Страница 12: Методические рекомендации по расчету максимального дождевого стока и его регулированию (46191)

Для вероятностной оценки вычисленных величин Am используют зависимости (рис. 6.1), составляемые для однородных участков дороги или районов. Подобные зависимости строят по всем паводкам, зафиксированным по следам на местности.

Рис. 6.1 Вероятностно-территориальная оценка расчетной интенсивности водоотдачи по группе обследованных водосборов.

В пределах небольших районов наблюдается отсутствие изменений величин Aв по территории (см. рис. 6.1). Расхождения между вычисленными значениями Aв по водотокам с одинаковыми водосборными площадями возникают из-за недоучета естественной аккумуляции водосбора болотами, озерами и лесом (и другими факторами), а также объединением в одну группу водотоков, имеющих некоторые различия в морфологических и метеорологических условиях.

Такие отклонения присущи даже небольшим по территории и однородным по ливневым и морфологическим условиям районам, что вызывает необходимость установления возможных пределов изменения значений интенсивностей водоотдачи для группы водосборов и паводков разных лет.

Величины наибольших значений Aв отражают суммарное все факторы максимального стока по всей группе систематизируемых водотоков, а также неодинаковые проявления их вероятностных значений в условиях формирования даже одного паводка. Поэтому максимальные паводочные условия какого года следует характеризовать верхней огибающей, которая отражает наибольшие значения интенсивностей водоотдачи Aв, расположенных не только в непосредственной близости от нее, но расчетную закономерность изменения наблюдавшихся максимумов по всему диапазону площадей водосборов, представленному наблюдениями. Установление наибольшего уровня наблюдавшихся максимумов в виде верхней огибающей позволяет выдержать условие равнообеспеченности для всех водотоков, пересекаемых трассой дороги.

Оценку повторяемости наблюдавшихся паводков и установление расчетных вероятностей выполняют с учетом физически возможных пределов интенсивности водоотдачи в данном климатическом районе путем сопоставления верхней сгибающей с величинами Ap различной ВП, вычисляемых по формуле (2.15) с введением в нее коэффициента редукции осадков по площади одновременного распространения.

6.4. Одной из наиболее характерных закономерностей максимального стока является убывание (редукция) единичных максимальных расходов (q = Q : F) с увеличением водосборной площади.

Для учета фактической редукции модулей максимального стока q необходимо по каждому из однородных районов проложения дороги построить расчетные зависимости q = f (F + 1) раздельно для каждого из зафиксированных паводков прошлых лет (рис. 6.2).

Рис. 6.2 Зависимости максимальных модулей стока от площади водосбора по данным полевого обследования паводков.

Характер индивидуальных морфологических особенностей водосборов, неодинаковая ВП, максимумов, рассматриваемых в одной группе, а также некоторая индивидуальность метеорологических условий над каждым водосбором определяют почти во всех климатических районах амплитуду отклонений точек отдельных максимумов на водосборах одинаковой площади. Поэтому рекомендуется выделять огибающими наиболее плотную полку точек (см. рис. 6.2). Наклон этих огибающих должен отражать общую направленность всего поля точек по водосборам, используемым в построении рассматриваемых зависимостей. По всем однородным участкам дороги и для паводков различной ВП определяют фактический показатель степени редукции «п» как тангенс угла, образуемого наклонными огибающими с осью абсцисс (lg F).

Вполне очевидно, что верхняя огибающая будет отражать наибольшие значения максимумов для всего района, представленного наблюдениями. Теоретическая оценка фактических величин показателя степени редукции должна производиться с помощью показателей редукции п, - зависимости a = f(γ) и П2 - L = f(F) по формуле Д.Л. Соколовского:

Пт = П1 П2                                                             (6.7)

Показатель степени редукции переменная величина, зависящая по данным ряда исследователей как от физико-географического положения района исследования (табл. 6.2), так и от размеров водосборных площадей.

Таблица 6.2

6.5. Собранные в период инженерно-гидрометеорологических изысканий данные многолетних наблюдений за максимальными расходами и осадками подлежат соответствующим расчетам с применением методов математической статистики.

В научной литературе довольно четко сформулированы основные задачи расчетов в связи с применением кривых распределения к вероятностной оценке явлений стока, которые вполне приемлемы и для расчетов осадков: 1) формулирование исходной информации; 2) анализ эмпирических распределений вероятностей; 3) выбор вида кривой распределения; 4) установление числовых параметров кривой распределения по исходному ряду выборочных максимумов; 5) проверка соответствия вычисленных вероятностей с результатами наблюдений.

В случае несоответствия одного из распределений эмпирическим данным следует производить подбор другой кривой вероятностей наиболее соответствующей натурному материалу и по ней выполнять экстраполяцию до требуемых значений ВП.

В практике гидрологических расчетов СССР наибольшее распространение получили биноминальные кривые, а также функции распределения, известные как кривые трехпараметрического гамма-распределения. Эти распределения рекомендованы СН 235-72 для расчетов максимальных расходов воды и могут быть использованы для расчета осадков. Полезным приемом служит графическая экстраполяция эмпирической кривой вероятности.

При подборе расчетной кривой вероятностей нужно особо обращать внимание на характер эмпирических кривых распределения вероятностей в верхних и нижних частях. Характер верхней части эмпирической кривой (в диапазоне редких ВП) отражает особенности формирования наиболее сильных дождей (паводков), что особенно важно при подборе расчетной кривой вероятностей.

Низкие же максимумы могут вызываться дождями (паводками) иного происхождения. Поэтому в ряде районов бывает невозможно подобрать кривую, соответствующую всему диапазону ежегодных максимумов осадков (расходов) и приходиться пользоваться усечением кривой вероятностей на две части, используя для вероятностной оценки ее верхней части информацию о периоде наблюдений всего ряда осадков. Границу усечения ряда устанавливают индивидуально в каждом районе по эмпирическим кривым вероятностей.

Принцип исключения некоторого интервала из всей имеющейся совокупности наблюдения признается физически обоснованным, так как он отражает природу колебаний осадков во всех диапазонах вероятности и учитывает тем самым различие факторов, формирующих тот или иной признак.

Для построения усеченней кривой нормального распределения определяют порядковый номер того члена общего ряда максимальных годовых осадков, по которому производят разграничение всего ряда на две части (верхнюю и нижнюю). Этот номер является последним в верхней части ряда и определяется по формуле:

NК = КП + 0,5,                                                      (6.8)

где П - число членов полного ряда; К - коэффициент, зависящий от длины полного ряда:

П............................................................... ≤ 50           100            200

К................................................................ 0,494         0,495         0,497

Построение усеченной кривой производят в виде прямой линии по трем точкам с ВП 1 %, 5 % и 50 % по формуле:

                                                      (106)

где Ф - коэффициент распределения расчетных ординат:

ВП, %....................................................... 1                5                50

Ф............................................................... 2 / 33         1,64           0

δп и Нп - параметры усеченного распределения:

                                                (6.9)

                                                     (6.10)

                                                   (6.11)

В этих формулах: Hi - численная величина убывающего ряда осадков; Hy + 0,5 - среднее верхней части усеченного ряда длиной у.

6.6. Экспедиционные исследования, выполненные Союздорпроектом в ряде районов, показывают на недостаточную надежность исходных данных по максимальным расходам воды на некоторых опорных створах наблюдений из-за неучета на некоторых реках расходов воды, протекающей по пойме. Так, по данным ЛГМИ опубликованные величины расходов на ряде рек Приморского края занижены от 50 до 825 %. Такое же положение наблюдается на реках других регионов. Поэтому в период полевого обследования нужно предусматривать проверку правильности полноты учета максимального стока на опорных пунктах, которая должна быть выполнена одним из способов: 1) непосредственно полевым обследованием гидростворов, а при необходимости контрольным его нивелированием и с последующей проверкой морфометрическими вычислениями выборочных расходов, наблюдавшихся на этом пункте; 2) обследованием группы водотоков по следам прошедших паводков с последующим обобщением результатов морфометрического определения расходов, обоснованием параметров редукционно-эмпирической формулы и сопоставлением результатов расчета по этой формуле с максимумами расходов соответствующей ВП, наблюдавшихся на этих створах.

Первый метод целесообразен при изысканиях больших титульных мостовых переходов, второй - при линейных изысканиях дорог значительного протяжения и невозможности проведения на всех гидропостах полевых обследований. При обнаружении неучета расходов на пойме или других дефектов измерений необходимо внести соответствующие коррективы в данные многолетних наблюдений до начала их статистической обработки.

6.7. Для надежного установления ливневых характеристик в районах изысканий особое внимание нужно обращать на сбор и изучение материалов, характеризующих метеорологические условия формирования выпадающих дождей и вызываемых ими паводков.

В результате ознакомления и изучения собранных материалов производят тщательный анализ синоптической обстановки района с увязкой аналогичных сведений по метеорологическим условиям близлежащих районов. На основании этого анализа составляют карту-схему прохождения ливнеформирующих потоков с указанием направления их движения, времени года и дат формирования особо выдающихся ливней на рассматриваемой территории. При составлении таких карт нужно использовать материалы аэрологического зондирования маршрутов авиации, а также мировые атласы погоды и другие источники.

При анализе синоптической обстановки должны быть установлены расчетные траектории движения воздушных масс в период выпадения выдающихся дождей, а также произведена оценка возможных смещений наиболее ливнеопасных потоков в пределах заданного района. На основании анализа синоптической обстановки, учета географического положения района изысканий и опорной сети гидрометеорологических наблюдений производят выбор исходных метеостанций, определяют состав и программу работ по обоснованию необходимых ливневых характеристик. Критерием выбора метеостанции служат требования: равномерность расположения по территории; близость к объекту изысканий; репрезентативность и качество наблюдений, длительность и непрерывность наблюдений.

После выбора метеостанции необходимо составить карту расположения пунктов метеорологических наблюдений и перечень метеостанций, привлекаемых к расчетам, с указанием географических координат, высот местности и периода наблюдений. На исходных метеостанциях производят сбор данных по осадкам за различные интервалы времени (1, 2, 3, 5, 10, 20, 30, 40, 60 мин, 3, 6, 12 ч и 1, 2, 3 суток). Сбор этих данных выполняют в виде выборок ежегодных максимумов осадков за все годы наблюдений и по различным интервалам времени за период наблюдений. Необходимо использовать как материалы самописцев с непрерывной записью хода дождя, так и данные дождемеров. Особое внимание должно быть уделено сбору сведений о выдающихся ливнях.

Для установления площади одновременного охвата расчетным дождем следует произвести анализ ежедневных записей выпадающих осадков за различные интервалы времени и за все годы наблюдений по всем пунктам наблюдений района изысканий с регистрацией дождей, одновременно наблюдаемых на нескольких метеостанциях. При регистрации выписывают дату дождя, количество выпавших осадков, интервал времени и наименование метеостанции с систематизацией полученных сведений.