,65

25,00

9,22

12,50

11,92

0,33

15,30

34,50

6,23

24,40

9,35

11,10

12,20

0,25

15,42

33,40

6,70

23,80

9,50

10,00

12,38

0,20

15,52

32,30

7,12

23,25

9,60

5,00

13,50

0,10

15,75

31,25

7,45

22,70

9,72

3,30

13,90

0,05

16,05

30,30

7,75

22,20

9,87

2,50

14,20

0,02

16,38

29,40

7,97

21,75

9,95

2,00

14,38

0,01

16,58

28,60

8,20

21,30

10,05

1,70

14,50

0,00

18,30

27,80

8,45

20,85

10,17

1,40

14,62

 

 

 

 

20,40

10,25

1,25

14,70

 

 

'

Примечание.

Указанные в таблице горизонтальные расстояния могут быть приняты в любых единицах в зависимости от желаемого размера чертежа.

Эти кривые составлены для отношений

= 1 ; 1,5; 2; 3; 4; 5; 6»

 

Q

В приложении 36, в, г приведены ординаты этих кривых при-^- = 1;

1,5; 2. Для определения максимального расхода заданной вероят­ ности превышения с помощью кривых С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля нужно нанести на клетчатку вероятностей наблюденные рас­ ходы по их эмпирической вероятности, найденной по формуле (IV-15). Затем на эту же клетчатку вероятностей надо нанести одну из семи кривых распределения С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля, которая меньше всего отклоняется от эмпирических точек. По(2из-

вестной величине коэффициента вариации Cv из соотношения -jr- .

соответствующего данной кривой распределения, находится коэф­ фициент асимметрии Cs. Максимальный расход заданной вероят­

ности превышения определяется по формуле

Q = QoK,

(IV-20)

где К — ордината интегральной кривой распределения, которая

берется из соответствующей таблицы С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля.

После установления максимального расхода заданной вероят­ ности превышения любым из рассмотренных выше способов расчет­ ный горизонт воды определяется по кривой расходов Q=f (Н).

Если в створе многолетнего водомерного поста измерения рас­ ходов не производились, то для определения расчетного горизон­ та воды составляется ряд ежегодных максимальных горизонтов над нулем графика в убывающем порядке, устанавливается эмпи­ рическая вероятность превышения каждого члена ряда по формуле (IV-15) и на клетчатку вероятностей наносится ряд эмпирических точек, которые соединяются плавной кривой. Эта кривая экстра­ полируется до заданной вероятности превышения паводка, и в результате этого определяется искомый расчетный горизонт воды. Максимальный расход заданной вероятности превышения, соответ­ ствующий найденному значению расчетного горизонта воды, опре­ деляется гидравлическим расчетом на основании формулы Шези. При этом коэффициенты шероховатости для различных частей морфоствора устанавливаются по классификации М. Ф. Срибного (см. приложение 1). Если во время производства изысканий мосто­ вого перехода представляется возможность организовать гидромет­ рические работы, а следовательно, получить кривую расходов Q = f (Я), то в этом случае максимальный расход заданной вероят­

ности превышения, соответствующий найденному значению расчет­ ного горизонта воды, определяется по экстраполированному участ­ ку кривой расходов.

§ 17. Расчеты максимальных расходов и уровней воды мало изученных и вовсе не изученных рек

Мостовые переходы очень часто приходится проектировать через реки, мало изученные в гидрологическом отношении или вовсе не изученные. В этих случаях применяются приближенные спо­ собы определения максимального расхода заданной вероятности превышения паводка. К ним, в частности, относятся гидравличе­ ский способ, способ аналогий и морфологический способ.

Гидравлический способ основан на определении расхода по формуле ШезиЛТак как формула Шези справедлива для равномер­ ного движения/то для определения расхода нужно разбить морфоствор на таком участке реки, где вдоль по течению ширина потока, глубины и продольный уклон водной поверхности приблизительно постоянны. После разбивки морфоствора необходимо на нем выде­ лить отдельные части живого сечения с одинаковыми морфологичес­ кими характеристиками (рис. 52).

Расход воды в реке

Q — ^ к . р ^ к . р ] / 7 W ~

^ л * п ^ л . п

Я л . П I +

“Ь ^П. П ^П . П V ^n. П 7 ,

(1V-21)

где toKfP, <оЛ(П и о>п.п— площади живого сечения в пределах корен­ ного русла, левой поймы и правой поймы;

С к.р, С л.п,

С п.п — скоростные

коэффициенты для

коренного

 

русла, левой поймы и правой поймы;

#к.Р, #л.п,

Яп.п — средние глубины

в пределах

коренного

 

русла, левой поймы и правой поймы;

 

I — продольный

уклон

водной поверхности,

 

принимаемый одинаковым для всех частей

морфоствора.

Если на морфостворе, кроме коренного русла, левой поймы и правой поймы, выделены еще некоторые характерные части, то рас-

Рис. 52. Выделение на морфостворе отдельных частей:

1 — левая пойма; 11 — коренное русло; 111 — правая пойма

ходы, которые пропускают эти части,

войдут

дополнительными

слагаемыми в формулу (IV-21).

 

 

 

 

 

 

 

Скоростные

коэффициенты СК.Р, Сл.п

и Сп.п

определяются по

формуле Н. Н. Павловского, т. е.

 

 

 

 

 

 

 

 

н у

___

н у

п

п

н у

iJn.n

 

 

 

___IJK. р

“ л,

_

 

 

р — “

J Ь л. п —

г:

1 Ьп, п —

~

>

 

 

 

п к. р

 

 

и л.

п

 

пп. п

 

 

 

где пк.р, «л.п

и пп.п — коэффициенты

шероховатости

коренного

 

 

русла, левой поймы и правой поймы;

и п:

 

у — показатель степени,

зависящий от

Я

 

 

при

Я < 1

м //^1,5]/я;

при Я > 1

м

у ^

Коэффициенты шероховатости для различных частей морфо­ створа принимаются по классификации М. Ф. Срибного (см. при­ ложение 1) в зависимости от морфологических особенностей этих

частей, которые устанавливаются на основе визуального обследо­ вания морфоствора. Такое назначение коэффициентов шерохова­ тости всегда имеет субъективный характер, поэтому весьма жела­ тельно проверить коэффициенты шероховатости по результатам из­ мерения расходов на данном морфостворе при низких горизонтах.

Чтобы определить расход по формуле (IV-21), необходимо знать продольный уклон водной поверхности I Этот уклон зависит от

горизонта воды в реке и поэтому должен определяться при разных горизонтах.

Следует иметь в виду, что формула Шези применима для всего живого сечения потока в целом. Поэтому выражение (IV-21) дает лишь приближенное значение расхода воды в реке44.

Гидравлический способ определения максимальных расходов

вреках может применяться в следующих случаях:

1)когда имеется многолетний ряд максимальных горизонтов и необходимо получить ряд максимальных расходов;

2)когда каким-либо другим способом установлен расчетный горизонт заданной вероятности превышения и нужно определить максимальный расход, соответствующий этому горизонту.

Способ аналогий основан на использовании материалов гидро­ метрических наблюдений на изученных реках, которые прини­ маются в качестве аналогов. Аналогами могут служить участки данной реки, а также другие реки и водосборные бассейны, где имеются водомерные посты с многолетними рядами наблюдений.

При выборе реки-аналога нужно стремиться к достижению по­ добия наибольшего количества признаков аналогии. Эти признаки подразделяются на климатические, морфологические и геоботанические. К климатическим признакам относятся: средняя годовая сумма осадков, средние суммы осадков за холодный и теплый пе­ риоды, среднегодовая температура воздуха, средняя и максималь­ ная температуры воздуха в период снеготаяния, тип питания реки

идр. К морфологическим признакам относятся: рельеф, форма и площадь бассейна, средний уклон водотока, густота речной сети, озерность и заболоченность бассейна. К геоботаническим призна­ кам относятся: почвенный покров, лесистость, наличие карстов и подземного стока и др.

При определении максимальных расходов заданной вероятности превышения паводка по способу аналогий изучаются все метеоро­ логические и гидрометрические данные, имеющиеся по исследуемо­ му району. Прежде всего обрабатываются ряды максимальных го­ довых расходов с числом членов не менее 15. Ряды максимальных годовых расходов с числом членов менее 15 используются в тех слу­ чаях, когда известно, что в них вошли наибольшие и наименьшие из максимальных годовых расходов воды. Короткие ряды удли­ няются по кривым связи с многолетними водомерными постами.

На обследуемых водотоках по опросам старожилов устанавли­ ваются отметки горизонтов воды высоких паводков, а затем по мор-

фостворам подсчитываются расходы, соответствующие этим горизон­ там. Используя найденные по морфостворам расходы и величины Cv и Cs, установленные на водомерных постах, подсчитывают для

всех водотоков исследуемого района расходы вероятности превы­ шения р% .

Дальнейшая обработка материалов гидрометрических наблюде-*

*

Н. Н. П а в л о в с к и й . Собрание сочинений, т. 1. Изд-во АН

СССР,

1955.

ний, имеющихся по исследуемому району, производится различно для случаев снеговых половодий и дождевых паводков.

а) Снеговые половодья. Подсчитываются модули максимального

расхода по формуле

М = Л . \ * ±г сЩ

,

(IV-22)

F L км2

J

 

где Q — расчетный расход установленной вероятности превышения

р% в мУсек;

F — площадь бассейна в км2.

Полученные данные наносятся на график lg M —f (lg F) (рис. 53).

На графике проводится прямая таким образом, чтобы отклонения величин М данной вероятно­

сти

превышения были

наи­

 

 

меньшими.

Прямая продол­

 

 

жается до пересечения с осью

 

 

ординат, где она отсекает от­

 

 

резок lgi4. Параметр А оп­

 

 

ределяет максимальную

ин­

 

 

тенсивность

стока талых вод.

 

 

Уравнение прямой lg М =

 

 

 

—/(lg F) может быть записано

 

 

в

следующем

виде

(рис.

 

 

 

53):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IgM = lg -Л — n\gF.

 

 

Этому уравнению соответствует выражение М =

,

 

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = MF n [ ^ \

(IV-23)

гдеМ и Р — любые значения модуля и соответствующей

ему

пло­

 

 

щади бассейна, снятые с прямой lg M = /(lg F);

 

п — показатель степени редукции (уменьшения) максималь­

 

 

ного расхода по площади бассейна.

 

 

Параметр

п

определяется по формуле

 

 

 

 

 

 

_

lg Мъ — lg Mj

(IV-24)

 

 

 

 

 

lg Fi — lg F*

 

 

 

 

 

 

 

где Af1? M 2 и Flt F2— любые парные значения модулей

и

соот­

 

 

 

ветствующих им площадей бассейнов,

сня­

 

 

 

тые с прямой lg Л4=/ (lg F).

 

 

Наряду с

аналитическим

определением параметров А

и п по

формулам (IV-23) и (IV-24) их можно определять и графически. Параметр А может определяться путем измерения отрезка lg А, отсекаемого прямой lg М = / (lg F) на оси ординат, а параметр п

может находиться как тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс, т. е. n = tg а (см. рис. 53). Обычно параметр /г=0,2-|-0,3.

В тех случаях, когда водотоки исследуемого района имеют бас­ сейны с различной озерностыо, заболоченностью или залесениостыо, модули максимального расхода, подсчитанные по формуле (IV-22), будут соответствовать различной степени естественной зарегулированности стока, в результате чего точки на графике lg Af=/-(lg F)

будут очень сильно разбросаны. Поэтому определение модулей максимального расхода следует производить без учета естествен­ ной зарегулированности и вместо формулы (IV-22) использовать формулу

 

 

 

 

Q'

 

 

 

 

 

 

(IV-25)

 

 

М ' = F о'о" у

 

 

 

 

 

где М '— модуль максимального

расхода

без

учета

естественной

 

 

 

 

 

м3/сек

 

 

 

 

 

 

зарегулированности стока в —

т

 

 

 

 

 

 

Q'— максимальный

расход

вероятности

превышения

р %,

установленный для данного водотока, в м 3/сек;

 

 

 

F — площадь бассейна

в км 2;

 

 

 

 

 

 

 

 

о'— коэффициент, учитывающий влияние лесистости бассейна;

3"— коэффициент, учитывающий влияние

озер но-болотной

ак­

кумуляции стока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициенты 3' и о" определяются по

формулам Д. Л. Со­

коловского

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

* ' = 1 - т 1 £ ( 1 + / л ) ;

 

 

 

 

(IV-26)

 

3" =

1 — Р lg О +

+

0 ,2/ б),

 

 

 

(IV-27)

где у — коэффициент, учитывающий проницаемость грунтов под

 

лесом; для суглинистых почв у=0,25-Ю ,30 и для

супес­

 

чаных и песчаных почв, покрытых лесом, у=0,35-К>,45;

/ л, /о и /б — площади леса,

озер

и

болот в

процентах

от

пло­

 

щади бассейна;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р —

коэффициент,

который

принимается

равным

0,7

 

в случае расположения регулирующих озер

и

 

низин­

 

ных болот в нижней части

бассейна

и

0 ,6— в ос­

 

тальных случаях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формулы

(IV-26) и (IV-27) применяются

при / 0> 1%,

/ б>5%

и / л>5% .

Если / 0> 15%, то влияние болот и леса не учитывается.

После

построения

графика lg 7 W = /(lg /r) и определения с его

помощью параметров

А и п может быть вычислен искомый макси­

мальный расход талых вод заданной вероятности превышения па­ водка в створе мостового перехода по формуле

Q = M F o'i" = -jz -F b ’о" =

A F 1" Ь'о".

(IV-28)

б) Доокдевые паводки. Если в случае

дождевых

паводков мо-

дули максимальных расходов определять по формулам

(IV-22)

и (IV-25), то на графике \ g M = f { \ g F ) точки будут очень

сильно

разбросаны. Это объясняется тем, что водотоки исследуемого рай­ она могут иметь самую разнообразную форму бассейна, которая оказывает существенное влияние на величину максимальных дожде­ вых расходов.

Для того чтобы устранить разброс точек

на графике

lg М —

= / ( l g F ) , вычисляют приведенные модули

по формуле

 

 

 

Q V *Сф

 

 

 

(IV-29)

 

FV о"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где М \ — модуль максимального

дождевого

расхода

в

м3/сек ,

км2

 

приведенный к квадратной форме бассейна, определяющей

наибольший расход при прочих равных условиях;

 

Q — максимальный

дождевой

расход

заданной

вероятности

превышения паводка р в %;

 

 

 

 

 

F — площадь бассейна в км2;

 

формулам

(IV-26)

и

о' и о" — коэффициенты,

определяемые по

(IV-27);

характеризующий

форму бассейна,

оп­

/Сф— коэффициент,

ределяемый по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(IV-30)

где L — длина реки в км.

Данные, полученные по формуле (IV-29), наносятся на график

lg M / = f {\gF), а

затем

находится

D

уравнение Мл' = - р г у

в котором параметры В и т

определяются аналогично параметрам

А и п уравнения М =

для снеговых паводков. Обычно параметр

т = 0,4-f-0,6.

После построения графика Ig М д'= f (lg F) и определения с его помощью параметров В и т может быть вычислен искомый макси­

мальный дождевой расход заданной вероятности превышения па­ водка в створе мостового перехода по формуле

Q = M /F 6'о"

в

Ъ' 5"

= BFl~m- 7= • (IV-31)

УКф

Fm

V /Сф

УКф

Морфологический способ основан на изучении морфологических признаков русла в месте перехода.

Для установления максимального расхода заданной вероятности превышения паводка необходимо знать параметры Q0, Cv и Cs.

Наибольшую трудность представляет вопрос определения среднего

многолетнего расхода Q0. Е. В. Болдаков на основании проведен­ ных исследований рекомендует определять расход Q0 по средней

отметке поймы или по следам на местности.

V а) Определение расхода Q0 по средней отметке поймы. В этом случае расход Q0 находится по формуле

Qo — *Qi.

(IV-32)

где — расход главного русла реки при горизонте, соответству­ ющем средней отметке поймы, т. е. той отметке, при кото­ рой происходит перелив воды из главного русла на пойму;

X — коэффициент, зависящий от частоты затопления пойм; этот коэффициент принимается по табл. 8 .

 

Т а б л и ц а 8

Значения

коэффициента X

Частота затопления поймы

Коэффи­

циент X

Каждый год

. .

1,4

Один раз в 2—3 года

1.1

Один раз в 4—6 лет

1.0

Один раз в 6—10 лет

0,9

 

Расход

Qi находится по кривой расхода Q = f (Я),

построенной

для

створа

мостового

перехода

гидравлическим

способом, т. е.

на

основании формулы

Шези.

 

 

 

б) Определение расхода Q0

по следам

на

местности.

Наиболее часто повторяющиеся горизонты, которые соответ­ ствуют расходу Q0, оставляют на местности следы. К таким сле­

дам, например, относятся: смыв «загара» и мохового покрова на

скалах, изменение цвета камней на устоях старых

мостов и т.

д.

По этим

следам можно установить горизонт,

соответствующий

расходу

Q0, а затем по кривой расхода Q = f (Н),

построенной

для

створа мостового перехода гидравлическим способом,— расход

Q0.

Коэффициент вариации Cv может быть определен по реке-

аналогу, а при отсутствии таковой — по табл. 9, составленной Е. В. Болдаковым.

Коэффициент асимметрии Cs может быть принят равным Cs~ —2CV для снеговых паводков и Cs = 4Cv— для дождевых.

Расчетный расход заданной вероятности превышения находится по формуле (IV -16).

Величина Ф, входящая в эту формулу, берется из таблицы

С. И. Рыбкина в зависимости от принятого значения коэффициента асимметрии Cs и заданной вероятности превышения паводка.

Соседние файлы в папке книги