Наименьшую отметку насыпи подходов у сооружения определяют от РУПВ создаваемого общим прудом аккумуляции с учетом нормативных запасов, регламентируемых соответствующими Строительными нормами и правилами.
При наличии на русле водотока в непосредственной близости от расчетного створа нескольких прудов в виде каскада сбросной расход проектируемого сооружения вычисляют по формуле УкрНИГМИ
(4.31)
где W1пр, W2пр, ..., Wnпр - регулирующие объемы всех прудов.
Более точное определение Qc может быть выполнено при построении результирующего гидрографа в расчетном створе путем последовательного построения гидрографов в створе отдельных плотин с учетом времени добегания. Наибольшую сложность при построении результирующего гидрографа представляют водотоки с расположением каскада прудов не только в русле, но и на притоках.
При наличии каскада прудов с плотинами некапитального типа необходимо рассчитать максимальный расход, образующийся при прорыве одной из плотин и оценить наиболее неблагоприятные условия работы проектируемого сооружения.
4.5. Учет сброса вод при прорыве некапитальных плотин. Сооружения, расположенные выше или ниже некапитальных плотин, дополнительно рассчитывают на пропуск расхода при внезапном прорыве плотины. К некапитальным принято относить плотины 4 и более низких классов, построенные по современным нормам, а также старые плотины.
Расчетный расход от прорыва плотины для створа перехода, расположенного ниже плотины на расстоянии L, определяют с учетом данных Л.Л. Лиштвана по формуле:
(4.32)
где Wо - объем водохранилища при наивысшем уровне верхнего бьефа, м3; B - ширина водохранилища в створе плотины при его предельном наполнении, м; Нн - максимальный напор до прорыва плотины, м; τ - коэффициент, характеризующий условия прохождения волны прорыва в нижнем бьефе (табл. 4.1); Qм - ожидаемый расход притока на момент прорыва плотины; Kпр - коэффициент, учитывающий отношение ширины прорыва к ширине плотины, а также боковое сжатие и принимается для новых земляных плотин 5 класса, находящихся в удовлетворительных условиях эксплуатации, равным 0,50; для всех других некапитальных плотин - 0,75.
Таблица 4.1
|
Типы рек |
Средние уклоны на участке распластывания |
τ |
|
Периодические |
0,0005 - 0,005 |
1,25 - 1,00 |
|
Водотоки |
0,005 - 0,05 |
1,0 - 0,80 |
|
Малые и средние водотоки с постоянным стоком |
0,00005 - 0,0001 |
1,50 - 1,25 |
|
|
0,0001 - 0,0005 |
1,25 - 0,80 |
|
|
0,0005 - 0,005 |
0,80 - 0,70 |
|
|
0,005 -0,05 |
0,7 - 0,55 |
|
|
0,05 - 0,01 |
0,50 |
При определении расстояния L от плотины до перехода не учитывается длина участка гашения энергии перепада при прорыве плотины, равная 10 Hн.
Расстояние, на котором волна прорыва окажется равной волне расчетного паводка и ее влияние не отразится на устойчивости мостового перехода, может быть определено по следующей формуле:
(4.33)
где Qm - расчетный расход воды, определяемый для незарегулированной реки; Qм - расход межени или боковых притоков на предполагаемый период прорыва плотины.
Объем водохранилища Wo определяют по плану в горизонталях или получают в организации, эксплуатирующей плотину. Для ориентировочных расчетов принимают:
Q = 0,25 Bв Hн lв, (4.34)
где lв - длина водохранилища, м.
Расход в створе плотины при ее прорыве определяют приближенно по формуле:
Q = 0,25 Bп Hн3/2 Kпр (4.35)
Расход воды от прорыва плотины для перехода, расположенного в верхнем бьефе водохранилища принято определять по формуле:
(4.36)
где Wi - объем водохранилища выше перехода; W2 - тоже ниже перехода при наинизшей отметке дна в створах плотины и перехода; b - ширина водохранилища в створе плотины при напоре h.
4.6. Регулирование максимального стока террасированным земледелием. На террасированных полях и при устройстве обвалований необходимо наряду с потерями стока учитывать возможное переполнение и разрушения аккумулирующих емкостей. Для учета влияния такого регулирующего воздействия малых водохранилищ на малых водосборах, поверхности которых заняты сплошь этими аккумулирующими емкостями (рисовыми полями, террасированными полями и т.п.), примыкающими непосредственно друг к другу следует использовать формулу:
(4.37)
где Wp - полный объем стока от расчетного дождя; ΣVa - суммарный объем стока, аккумулированный в водохранилищах, не подверженных опасности разрушений; ΣVo - суммарный объем стока от опорожнения разрушенных водохранилищ с учетом объема воды, оставшегося в них после прорыва; Kг - коэффициент учета фирмы гидрографа при дополнительном сливе воды из разрушенных водохранилищ, равный: 1,4 - 1,2 в муссонных районах; 1,01 - 1,1 в районах средних по водности; 1 - 0,9 в засушливых районах.
Формула (4.37) отражает условия, когда некоторые малые водохранилища не подвергаются разрушению и к моменту разрушения других продолжают аккумулировать поверхностный сток, а аккумулирующие емкости опорожняемых водохранилищ полностью или частично заполнены к началу выпадения расчетного дождя.
Малые водохранилища, расположенные в различных частях водосборного бассейна отдельно одно от другого, оказывает различное влияние на регулирование максимального стока. Для учета этого влияния рекомендуется следующая формула:
(4.38)
здесь vai = 1000 hai Fai (4.39)
voi = 1000 (hoi - hoci) Foi, (4.40)
где tg - время добегания расчетного паводка по руслу до сооружения; tgi - время трансформации сбрасываемого объема воды при опорожнении, равное времени добегания от центра тяжести разрушенного водохранилища до створа проектируемого сооружения; vai, voi - объемы аккумуляции и опорожнения; Fai, Foi - площади, занятые малыми водохранилищами, км2; hai - слои воды, задерживающийся в аккумулирующих водохранилищах, мм; hoi - слой оставшейся воды в водохранилищах после их опорожнения, мм.
Прорыв ограждающих устройств возможен от переполнения водохранилищ и перелива воды через верх временных дамб обвалований и земляных запруд, от повреждений наездами на них автомобилей (сельскохозяйственных или других машин), от потери устойчивости при переувлажнении, фильтрации или искусственного пропуска воды из одного водохранилища в другое (в период их максимального наполнения), а также от других причин.
Вероятность прорыва обвалований определяется устойчивостью соседних водохранилищ и их оградительных сооружений, а также вероятностью появления дождя, способного вызвать переполнение и последующее разрушение одного или нескольких водохранилищ.
Оценку расчетной повторяемости прорыва временных водохранилищ следует производить по данным полевых обследований, производимых при инженерно-гидрометеорологических изысканиях. При наличии данных многолетних наблюдений сочетание случаев прорыва водохранилищ с расчетным дождем нужно устанавливать статическим расчетам. При отсутствии таких наблюдений расчетную вероятность возможного разрушения ограждающих устройств от расчетного дождя (или других причин) необходимо устанавливать по данным опроса местных жителей. Для оценки расчетной вероятности прорыва временных водохранилищ следует учитывать срок службы проектируемых сооружений, их капитальность, а также возможность прохода расчетного паводка в любой год с начала строительства.
Учет этого вида искусственного регулирования максимального стока нужно производить введением коэффициента δn в формулу (2.1).
5. Состав и методы инженерно-гидрометеорологических изысканий максимального стока
5.1. Общий состав и методы изысканий. Изыскания для определения максимальных расходов выполняют в составе инженерных гидрометеорологических изысканий автомобильных дорог, регламентированных «Методическими указаниями по инженерно-гидрометеорологическим изысканиям автомобильных дорог» (3), в которых определена общая методика, состав, порядок и объемы работ. Объем и характер изысканий зависят от сложности и степени изученности природных условий района, а также от стадий проектно-изыскательских работ.
Изыскания на стадии технико-экономического обоснования (ТЭО) проводят для получения минимально необходимых данных в объеме, достаточном для оценки вариантов и выбора основного направления трассы дороги. Изучение гидрометеорологических условий формирования максимальных расходов осуществляют путем ознакомления с имеющимися литературными, фондовыми и материалами изысканий прошлых лет, осмотром в натуре отдельных сложных участков и расчетами по формулам (2.1) и (2.9). Полевые обследования для оценки максимальных расходов по натурным данным не выполняют. Исключение составляют отдельные объекты, находящиеся в районах с наиболее сложными природными условиями. В этих случаях полевые обследования выполняют по сокращенной программе и лишь на эталонных участках.
Изыскания для технического проекта заключаются в детальном изучении гидрометеорологических условий района проложения дороги по выбранному направлению и конкурирующим вариантам, достаточном для выполнения расчетов максимальных расходов. Основной метод изысканий - морфометрическое обследование всех пересекаемых водотоков с определением натурных расходов по меткам и следам паводков прошлых лет. Гидрометрические изыскания выполняют на наиболее сложных и больших мостовых переходах. При необходимости на стадии технического проекта следует разрабатывать линейно-региональные нормы максимального стока.
Изыскания для составления рабочих чертежей должны предназначаться для уточнения и детализации исходных данных, полученных при изысканиях для технического проекта и корректировки результатов расчетов максимальных расходов. Дополнительные исходные данные собирают в случае, если имеется длительный перерыв во времени между изысканиями для технического проекта и рабочими чертежами; если за этот период наблюдались высокие паводки, близкие к расчетным или выше их, а также при недостаточной обоснованности расчетных гидрометеорологических характеристик, установленных на стадии предыдущих изысканий.
Для одностадийного техно-рабочего проекта изыскания выполняют в одну стадию с получением исходных материалов, достаточных для составления проекта, разрабатываемого со степенью подробности рабочих чертежей.
Если краткосрочные инженерные гидрометеорологические изыскания не раскрыли (или не могут раскрыть) режима или динамики физических процессов, региональных особенностей района, предусматривается постановка стационарных наблюдений по специальным программам.
Изыскания для технического проекта, рабочих чертежей и техно-рабочего проекта проводят в три периода: подготовительный, полевой и камеральный. В подготовительный период собирают, обобщают, предварительно изучают исходные данные и составляют программу и смету проектно-изыскательских работ. Иногда с этой целью дополнительно выполняют рекогносцировочное обследование. В полевой период выполняют предусмотренные программой полевое обследование и часть камеральных работ, необходимых для своевременного контроля полноты и качества полевых работ. В камеральный период обрабатывают материалы изысканий, выполняют расчеты и обоснования, а также составляют отчетные материалы.
В состав инженерных изысканий для расчетов максимальных расходов входят следующие работы: 1) определение гидрографических характеристик водосборов; 2) линейные обследования малых и средних водотоков; 3) экспресс-метеорологические наблюдения за дождевыми осадками в районе изысканий; 4) обследования больших водотоков; 5) обследования существующих сооружений; 6) обследования для выявления региональных особенностей максимального стока.
5.2. Определение гидрографических характеристик производят по имеющимся топографическим материалам, а при их недостаточности или полном отсутствии - по данным полевых обследований местности. В результате этого собирают следующие сведения: 1) название и местоположение водосбора по трассе дороги, площадь бассейна, длину водотока; 2) отметки истока и у расчетного створа, общий характер рельефа бассейна (равнинный, холмистый, горный), уклон лога; 3) типы почво-грунтов, видовой состав растительности и их распространение по направлению дороги и площади каждого водосбора; 4) наличие и местоположение озер, болот, марей, бессточных впадин, пахотных земель, карстовых, мерзлотных и других явлений; 5) наличие и местоположение прудов, водохранилищ, каналов, арыков, плотин, запруд, барражей, мельниц, мостов и других искусственных сооружений.
После установления границ водосборов, пересекаемых трассой дороги, составляют общий план бассейнов, на котором показывают проектируемую дорогу, намечаемые варианты, границы бассейнов, русла водотоков, лога и тальвеги со всеми притоками, существующие дороги и другие искусственные сооружения, озера, болота, мари, границы лесов, пашен и других угодий, а также населенные пункты. На каждом бассейне указывают порядковый номер водосбора по ходу пикетажа или километража, площадь бассейна в квадратных километрах и название водотоков.
На водосборах с неясно выраженными водоразделами рекомендуется определять (уточнять) границы бассейнов путем аэровизуальных или наземных рекогносцировочных обследований, либо инструментальными измерениями с разбивкой в натуре сети тахеометрических ходов и обязательной фиксацией контрольных точек: истоков; смежных водоразделов; мест переливов воды из одного бассейна в другой, имеющих в некоторых самостоятельные русла и т.п.
