Если основной водоток ниже слияния притоков имеет бесприточный участок, то трансформация максимума его паводка может быть также учтена коэффициентом трансформации.
Формула (3.11) позволяет учитывать одновременно со стоком устойчивых притоков случаи прорыва неустойчивых русел на конусах выноса и блуждающих рек и их частичного или полного свала в соседние водотоки, путем оценки собственной величины расхода притока Qi от прорыва в месте его наибольшей концентрации, а также коэффициента несовпадения ординат максимумов Ki и коэффициента трансформации.
При определении этих коэффициентов следует учитывать возможную трансформацию расчетного расхода при увеличении ширины распластывания волны паводка в транзитной зоне при прогрессирующем самоуширении русла. Учет трансформации расчетного расхода при увеличении распластывания волны паводка может быть выполнен с помощью коэффициента
Ky = Kтy : Kт, (3.18)
где Kт и Kтy - коэффициенты трансформации расхода соответственно в начальный и расчетный периоды самоуширения русла, определяемые по формуле (3.16) при соответствующих исходных параметрах расчета.
Для расчетов на первой стадии проектирования за исходную следует принимать ширину русла, зафиксированную в период полевого обследования. Для прогнозирования возможного развития или ожидаемого прорыва исходной считают ширину русла в начале транзитного участка, как правило, на выходе из гор. При расчетах на последующих стадиях трансформация расхода может быть уточнена согласно рекомендациям, изложенным выше с применением формулы (3.18).
Коэффициент учета перегрузки ΔQp определяют исходя из допустимых нормативных и конструктивно возможных запасов в отверстии моста при безаварийном пропуске паводка сверх расчетного уровня воды, установленного по расчетному расходу без учета притока воды от прорыва неустойчивых русел:
ΔQp = 0,5 (Qп - Qp), (3.19)
где Qп - предельный расход воды при незатоплении низа пролетных строений моста, рассчитанного на расчетный расход Qp, без учета притока воды от прорыва неустойчивых русел.
При постановке гидрометрических наблюдений в период изысканий необходимо организовать одновременное наблюдение: в устьях притоков (вне влияния подпора от главной реки), в начале транзитных участков притоков и на основной реке в районе перехода. Если на основной реке или притоках имеются пункты длительных гидрометрических наблюдений, то устанавливают связь с этими пунктами.
Для приближенных расчетов при отсутствии надежных сведений о скоростях течения для расчета времени подъема и спада максимума гидрографа следует применять формулы Д.Л. Соколовского.
3.4. Отсутствие ярко выраженных водоразделов и распределения расчетных расходов воды между соседними водотоками
В практике проектирования принято различать три характерных случая перераспределения стока между смежными водосборами: 1) водораздельные пространства отсутствуют в бассейне, но хорошо выражены в расчетном створе; 2) водоразделы отсутствуют и в замыкающем створе; 3) водоразделы хорошо выражены в бассейне, но отсутствуют в замыкающем створе.
Состав и методы изыскательских работ по сбору исходных данных и полевым обследованиям водосборов с отсутствием водоразделов и четкого распределения расчетных расходов воды между соседними водотоками рассмотрены в разделе 5 настоящих методических рекомендаций.
При недостаточных данных наблюдений за перераспределением паводочного стока максимальный расход воды заданной вероятностью превышения (ВП) для каждого из водотоков, объединяемых общим водосборным бассейном (случай 1), рекомендуется определять ориентировочно по формуле
(3.20)
где li - длина отдельного водотока, км; Σli - сумма длин всех водотоков, объединяемых общим бассейном; Kп - коэффициент гарантийности, учитывающий неизученное перераспределение стока между водотоками и принимаемый равным 1,5 по опыту внедренных проектных проработок по ряду построенных объектов; Qm - расчетный расход воды заданной ВП с общего бассейна, определяемый для приближенных расчетов по формуле 2.1.
При равенстве длин всех водотоков или невозможности их определения в формуле (3.20) следует использовать соотношения:
|
количество водотоков................. |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
li : Σli.......................................... |
0,75 |
0,5 |
0,38 |
0,3 |
При отсутствии водоразделов в замыкающем створе (рис. 3.5) расчетные максимальные расходы воды для отдельных сооружений на равных участках водотоков с относительно спокойным течением рекомендуется определять по следующим соотношениям:
Qm1 = Q1 + ΔQ2;
Qm2 = Q2 + ΔQ1 + ΔQ4; (3.21)
Qm3 = Q3 + ΔQ3;
где Q1, Q2, Q3 - паводочные расходы, вычисленные морфометрически по расчетному створу для каждого водотока, имеющего самостоятельное русло, м3/с; Q1, Q2, Q3, Q4 - дополнительные расходы, учитывающие возможное перераспределение воды между дорожными водопропускными сооружениями в паводок, определяемые по участкам живого сечения, обозначенным на рис. 3.5 позициями 1, 2, 3, 4.
Рис. 3.5 Схема перераспределения расходов воды при отсутствии водоразделов:
1, 2, 3, 4 - распределяемые части живого сечения
Вычисление расчетных расходов водотоков по соотношениям (3.21) предусматривает предварительное определение расхода воды с общей площади и морфометрического подбора расчетного уровня высокой воды, соответствующего максимальному расходу воды с общей площади. Для большего числа пересекаемых водотоков следует принимать аналогичную схему расчета.
На водотоках с четкими водоразделами в бассейне, но при их отсутствии в замыкающем створе (рис. 3.6) расчетный расход каждого из них рекомендуется определить по формуле:
(3.22)
где Qi - собственный расход одного из водосборов; - сумма частей величин собственных расходов остальных водосборов в данной группе, приходящихся на период формирования максимума гидрографа паводка Qi рассматриваемого водотока.
Рис. 3.6 Схема группового расположения водопропускных сооружений при их совместной аккумуляции паводочного стока:
1 - граница бассейна; 2 - граница разлива пруда аккумуляции; 3 - бровка земляного полотна; 4 - РУВВ
При наличии гидрографов паводков на всех водотоках величины ΔQn-1 могут быть получены в точках пересечения ординаты максимума гидрографа рассматриваемого водотока с кривыми спада или подъема гидрографов остальных водосборов.
При отсутствии натурных гидрографов расчеты расходов воды рекомендуется выполнять, исходя из теоретического анализа сочетаний гидрографов различной величины. Так, максимальный расход самого большого в группе водосбора (рис. 3.7) устанавливают по формуле
(3.23)
или применительно к группе из трех водотоков по формуле:
(3.24)
где tпб - продолжительность подъема пика гидрографа наибольшего в группе водотока; tсп(n-1) - продолжительность спада паводка на каждом из рассматриваемых водотоков; tФ(n-1) - продолжительность паводка на каждом водотоке, определяемая по формуле
tФ = 2Wp : Qm (3.25)
Расходы воды с водосборов, меньших самого большого и больших самого малого, т.е. находящихся в диапазоне водосборных площадей Fmax > Fi > Fmin, определяют по формуле
(3.26)
или для группы из трех водотоков (см. рис. 3.7) по формуле
(3.27)
где Qб(n-1) - максимальная ордината гидрографов водосборов больших, чем рассматриваемый; Qм(n-1) - максимальная ордината гидрографов водосборов меньших, чем рассматриваемый; tnб(n-1) - продолжительность подъема пика паводка на водотоках больших, чем рассматриваемый; tnc(n-1) - продолжительность подъема гидрографа на средних в группе водосборах; tспм(n-1) - продолжительность спада паводка на меньших водосборах, чем рассматриваемый.
Продолжительность подъема паводка на водотоках, может быть установлена в зависимости от формы гидрографа по формуле
(3.28)
здесь v = tсп : tn,
где tсп - время спада пика паводка.
Расход воды с наименьшего в группе водосбора
(3.29)
а для группы из трех водотоков (см. рис. 3.7) расход составляет
(3.30)
где tпм(n-1) - продолжительность подъема паводка на водотоках меньших, чем рассматриваемый или равный ему.
Рис. 3.7 Схема к построению результирующего гидрографа:
1 - гидрограф наибольшего водосбора; 2 - гидрограф средних водосборов; 3 - гидрограф наименьшего в группе водосбора
Суммарную пропускную способность группы сооружений, объединяемых одним прудом аккумуляции (см. рис. 3.6) определяют по формуле
(3.31)
где Qmi - суммарный расход притока группы водосборов, определяемый как максимальная ордината результирующего гидрографа или как наибольшая величина из вычисленных по формулам (3.23), (3.30); Ω - площадь зеркала общего пруда при РУПВ, м2; Нпр - средневзвешенная по площади зеркала глубина пруда при РУПВ, м; Kг - коэффициент нелинейности результирующего гидрографа, принимаемый равным 1,05; Wг - суммарный объем стока с общей площади группы водосборов.
Расчетный уровень подпертых вод следует устанавливать подбором для заданного количества и размеров водопропускных сооружений, исходя из условий проектирования, допускаемого объема аккумуляции и режима протекания. Из-за различных глубин пруда при одном РУПВ сооружения могут работать в разных режимах протекания (безнапорный, полунапорный, напорный), поэтому окончательную расстановку сооружений следует производить исходя из условия соблюдения их работы в заданном (избранном) режиме.
Создание общего пруда перед дорогой позволяет перераспределить расходы притока с разных водосборов между группой водопропускных сооружений и допустить по условиям рельефа увеличение размеров аккумуляции свыше суммарно допустимых для отдельных сооружений, что в ряде случаев приводит к дополнительному экономическому эффекту. Возможность такого решения должна быть оценена с учетом охраны окружающей среды и недопущения вредного подтопления занимаемых земель.
В районах с пониженными и плохо выраженными водоразделами, где наблюдаются переливы воды из одного бассейна в другой, переливы воды происходят по отдельным понижениям и промоинам водоразделов и в некоторых случаях имеют вид небольших устойчивых русел (рис. 3.8).
Рис. 3.8 Переливы воды в смежные бассейны:
1 - трасса дороги; 2 - водораздел; 3 - выплеск воды с переливом её через водораздел; 4 - выплески воды с образованием отдельных водотоков
Несколько иного вида переливы могут быть в предгорных районах на реках с неустойчивыми руслами и пониженными берегами, на которых наблюдается образование новых рукавов, а также мелких водотоков, образующихся в результате выплесков воды в паводок на берега в местах излучин и резкого изменения направления течения (рис. 3.9).
Рис .3.9 Образование выплесков на предгорных реках
Эти явления требуют особого учета, так как обычные методы расчета максимальных расходов не могут быть здесь приемлемы из-за особых условий притока дождевых вод к расчетному створу.
Случаи переливов и выплесков должны быть выявлены при изыскательских работах и тщательно обследованы с целью своевременного их учета при проектировании и определении метода расчета максимальных расходов.
Если явление перелива вызвано происходящими естественными переформированиями местности, носит временный характер или места и объем воды при переливе трудно определимы, расчетный расход водосбора, из которого переливается вода, определяется без учета части общего расхода, сбрасываемого в соседний бассейн.
В случаях, где место перелива устойчиво и хорошо прослеживается на местности, а сбрасываемый расход хорошо определим, расчетный расход может быть определен по формуле:
Qmp = Qm - Qсб · Kтр, (3.32)
где Qm - собственный расход водосбора заданной ВП, м3/с; Qсб - сбрасываемый расход воды в месте перелива в смежный бассейн, м3/с; Kтр - коэффициент трансформации сбрасываемого расхода воды, применяемый для четко выраженных сбросных русел по специальному расчету с учетом распластывания на протяжении транзитного сбросного русла. При невозможности такого расчета принимают равным 1.
Расчетный расход водосбора, в который переливается вода с соседнего бассейна, определяется независимо от степени устойчивости места перелива по следующей формуле:
Qmp = Qm + Qсб · Kтр (3.33)
Расчетные расходы водотоков, образуемых в результате выплеска воды из другого водотока, определяют по формуле:
Qmp = Qвып · Kтр + Qmв, (3.34)
где Qmв - расход воды, вычисленный с площади водосбора, примыкающей к руслу выплеска.
Для установления расхода выплеска в месте его образования фиксируют живое сечение, определяют уровень воды по следам на местности или по степени возможного заполнения русла водой и выполняют морфометрические расчеты расхода. Необходимо учитывать условия, способствующие развитию выплесков и связанное с этим увеличение расхода воды по руслу выплеска. Скорость течения воды может быть оценена для ориентировочных сообщений по грунтам ложа выплеска.
