Указанные ограничения следует оценивать в каждом конкретном случае при проектировании отдельных или целой группы сооружений, так как они могут проявляться одновременно все в одном районе изысканий.

Расчетный расход воды в сооружении с учетом создания перед дорогой пруда аккумуляции на малых водотоках рекомендуется определять (в м3/с) по формуле:

                                                  (2.9)

при                                                     Wp = 1000 dpαp · F tФ;                                             (2.10)

                                                (2.11)

где: Qp - максимальный расход дождевых вод расчетной ВП, определяемый по формуле (2.1), м3/с; Wp - объем дождевого стока той же ВП, м3; Wпр - объем пруда аккумуляции перед сооружением, м3; Kг - коэффициент формы расчетного гидрографа паводка, равный 0,85 для районов муссонного климата и 1,05 для муссонных районов при отсутствии ограничений для аккумуляции; 1000 - коэффициент, учитывающий размерности параметров, входящих в формулу (10); dp - расчетная интенсивность осадков, определяемая по формуле (2.2), мм/мин; αp - расчетный коэффициент склонового стока, определяемый по формуле (2.3); Ko - коэффициент, учитывающий очертание продольного профиля дна пруда равный 0,33; ω - площадь живого сечения водотока в створе сооружения при расчетном уровне подпертой воды (РУПВ); Hпр - максимальная глубина воды в пониженной точке живого сечения при РУПВ; Jo - расчетный уклон лога на участке образования пруда аккумуляции; α - острый угол пересечения трассы дороги с водотоком; tФ - расчетная продолжительность осадков, формирующих максимальную ординату гидрографа, определяемая в зависимости от площади F водосбора:

F, км2

0,0001

0,0005

0,001

0,005

0,01

0,05

0,1

0,5

1

5

7

10

30

tФ, мин.

4

5

9

14

19

24

30

36

42

48

51

53

57

Форма гидрографов паводков при определении Qpc принимается в виде равнобедренного треугольника. Для иного очертания гидрографа нужно использовать рекомендации (9).

При конфигурации живого сечения водотока с четко выраженными руслом и пойменными частями или участками с резкими различиями формы поперечного сечения (овраги, крутые лога и т.п.), определять объем пруда (в м3) рекомендуется по формуле (рис. 2.5):

                           (2.12)

где: α и Jo - имеют обозначения, что и в формуле (2.11); B - полная ширина разлива потока в расчетном створе при РУПВ; Hп,  - средняя и максимальная глубины воды на самом высоком пойменном участке живого сечения при РУПВ, м; Bpi - ширина русла или другого характерного участка при РУПВ, м; Hpi - максимальная глубина русла при РУПВ, м.

Рис. 2.5. Схема к определению объема пруда на водотоках с резким различием конфигураций отдельных частей живого сечения

Применение формулы (2.12) обосновано для одинаковых уклонов отдельных частей водотока и всей долины. При различных уклонах нужно применять формулу:

                                 (2.13)

где: Jп, Jpi - соответственно уклон самого высокого пойменного участка и уклон русла или других характерных участков речной долины. Остальные обозначения такие же, как и в формуле (2.12).

Для проектирования водопропускных сооружений необходимо на каждом объекте предусматривать: 1) определение отверстий водопропускных сооружений и режима протекания; 2) установление расчетного уровня подпертой воды (РУПВ) при принятом режиме протекания воды через сооружение; 3) нанесение РУПВ на продольный профиль в местах пересечения водосборов; 4) определение минимально допустимой по СНиП II-Д.5-72 и II-Д.7-62 отметки бровки насыпи земляного полотна в местах устройства сооружений; 5) проверку на возможный перелив через дорогу в пониженных местах проектной линии на продольном профиле, а также проверку на перелив через водоразделы вдоль дороги в соседние сооружения; 6) установление мероприятий по укреплению входных и выходных русел; 7) расчет и проектирование дамб обвалования в случае их устройства; 8) оценку продолжительности ценных угодий: при согласовании их занятия:

                                               (2.14)

где: Qmin - расход в сооружении при минимальной допустимой отметке затопляемых угодий, м3/с.

2.4. Для получения расчетных максимумов, наиболее полно отражающих условия их формирования в районе проектирования, необходимо после выполнения изыскательских работ производить уточнение отдельных параметров формул (2.1) и (2.10) по материалам полевых обследований водотоков и длительных наблюдений на существующих водпостах и метеостанциях.

Уточнению могут подлежать: расчетная интенсивность осадков; неравномерное распределение расчетных осадков по направлению изыскиваемой дороги; коэффициент склонового стока; коэффициент редукции максимального дождевого стока; уклоны логов, пересекаемых дорогой; коэффициент неравномерности выпадения дождей по территории; форма водосборных бассейнов; степень и характер залесенности; категория и проницаемость почво-грунтов; состояние почво-грунтов к началу паводков; наличие и влияние региональных особенностей водосборов.

При уточнении расчетных параметров формул (2.1) и (2.10) необходимо учитывать возможные изменения во времени расчетных характеристик, вызываемые как естественным изменением гидрометеорологического режима стока, так и влиянием хозяйственной деятельности человека в течение нормативного периода службы проектируемых водопропускных сооружений. В результате этих работ должны быть получены уточненные расчетные параметры, отражающие действительные гидрометеорологические условия заданного района изысканий и региональные особенности отдельных водотоков.

2.5. Одной из основных особенностей малоосвоенных зарубежных районов является отсутствие многолетних наблюдений за расходами воды и недостаточная сеть пунктов гидрометеорологических наблюдений. И только в отдельных районах имеются некоторые материалы наблюдений за осадками по дождемеру в виде: суточных максимумов, месячных и годовых сумм. На малых водосборах полностью отсутствуют какие-либо наблюдения за стоком и, как следствие этого, расчетные зависимости максимальных расходов, основанные на натурных данных наблюдений.

В тех же зарубежных странах, где имеются рекомендации по расчету стока, они нередко носят ориентировочный характер или отражают условия одного из локальных районов, на материалах которого они построены. Применение этих зависимостей требует тщательного обоснования расчетных параметров на основе изучения конкретных гидрометеорологических условий, ибо возможны существенные просчеты в определении отверстий сооружений. Применение методов расчета, параметры которых обосновываются в зарубежных странах косвенными аналогами с привлечением отдаленных физико-географических районов, не может быть оправдано, так как не отвечает действительным условиям стока района изысканий.

Наибольшее обоснование и применимость для расчетов максимального дождевого стока в зарубежных районах строительства имеет формула (2.1). Для учета не только общих гидрометеорологических закономерностей, но и местных особенностей паводочного стока целесообразным является разработка линейно-региональных зависимостей и признан метод, основанный на использовании результатов краткосрочных полевых обследований водотоков, выполненных в период изысканий автомобильных дорог (см. раздел 6).

2.6. Для установления достоверности существующих зарубежных региональных зависимостей максимального стока, гарантийных запасов наиболее ответственных гидротехнических и дорожных сооружений, анализа технико-экономической эффективности капиталовложений в строительство различных объектов, для научного обоснования теоретических кривых распределения максимальных расходов в области расчетных ВП требуется оценка предельных максимумов стока.

Из известных способов оценки предельных максимумов дождевого стока наиболее надежен метод определения физических пределов максимумов стока, потенциально возможных в конкретных метеорологических условиях (13, 9). Он основан на положении о том, что наибольшая интенсивность стока Aв со склонов в русло (элементарный модуль стока) не может превышать при отсутствии заторов, подпоров и других факторов, искажающих естественный режим паводочных условий, наибольшую интенсивность притока воды за расчетный интервал времени:

Aв ≤ 0,28 am αp,                                                      (2.15)

где am - максимальная интенсивность дождя, мм/час; αp - наибольший элементарный коэффициент стока со склонов.

Максимальную интенсивность дождя определяют по формуле (2.2) для переменного интервала времени дождя tФ, формирующего максимальные модули стока с элементарных бассейнов.

Максимальная интенсивность часового дождя, изменяется в пределах: от 60 до 80 мм/час в восточных районах Азиатской части СССР; 300 - 350 в южной части США и в юго-восточной Азии.

Для этих районов при αp = 1,0 предельные максимумы колеблются Aв ≤ 23 - 98 в м3/с с 1 км2.

При наличии только суточных максимумов осадков выражение (2.15) может быть представлено в следующем виде:

Aв ≤ 0,28 (0,33 + 0,4) Нст ≤ (0,093 + 0,126) Нст,                        (2.16)

где Нст - максимальный суточный слой осадков, мм.

Предельные величины Ав и Нст для наиболее ливнеопасных районов приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Районы

Предельные максимумы

Нст, мм/сут

Ав, мм/мин с 1 км2

Ливнеопасные районы СССР (ДВК, Черноморское побережье Кавказа, Карпаты)

150 - 250

15 - 25

Среднеземноморское побережье Европы и Северной Африки

300 - 600

30 - 60

Южные штаты США, Северная Индия, Пакистан, Южный Непал, Бирма, Китай, Австралия, Новая Зеландия

600 - 1000

60 - 100

При наличии материалов обследований редких паводков значения натурных максимальных элементарных модулей стока могут быть вычислены по данным фактических измерений:

                                            (2.17)

где Qm - максимальный натурный расход воды, определенный по данным полевого гидрометеорологического обследования, м3/с; δp - обобщенный коэффициент, учитывающий регулирование максимального стока озерами, болотами, лесами и другими региональными факторами.

Сопоставление вычисляемых по формуле (2.17) максимальных элементарных модулей стока с теоретическими, определяемыми по выражению (2.15) позволяет оценить вероятность превышения любого наблюдавшегося паводка.

3. Учет естественного регулирования максимального стока

3.1. Влияние озер, болот и бессточных понижений

Степень и характер влияния этих факторов определяется их количеством, местоположением, размерами и метеорологическими особенностями стокообразования в заданном районе проектирования. Оценка возможных условий работы естественных аккумулирующих, их размеры и общий объем регулирования составляют одну из задач инженерных изысканий максимального стока.

Потери стока на небольших бессточных понижениях принято учитывать в формулах (2.1) и (2.10) через коэффициент склонового стока αp, суммарно учитывающий влияние микрорельефа, почво-грунтов и метеорологических особенностей формирования максимального стока.

Потери максимального стока на заполнение больших бессточных емкостей при полном задержании ими стока следует учитывать путем вычитания площадей указанных емкостей из общей площади водосбора. Количество и размеры бессточных емкостей определяют по картографическому материалу и уточняют в натуре при полевых обследованиях. Особое внимание следует уделять точности определения водораздельных контуров этих пространств с учетом возможной максимальной аккумуляции воды этими емкостями. В особо сложных случаях для этой цели производят расчет максимального уровня наполнения бессточных емкостей объемом стока дождевых вод, определяемым по формуле (2.10).

На стадии ТЭО при отсутствии данных полевого обследования учет потерь стока на заполнение ярко выраженных больших бессточных емкостей следует ориентировочно производить (4) по формуле:

                                                  (3.1)

здесь                                                         ΔFi = ΔBiPi                                                         (3.2)

μ = Wp : (Wp + ΔW)                                                 (3.3)

где Fi - площадь отдельной бессточной емкости, км2; μ - коэффициент, учитывающий затопление бессточных емкостей предшествующими дождями; ΔFi - коэффициент, учитывающий точность определения контуров бессточных площадей по картографическим материалам; Wp - объем дождевого стока, определяемый для заданной ВП по формуле (2.10); ΔW - часть объема стока от предшествующего дождя, определяемая в зависимости от конкретных условий формирования максимального стока в районе проектирования; Pi - периметр бессточной емкости по контуру расчетного водораздела; ΔBi - расчетная толщина водораздельной линии на картографических материалах, определяемая по следующим данным:

Масштаб............................

1:10000

1:25000

1:50000

1:100000

ΔBi, км................................

0,005

0,0125

0,025

0,05

Задержание дождевого стога наблюдается и в более крупных речных бассейнах, имеющих значительные аккумулирующие емкости в виде озер и болот. Большому влиянию озер и болот подвержены озерно-болотные водотоки северных и западных районов Европейской части СССР, на которых для учета снижения расчетных максимумов расходов рекомендуется при fоз + 0,2 fб ≤ 45 % использовать формулу Д.Л. Соколовского (14):