УВВ на горных и предгорных реках со значительными скоростями течения следует определять с учетом возможного их завышения от динамического набега воды на берега, деревья, откосы насыпей, дамбы:
(6.2)
где u - средняя бытовая скорость течения на вертикали с максимальной глубиной в месте набега, м/с; α - угол между направлением течения и местом набега.
Уровни высокой воды могут быть установлены по следам паводков на опорах мостов. На горных и предгорных реках отметка горизонтального УВВ в створе моста может быть получена по формуле:
Hг = Ho - (0,5 v2ср Kc + αy v2ср Ky) : g, (6.3)
где Ho - наибольшая отметка набега воды одну из опор моста; vср - средняя бытовая скорость течения воды в подмостовом створе, м/с; Kc, αy и Ky - поправочные коэффициенты, определенные из следующих соотношений:
|
vср |
0,5 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
v2ср Kc |
0,4 |
0,98 |
2,94 |
4,95 |
8,35 |
11,98 |
15,38 |
18,93 |
22,25 |
|
αy |
1,57 |
1,47 |
1,27 |
1,09 |
0,91 |
0,76 |
0,63 |
0,52 |
0,43 |
|
v2ср Ky |
0,98 |
1,96 |
4,42 |
7,36 |
11,5 |
15,7 |
21,09 |
27,45 |
32,4 |
По поперечным сечениям, ограниченным РУВВ, определяют ширину потока, площадь живого сечения ω и средние глубины H раздельно для каждого намеченного на морфостворе характерного участка. Расход воды для каждого такого участка поперечного сечения водотока следует определять по формуле:
Q = ω · vср = ω mн2/3 J1/2 cos α, (6.4)
где mн = 1 : П - обратная величина так называемого коэффициента шероховатости, определяемая по шкале М.Ф. Срибного или по натурным данным; cos α - поправка, учитывающая косину струй в расчетном створе; J - продольный уклон водотока.
Исследованиями выявлено, что в ряде случае на одной и той же реке с одинаковыми табличными характеристиками натурный коэффициент шероховатости «п» не всегда отвечает рекомендуемым табличным данным М.Ф. Срибного. Подобное несоответствие наблюдается как на равнинных, так и предгорных и горных реках. Установлено, что формула Шези-Маннинга, используемая в формуле (6.4), не отражает натурным величинам скоростей течения предгорных водотоков с распластанными руслами. Для таких условий рекомендуется формула:
v = AHX J1/2 m cos α, (6.5)
где A и X - параметры, учитывающие изменения скоростей течения предгорных рек от глубин воды в их руслах. При H ≤ 1,7 м параметр A = 1,07. При больших глубинах A = 1; значения X и AHX приведены ниже:
|
H |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
0,9 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
|
X |
0,349 |
0,396 |
0,416 |
0,44 |
0,454 |
0,504 |
0,529 |
0,666 |
|
AHX |
0,61 |
0,745 |
0,865 |
0,97 |
1,02 |
1,173 |
1,278 |
1,48 |
Учитывая известные недостатки принятой с участием формулы Шези-Маннинга схематизации периметрических расчетов необходимо для повышения их надежности производить оценку вычисляемых по формулам (6.4) и (6.5) расчетных скоростей течения путем сопоставления с данными табл. 6, в зависимости от средних глубин воды в русле Hср и среднего диаметра dср фракций грунта, слагающего перемываемую (верхнюю) часть русла. Значение скоростей течения для ВП отличных от 1 % (см. табл. 10) принято определять с учетом коэффициента λ:
|
ВП, % |
0,33 |
1 |
2 |
3 |
4 |
10 |
50 |
70 |
|
λ |
1,07 |
1,0 |
0,97 |
0,94 |
0,92 |
0,86 |
0,72 |
0,67 |
Эквивалентный диаметр (dэ) связных грунтов при пользовании табл. 6.1 устанавливают по расчетному сцеплению грунта C:
|
С, кг/см2 |
0,01 |
0,03 |
0,05 |
0,10 |
0,20 |
0,30 |
0,40 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
|
dэ, мм |
0,3 |
0,8 |
1,6 |
4,5 |
13,4 |
26,2 |
44,4 |
88,8 |
144 |
210 |
Расчетные русловые скорости должны быть не более величин, приведенных в табл. 6.1. Однако имеются отдельные случаи резкого отличия натурных и табличных значений скоростей. Учет таких случаев должен производиться особо.
Таблица 6.1
|
Грунты русла |
ср. мм |
Hср, м |
||||||
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
|
v1, м/с |
||||||
|
Ил |
0,05 |
0,29 |
0,40 |
0,48 |
0,54 |
0,60 |
0,69 |
0,71 |
|
Тонкий иловатый песок |
0,1 |
0,36 |
0,48 |
0,57 |
0,65 |
0,72 |
0,82 |
0,92 |
|
Мелкий песок |
0,3 |
0,49 |
0,65 |
0,77 |
0,87 |
0,96 |
1,10 |
1,22 |
|
Средний песок |
0,5 |
0,56 |
0,74 |
0,88 |
0,99 |
1,08 |
1,24 |
1,38 |
|
Крупный песок и мелкий гравий |
2 |
0,83 |
1,08 |
1,27 |
1,42 |
1,54 |
1,77 |
1,95 |
|
Мелкий гравий |
3 |
0,92 |
1,20 |
1,40 |
1,57 |
1,70 |
1,94 |
2,13 |
|
Средний гравий |
6 |
1,12 |
1,44 |
1,67 |
1,85 |
2,00 |
2,24 |
2,48 |
|
Крупный гравий |
10 |
1,30 |
1,65 |
1,90 |
2,11 |
2,28 |
2,56 |
2,80 |
|
Крупный гравий и мелкая галька |
15 |
1,45 |
1,84 |
2,10 |
2,32 |
2,51 |
2,81 |
3,06 |
|
Мелкая галька |
25 |
1,58 |
2,10 |
2,38 |
2,62 |
2,82 |
3,14 |
3,40 |
|
Средняя галька |
50 |
2,03 |
2,50 |
2,82 |
3,08 |
3,28 |
3,63 |
3,92 |
|
Средняя галька |
100 |
2,46 |
3,00 |
3,36 |
3,64 |
3,88 |
4,25 |
4,56 |
|
Крупная галька и мелкие валуны |
150 |
2,76 |
3,32 |
3,71 |
4,01 |
4,27 |
4,67 |
5,00 |
|
Средние валуны |
300 |
3,36 |
3,93 |
4,38 |
4,68 |
4,95 |
5,36 |
5,70 |
|
Крупные валуны |
500 |
3,87 |
4,51 |
4,93 |
5,25 |
5,54 |
5,94 |
6,29 |
При наличии измеренных скоростей течения vср и продольного уклона J коэффициенты шероховатости русла определяют из формул (6.4, 6.5) обратным вычислением и строят зависимость Пр = f(h). Эту зависимость экстраполируют до значений РУВВ и соответствующих им величин Пр.
Расход всего живого сечения определяют суммированием вычисленных по формуле (100) расходов для каждого участка рассматриваемого сечения. Для расчетных створов строят зависимости гидравлических характеристик русла и пойм от изменения уровня воды:
v, h, ω, Q, J, П = f(h).
Методы определения расходов воды по следам паводков на водопропускных сооружениях основаны на оценке их водопропускной способности при наблюдавшихся УВВ с учетом влияния искусственной аккумуляции и других регулирующих факторов и подробно рассмотрены в Методических указаниях ГГИ, № 92 (2).
6.3. При анализе наблюдавшихся максимальных расходов устанавливают их повторяемость и способы перехода к расходам заданной ВП. Методы оценки повторяемости должны определяться исходными предпосылками: 1) известно лишь время, за которое паводок был наибольшим; 2) имеется один или несколько максимумов, дата прохода которых неизвестна; 3) наблюдения за паводками ведутся длительное время; 4) один или несколько максимумов находятся по времени вне ряда наблюдений; 5) существуют сведения о паводках за непродолжительное время по группе водосборов.
Повторяемость наблюдавшихся расходов устанавливают следующими методами: по многолетним наблюдениям; по опросу старожилов; по давности следов паводков; по литературным и архивным источникам; по повторяемости основных стокообразующих факторов; по повторяемости паводков на реках-аналогах; удлинением, восстановлением и моделированием рядов наблюдений.
Считают, что следы паводков на местности в виде наносов, остатков сухих веток, травы на деревьях и кустарнике следует относить к паводкам повторяемостью 10 - 20 лет. В некоторых районах следы на местности могут принадлежать паводкам и более редким. При определении УВВ по смыву загара или мохового покрова на скалах верхняя граница полосы смыва может приниматься за уровень с ВП = 20 - 25 %. Для муссонных районов с коэффициентом вариации паводков Cv = 0,2 - 0,4 верхняя граница полосы смыва отвечает уровню воды с ВП = 2 - 3 %.
Следы на местности помогают определять дальность прохода паводка, но не вероятность превышения. Как правило, следы сохраняются на местности в течение 10 - 15 лет, если не пройдет паводок более высокий и не смоет их. Период с момента прохода высокого паводка определяют по ботаническим признакам: по молодой поросли на деревьях, поваленных и погибших после подмыва берега или принесенных во время карчехода; по виду пойменной древесной растительности и ее возрасту. Изучают возраст растительности на пойменных озерах, староречьях и протоках.
Сведения, полученные по меткам паводков, опросам старожилов, нужно сопоставлять и увязывать с имеющимися литературными и архивными данными. Если УВВ наблюдался как наибольший за период n лет, то его ВП в % нужно оценивать по формуле Н.Н. Чегодаева:
(6.6)
Если удалось установить положение второго и третьего по величине УВВ, то ВП этих максимумов может быть также определена по формуле (6.6) для соответствующего порядкового номера (m).
Оценка повторяемости наблюдавшихся расходов с привлечением рек-аналогов заключается в выявлении степени однородности стокообразующих факторов и установлении возможности сопоставления с датами прохода паводков редкой повторяемости на реках аналогах. Однако ВП паводка имеет переменную величину на различных створах одного и того же водотока и изменяется по его длине в зависимости от величины и формы водосбора. В связи с этим указанный прием наиболее эффективен при определении ВП на малых водотоках, схожим по величине и форме, а также в муссонных районах с интенсивной ливневой деятельностью. Нередко годы прохода катастрофических наводнений совпадают в нескольких различных районах.
Наряду со сведениями с 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 получают из гидрометеорологической литературы, реферативных и других журналов, из газет, в архивах и краеведческих музеях.
При недостатке исходных данных расчетную повторяемость паводка устанавливают по повторяемости осадков. Для больших водотоков оценка повторяемости паводков по осадкам является более приближенным приемом, чем для малых водосборов и требует дополнительного обоснования с учетом характера распространения дождей по территории и продолжительности выпадения. Наиболее обоснована оценка повторяемости паводков по повторяемости слоев стока или интенсивности водоотдачи. Целесообразен метод установления равнопрочных ВП по однородным участкам дороги или небольшим районам с использованием натурных интенсивностей водоотдачи Aв, вычисленных по формуле (2.1).
