4 - Расчеты максимальных дождевых расходов с учетом региональных особенностей естественного и искусственного регулирования паводочного стока, а также в особо сложных условиях его формирования.
Для районов, не охваченных рекомендациями нормативных документов (17), а также для приближенных расчетов максимальных расходов на первых стадиях проектирования ведомственные документы Минтрансстроя СССР - НИМП-72 (5), Руководство (12) и Указания (19) предусматривают применение метода Союздорпроекта (19). Для предварительных расчетов максимальных дождевых расходов на стадии ТЭО и сравнения вариантов в полевых условиях «Руководством» ЦНИИС - Главтранспроекта (12) рекомендуются «Указания» Союздорпроекта (19). С учетом внесения дополнительных коррективов, касающихся максимумов 10 % вероятности превышения, ливневого районирования за пределами СССР и других эта методика расчетов максимальных дождевых расходов излагается ниже (см. раздел 2).
Необходимость проведения инженерно-гидрометеорологических изысканий в составе инженерных изысканий официально регламентирована с 1969 г. (15), а в настоящее время СНиП II-9-78 (16). По поручению Госстроя СССР и Минтрансстроя в Союздорпроекте разработан состав, технология и методы инженерно-гидрометеорологических изысканий и в том числе максимального стока, которые регламентированы (3) ведомственными документами (3) и (4) и настоящими рекомендациями (см. раздел 5).
Логическим завершением инженерно-гидрометеорологических изысканий максимальных стоков является обобщение их результатов путем сопоставления с вычисленными по нормативам (17, 1, 19), либо обоснованием региональных параметров формулы (19) для неизученного района.
Союздорпроектом впервые (1966 - 70 гг.) в практике гидрологических обоснований транспортных сооружений методически обоснован и внедрен в проектирование метод обобщения результатов натурных измерений и инженерно-гидрометеорологических изысканий в виде линейно-региональных норм максимального стока. Этот метод получил широкое признание, им разработаны расчетные нормы максимального стока на объектах, расположенных в ряде районов СССР, а также зарубежных стран. Он рекомендован наставлением ЦНИИС - Главтранспроекта (5) в виде «Методического руководства» (4). Рекомендацию по обобщению натурных данных и разработки линейно-региональных норм в развитие этого руководства (4) излагаются ниже (см. раздел 6).
Вопросы учета региональных особенностей естественного искусственного регулирования паводочного стока и в особо сложных условиях его регулирования являются пока мало исследованными. В Союздорпроекте впервые были систематизированы и обобщены известные ранее методы, а также разработаны новые. Отдельные методы учета региональных особенностей были уже регламентированы ведомственными документами (4, 19), а наиболее полное их обобщение дано в монографии (7) и в настоящих рекомендациях (см. раздел 6).
С учетом особенностей применения инструктивно-нормативных документов и спецификации требований автодорожного строительства рекомендуется следующий состав и порядок обоснований расчетных максимумов расходов воды:
1. На предпроектных и начальных проектных работах (оценка вариантов сооружений, ориентировочных объемов работ или условий искусственного паводочного регулирования и т.п.) расчеты максимальных расходов следует производить методами, регламентированными «Руководство» ЦНИИС-Главтранспроекта (12) и настоящими рекомендациями (см. раздел 2).
2. На стадии разработки технического или техно-рабочего проекта следует производить:
- инженерно-гидрометеорологические изыскания максимального стока с определением натурных расходов и обобщением их параметров до территории района (или вдоль трассы дороги);
- расчеты по СН 435-80, ВСН 63-76, настоящим рекомендациям; сопоставление результатов расчета с натурными расходами и установление расчетных максимумов для разработки проектных решений;
- для особо неизученных территорий разработку (по усмотрению проектной организации) линейно-региональных норм максимального стока и по ним определять требуемые расчетные максимумы расходов для территорий (и условий проектирования) на охваченных рекомендациями нормативных документов.
3. На стадии рабочего проектирования необходимо выполнять:
- дополнительные инженерно-гидрометеорологические изыскания максимального стока с определением натурных расходов паводков, прошедших после изысканий на предыдущих стадиях;
- сопоставление полученных натурных с расчетными расходами, принятыми на предыдущих стадиях проектирования и внесение необходимых коррективов в рабочие чертежи.
Оценка предельных максимумов стока и учета влияния на паводочные расходы условий естественного и искусственного регулирования максимального стока может возникнуть на любом из рассмотренных этапов обоснований проектных решений и должна решаться с учетом рекомендаций Союздорпроекта (см. разделы 2, 6).
2. Расчеты максимального дождевого стока и его аккумуляции при отсутствии длительных гидрометрических наблюдений и на начальных стадиях проектирования
2.1. Максимальные дождевые расходы расчетной ВП рекомендуется определять по формуле:
Qp = 16,7 · αpdp · F · φ · KJ · KФ (2.1)
при αp = aчас · Kt · KF; (2.2)
dp = α0 · δe (2.3)
KФ = Ф + (1 - Ф) C, (2.4)
где: αp - расчетная интенсивность осадков, соответствующая требуемой ВП для расхода, мм/мин; dp - расчетный коэффициент склонового стока; F - водосборная площадь, км2; aчас - максимальная часовая интенсивность дождя, определяемая по приложению 1 для заданного ливневого района (рис. 2.1) и ВП, мм/мин; Kt - коэффициент редукции часовой интенсивности осадков в зависимости от времени формирования максимальных расходов на водосборах различной величины (приложение 2); KF - коэффициент учета неравномерности распределения расчетных осадков по площади водосбора (приложение 3); α0 - коэффициент склонового стока при полном насыщении почв водой (приложение 4); φ - коэффициент редукции максимального дождевого стока в зависимости от размеров водосборной площади (приложение 5); KJ - коэффициент учета влияния крутизны водосборного бассейна, (приложение 6); KФ - коэффициент, учитывающий форму водосборов; Ф - коэффициент, учитывающий форму водосборов (рис. 2.2); C - коэффициент, учитывающий уменьшение влияния формы водосбора на величину расчетного расхода воды; δe - коэффициент, учитывающий естественную аккумуляцию дождевого стока на поверхности водосборов в зависимости от различной залесенности и почво-грунтов, определяют:
при сплошной залесенности или однородных почво-грунтах по всему водосбору
δe = 1 - γg β П; (2.5)
при частичной залесенности и резких различиях почво-грунтов на водосборах
δe = 1 - (γgл fл + γgг fг) β П (2.6)
при fл = Fл : F и fг = Fг : F (2.7)
В формулах (2.4) - (2.7): γg - коэффициент, учитывающий различную проницаемость почво-грунтов на склонах водосборов, в расчетных условиях (приложение 1); β - коэффициент, учитывающий состояние почво-грунтов к началу формирования расчетного паводка (приложение 8); П - поправочный коэффициент на редукцию проницаемости почво-грунтов с увеличением площади водосборов (приложение 9); γgл, γgг - коэффициенты, учитывающие проницаемость грунтов на отдельных частях водосбора, различных по степени залесенности и почво-грунтам (см. приложение 7); fл, fг - коэффициенты, характеризующие величины отдельных частей водосбора, различных по степени залесенности и почво-грунтам; Fл, Fг - площади отдельных частей водосбора, занятые различными почво-грунтами и растительностью.
Рис. 2.1 Карта-схема ливневых районов в СССР.
Рис. 2.2 График для распределения параметра Ф в формуле (2.4)
При проложении дороги по нескольким ливневым районам или в непосредственной близости от их границы (рис. 2.3.) расчетные ливневые характеристики на участках, примыкающих к границе того или иного района определяют по формуле:
a′час = 0,5 (aN + aN+1), (2.8)
где: a′час - расчетная интенсивность часового дождя для переходного участка, устанавливаемого длиной 25 км в каждую сторону от границы ливневого района по направлению дороги; aN, aN+1 - часовые интенсивности дождя, определенные по приложению 1 и рис. 3 для двух соседних районов.
Рис. 2.3 Возможные (I, II) положения дороги относительно границ ливневых районов:
1 - трасса дороги; 2 - граница двух ливневых районов; 3 - участки районов, на которых интенсивность дождя определяют из формулы (2.8).
Для водосборов, площади которых находятся в нескольких ливневых районах, расчетная часовая интенсивность дождя определяется как средневзвешенная по площади.
В равнинной местности расчетный уклон главного лога на малых водосборах (J) может быть принят равным уклону лога у сооружения. На очень малых водосборах площадью до 1 км2, а также на односкатных водосборах при неизменном, однозначном наклоне поверхности стекания (рис. 2.4) в качестве расчетного уклона главного лога может быть принят уклон между водораздельной точкой по главному логу и пониженной точкой живого сечения в створе перехода.
При резкой смене уклонов поверхности стекания на различных частях склонов по всей длине односкатных и малых водосборов (см. рис. 2.4), а также на средних водосборах расчетный уклон главного русла определится как средневзвешенный на расстоянии от верхней водораздельной точки до створа перехода. На больших и средних водотоках при наличии хорошо выраженного русла в качестве расчетного уклона главного лога принимается уклон реки в основном русле, характеризующий средний уклон на большем его протяжении вверх от створа перехода.
Рис. 2.4 Схемы к определению расчетного уклона J главного русла водотока выше створа проектируемой дороги
При оценке коэффициента формы KФ (см. рис. 2.2) длину главного лога на малых водосборах определяют от наивысшей водораздельной точки, расположенной по направлению главного лога. На больших водотоках длина главного лога может быть принята с достаточной степенью точности равной длине основного русла, определяющего форму и размеры водосборного бассейна. Коэффициент C принимают по отношению:
|
F км2........... |
менее 5 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
|
C.................. |
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,8 |
0,9 |
2.2. В некоторых районах изысканий может возникнуть необходимость учета специфических факторов, регулирующих максимальный сток и присущих только одному району или отдельным водосборам. К этим факторам могут быть отнесены: меженный сток; бессточные емкости; пахотные земли на склонах; искусственное орошение; террасированное земледелие; заторность горных русел; влияние карстовых явлений; регулирование стока искусственных сооружений; переливы паводковых вод из одного бассейна в другой; неустойчивое перераспределение стока между водотоками на выходе из гор; озерность и заболоченность; забор воды на хозяйственные нужды; многократность повторения расчетных паводков в муссонных районах; регулирование стока на широких поймах; транзитные участки русел; наледные явления и заледенелость русла; регулирование стока мелиоративными сооружениями; подпорные явления, наличие в бассейне населенных пунктов или построенных дорог и другие.
Учет этих региональных особенностей максимального стока должен производиться в каждом конкретном случае путем введения в формуле (2.1) дополнительных коэффициентов, установленных по данным специальных исследований (нормативных источников), а при их отсутствии на основе материалов, полевых, гидрометеорологических обследований водосборов. В особо сложных случаях и при недостаточности материалов полевого обследования для обоснования методов учета влияния этих факторов необходимо проведение инженерно-гидрометеорологических изысканий и исследований по специальным программам.
Влияние региональных факторов следует учитывать, исходя из особенностей внутригодового режима дождевого стока в районе изысканий. Необходимо также давать вероятностную оценку возмездного совпадения паводочного периода со временем действия этих факторов, как регулирующих. Влияние региональных факторов может проявляться на водотоках различной величины по-разному. Поэтому для каждого объекта необходимо установить пределы применения коэффициентов, учитывающих региональные особенности водосборов не только во времени их действия, но и по площади водосбора.
Для установления региональных коэффициентов по данным полевого обследования или специальных исследований следует использовать метод составления уравнений баланса стока на период формирования максимальной ординаты гидрографа расчетного паводка.
Для учета некоторых особенностей регулирования максимального стока произведено (9) обобщение и систематизация расчетных методик, разработанных различными авторами. Некоторые из них вошли в ведомственные нормативы (3, 4, 12), остальные рекомендуются настоящими указаниями (см. разделы 3 и 4).
Особенности расчетов максимального дождевого стока в некоторых специфических регионах (Непал, Афганистан, Ирак, Узбекистан, Таджикистан) отражены по результатам последних научных исследований в разделе 7 настоящих рекомендаций.
2.3. Предел аккумуляции паводочного стока регламентируется СНиП II-Д.7-62, согласно которому уменьшение максимальных расходов притока, вследствие учета аккумуляции допускается не более чем в три раза. Дополнительные ограничения при создании временного пруда аккумуляции перед дорогой возникают (1, 19) в следующих случаях: 1) В горной и предгорной местностях при значительных уклонах главного лога; 2) В районах муссонного климата при возможности прохода расчетного паводка по частично или полностью заполненному водой пруду аккумуляции предыдущими дождями; 3) в местах затопления ценных угодий, населенных пунктов и т.п.; 4) в районах вечной мерзлоты с возможными условиями образования наледей.
