ВСН 63-76. Инструкция по расчету ливневого стока воды с малых бассейнов


Ведомственные

строительные нормы

Инструкция

по расчету ливневого стока воды

с малых бассейнов

ВСН 63-76

Минтрансстрой

Утверждена

Министерством транспортного строительства

и Министерством путей сообщения

14 июля 1976 г.

Содержание

1. Общие положения

2. Расчет расходов и объемов ливневого стока воды

3. Уточнение норм стока по натурным данным

Приложения:

1. Таблицы интенсивности водоотдачи

2. Порядок расчета трансформации паводка на участке транзитного русла

3. Таблицы вспомогательных величин для расчетов

4. Уточнение ливневых зависимостей

Министерство

Ведомственные

строительные нормы

ВСН 63-76

Минтрансстрой

транспортного строительства

Инструкция по расчету ливневого стока воды с малых бассейнов

Взамен ВСН 63-67

Минтрансстрой СССР

1. Общие положения

1.1. Требования настоящей Инструкции должны соблюдаться при определении максимальных расходов ливневого стока с малых бассейнов (с площадью водосборов не более 100 км2) для проектирования водопропускных сооружений на железных и автомобильных дорогах.

Примечания: 1. Максимальные расходы талых вод следует рассчитывать согласно ??Указаниям по определению расчетных гидрологических характеристик??.

2. Для районов с преобладанием ледникового или селевого вида стока определение максимальных расходов должно производиться на основании результатов натурных обследований и методов расчета, приведенных в утвержденных нормативных документах на указанные виды стока.

При площадях водосборов более 50 км2 следует производить проверку расходов по натурным данным, при этом к расчету принимать наиболее достоверные расходы.

Для водоотводов расчет согласно настоящей Инструкции следует производить только на ливневый сток, причем для водосборных площадей F ?? 0,2 км2 должно приниматься постоянное значение ??0 = 0,01 (см. п. 2.4).

Внесена Всесоюзным

научно-исследовательским институтом транспортного строительства

Минтрансстроя

Утверждена

Министерством транспортного

строительства и

Министерством путей

сообщения 14 июля 1976 г.

Срок

введения в

действие ??

1 декабря

1976 г.

Интенсивность водоотдачи для вероятности превышения, необходимой при проектировании водоотвода, если значения ее не указаны в таблицах приложения 1, необходимо определять интерполяцией или экстраполяцией величин, имеющихся в этих таблицах.

При сильно впитывающих почвах преобладающим может быть талый сток, который для водоотводов в данном случае будет расчетным.

1.2. Определение максимальных расходов и объемов ливневого стока (в м3) должно производиться путем совместного решения уравнений для скоростей стекания воды по склонам и в русловой системе и уравнения баланса объемов стока:

Wt = Wc + Wл + WQ,

где Wt ?? объем водоотдачи за любой отрезок времени t водоотдачи, мин;

Wс ?? объем воды, аккумулировавшейся на склонах за время t;

Wл ?? то же в логах;

WQ ?? объем воды, прошедшей через замыкающий створ.

В результате решения указанных уравнений получают гидрограф стока (график изменения расходов стока Qt во времени).

Максимальный расход ливневого стока равен максимальной ординате гидрографа.

Решение уравнений скоростей стекания воды и уравнений баланса стока следует производить:

на ЭВМ или ручных счетных приборах;

по номограммам, основанным на обобщении ранее рассчитанных гидрографов.

1.3. Для районов гидрологически малоизученных согласно требованиям п. 1.3 ??Указаний по определению расчетных гидрологических характеристик?? допускается применение местных (региональных) норм, разработанных по результатам дополнительных исследований, выполненных для этих районов.

1.4. Для участков дороги с однородными климатическими и морфологическими условиями (сходные почвы, рельеф, растительность и т. д.) допускается (в качестве местных норм) определение расходов ливневого стока по кривым зависимости модулей или расходов от площади водосборов при соблюдении следующих условий:

при наличии данных о 25 ?? 30 натурных расходах, равномерно расположенных в расчетном диапазоне площадей, с общей суммой годопереходов не менее 300;

если отклонения натурных точек от принятой кривой не превосходят ?? 30 ?? 40 %.

Вероятности превышения расходов определяют в зависимости от продолжительности периода наблюдений, т. е. от суммы годопереходов.

На стадии разработки технико-экономического обоснования (для местных автомобильных дорог на всех стадиях проектирования) расходы можно определять упрощенными методами (например, по кривой зависимости расхода или модуля от площадей водосборов). Для построения указанных кривых согласно требованиям настоящей Инструкции необходимо определить расходы для четырех-пяти водосборов с различными площадями.

1.5. Для водосборов с постоянным водостоком, меженный расход которого превышает 10 % максимального расхода стока, к расчету должна приниматься сумма максимального и меженного расходов. Меженный расход постоянного водотока необходимо рассчитывать по средней скорости воды и площади живого сечения, измеренным в натуре.

1.6. При пересечении трассой замкнутых котловин уровень воды у земляного полотна следует определять для максимального объема стока с вероятностью превышения, принятой в действующих нормативных документах для проектирования мостов и труб.

1.7. Если перед сооружением имеется транзитный участок водосбора (главный лог с отсутствием значительного притока со склонов), необходимо учитывать трансформацию паводка согласно требованиям приложения 2 настоящей Инструкции.

2. Расчет расходов и объемов ливневого стока воды

2.1. Максимальный расход Qпр ливневого стока воды, притекающей с бассейна к водопропускному сооружению, следует определять по формуле

Qпр = 16,7а1??F????бо, м3/с,(1)

где а1 ?? расчетная интенсивность водоотдачи, соответствующая заданной вероятности превышения расхода и ливневому подрайону, мм/мин (рис. 1 приложения 5)*;

* Приложение 5 содержит схему ливневого районирования и графики, необходимые для расчетов согласно настоящей Инструкции (дается отдельным приложением).

?? ?? коэффициент полноты стока;

F ?? площадь бассейна, км2;

?? ?? коэффициент, учитывающий неравномерность распределения осадков по площади;

??бо ?? коэффициент озерности и заболоченности.

2.2. Объем воды Wпр, протекающей и проходящей через водопропускное сооружение при ливневом стоке, следует вычислять по формуле

Wпр = 1000а1tвF??, м3, (2)

где tв ?? расчетное время водоотдачи, мин.

2.3. Максимальный расход воды Qсоор, проходящей при ливневом стоке через отверстие водопропускного сооружения, нужно определять по формуле

, м3/с,(3)

где Wак ?? максимальный объем воды, аккумулирующейся перед сооружением при прохождении рассматриваемого ливневого паводка, м3;

tп ?? время установления постоянного (полного) расхода воды с бассейна, мин.

При tв < tп нужно принимать tв = tп.

При расчете по формуле (3) расход в сооружении не должен превышать расхода притока.

В основу формулы (3) положена схематизация гидрографа притока, т. е. кривой Qпр = f (t) по треугольнику или трапеции.

2.4. Величины а1, ?? и tв необходимо определять по номограммам рис. 2 и 3 приложения 5. Для этого требуется вначале вычислить безмерные характеристики (tсо ?? время, необходимое для установления полного стока на склонах бассейна при интенсивности водоотдачи а1 = 0,5 мм/мин) и ??0.

,(4)

где f (Iс) ?? функция, полученная на основании измерений скоростей стекания по склонам, ??;

bc ?? средняя длина безрусловых склонов водосбора, м;

mc ?? коэффициент гидравлической шероховатости склонов.

Значения величины приведены в табл. 1, величины в табл. 2 приложения 3.

,(5)

где ?? ?? среднее относительное заложение откосов берегов главного русла;

mл ?? коэффициент гидравлической шероховатости русла;

L ?? длина главного лога бассейна, км;

??li ?? сумма длин логов промежуточной русловой системы, км;

Iл ?? уклон главного лога, ??.

Значения величин ; ; и приведены соответственно в табл. 3, 4 и 5 приложения 3.

2.5. Значения величин а1 и ?? необходимо определять в следующем порядке:

а) на номограмму (см. рис. 2 приложения 5) наносят точку В с координатами (ордината) и ??0 (абсцисса);

б) на бланк косоугольного графика (см. рис. 3 приложения 5) накладывают прозрачную бумагу, чертят на ней ось ординат и переносят точку А, нанесенную на бланке графика;

в) по парным значениям а1 и tв, взятым из соответствующей таблицы приложения 1 или рассчитанным согласно указаниям приложения 4 настоящей Инструкции, в осях косоугольного графика строят кривую зависимости а1 = f (tв);

г) прозрачную бумагу с перенесенной на нее осью ординат, точкой А и построенной кривой а1 = f (tв) накладывают на номограмму (см. рис. 2 приложения 5) так, чтобы точка А совпала с точкой В, а ось ординат на прозрачной бумаге ?? с направлением оси ординат номограммы;

д) на кривой а1 = f (tв) следует найти точку, в которой она ближе всего подходит к одной из ненадписанных кривых, идущих на номограмме вниз слева направо; эту точку нужно обозначить С;

е) по кривым номограммы с обозначенными значениями прочитывают значение ?? в точке С; при расположении точки С между кривыми с надписанными значениями ?? расчетное значение ?? необходимо определять интерполяцией;

ж) затем накладывают кальку с отмеченной точкой С на бланк косоугольного графика так, чтобы совместились ось ординат и точка А; далее в точке С по осям косоугольного графика прочитывают значения ординат tв и абсциссы а1, которые следует использовать для вычисления расходов и объемов притока соответственно по формулам (1) и (2).

2.6. Согласно требованиям п. 2.5 настоящей Инструкции рассчитывают расход и объем стока, соответствующие гидрографу заданной расчетной вероятности превышения с наибольшей величиной расхода притока. Расход, соответствующий гидрографу той же повторяемости превышения, но с наибольшим объемом стока, определяют в следующем порядке:

а) прозрачную бумагу с нанесенной кривой а1 = f (tв) (см. п. 2.5, б) накладывают на бланк косоугольного графика и определяют на этой кривой точку Ф, в которой кривая касается прямых, проведенных на графике наклонно слева направо пунктиром; абсцисса и ордината точки Ф на косоугольном графике являются расчетными значениями а1 и tв для гидрографа с наибольшим объемом стока;

б) при получении расчетного значения ?? для гидрографа с наибольшим объемом притока прозрачную бумагу с кривой а1 = f (tв) и нанесенной на ней точкой Ф накладывают на номограмму (см. рис. 2 приложения 5) и прочитывают в этой точке значение ??.

Для вычисления расходов и объемов притока необходимо использовать формулы (1) и (2) с соответствующими значениями а1, tв и ??.

2.7. Гидрографы с наибольшим ливневым расходом расчетной вероятности превышения следует принимать треугольной формы.

Гидрографы с наибольшим объемом ливневого стока той же вероятности превышения могут быть приняты в виде треугольника или трапеции.

Если расчетное время водоотдачи tв меньше времени tп (времени установления полного стока на бассейне) при определенной расчетной интенсивности водоотдачи, то гидрографы следует схематизировать по треугольнику. При tв больше tп гидрограф нужно схематизировать по трапеции. Для нахождения величины tп по расчетной точке С или Ф, полученным согласно указаниям пп. 2.5 и 2.6 настоящей Инструкции, по шкале, помещенной вверху номограммы (см. рис. 2 приложения 5), прочитывают значение отношения. По правой вертикальной шкале той же номограммы прочитывают значение отношения , а по вертикальной шкале косоугольного графика по расчетной точке С или Ф на прозрачной бумаге ?? значение tв.

Время tп вычисляют по формуле

.(6)

2.8. При определении расчетных данных необходимо руководствоваться следующими указаниями:

а) Площадь бассейна F, км2, определяют по картам такого масштаба, при котором водосборы изображаются площадями не менее 5 см2.

При отсутствии таких топографических карт и планов, а также в тех случаях, когда водосборы выражены неясно или их площади составляют менее 0,25 км2, нужно производить съемку водосборов в натуре.

Из площадей водосборов необходимо исключать площади значительных бессточных пространств, не имеющих переливов при высоких паводках. Отсутствие переливов следует проверять расчетом.

б) Длину главного лога бассейна L, км, определяют по картам или натурной съемкой на всем протяжении ясно заметного в натуре или хорошо выраженного горизонталями на карте главного лога, а если это возможно, то осмотром водосборов в натуре.

Впадины на склонах, прилегающие к началу главного лога и имеющие уклон в два и более раз больший, чем уклон главного лога, в длину лога включаться не должны. Если главный лог на водосборе отсутствует, то расчет стока нужно производить, как с односкатного водосбора, за длину главного лога которого следует принимать направление вдоль трассы от водораздела к искусственному сооружению. В случае расположения проектируемого сооружения в средней части односкатного водосбора его необходимо рассматривать как два самостоятельных водосбора и расходы обеих частей суммировать.

в) Среднюю длину безрусловых склонов водосбора bc, м, определяют по формуле

.(7)

Суммировать нужно длины лишь наиболее значительных логов, ширина которых превышает 0,75 средней ширины водосбора В, км, вычисляемой по формулам:

для двускатных водосборов

;(8)

для односкатных водосборов

. (8,а)

Кроме того, для включения длины промежуточного лога в ?? l i необходимо, чтобы fi > 0,1F,