СССР

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГЛАВТРАНСПРОЕКТ

СОЮЗДОРПРОЕКТ

Утверждено для практического

применения

Главный инженер Союздорпроекта

Б.Р. Силкон

1980 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
по расчет
у максимального дождевого стока
и ег
о регулированию

Москва, 1980 г.

Предисловие

В методических рекомендациях изложены методы определения максимальных дождевых расходов, рекомендуемые для обоснования отверстий водопропускных, водоотводных и водосборных сооружений при проектировании внегородских автомобильных дорог. Даны рекомендации по методике обоснования расчетных параметров основного метода расчета максимального дождевого стока по материалам инженерно-гидрометеорологических изысканий. Изложены методы естественного и искусственного регулирования максимального стока.

Методические рекомендации подготовлены по результатам многолетних исследований, выполненных в Союздорпроекте с 1966 по 1980 гг., а также опыта применения нового метода расчета максимального дождевого стока в проектировании автомобильных дорог как в СССР, так и в некоторых зарубежных странах.

Дальнейшее снижение стоимости водопропускных, водоотводных, укрепительных и регуляционных сооружений на автомобильных дорогах во многом зависит от повышения качества определения максимальных расчетных расходов, с учетом конкретных условий их формирования, естественного и искусственного регулирования.

Нормативные методы оценки максимального стока позволяют характеризовать условия формирования максимального стока лишь на тех водосборах, фактические наблюдения на которых положены в основу географически-территориальных обобщений расчетных параметров.

Использование этих параметров на неисследованных водосборах сопряжено с известной степенью приближенности, характеризуемой точностью и полнотой измерений на опорных створах, относительной условностью в схематизации расчетных параметров и их интерполяции по территории.

Поэтому оценка максимального стока краткосрочными натурными наблюдениями, производимыми проектно-изыскательскими организациями в период инженерных изысканий, позволяет достигать не только большей надежности расчетных максимумов, но и в ряде случаев значительную экономичность построенных и эксплуатируемых сооружений.

Однако в различных ведомствах и организациях, вопросы расчетов максимальных расходов, их обоснование натурными данными, а также трактовка нормативных документов, порядок их использования и правомерность решаются и понимаются поазному. Такое положение нередко приводит к разночтению этих нормативов, к различным результатам расчета и к неравнообеспеченности проектных решений в одних и тех же районах строительства.

Поэтому с 1967 года в Союздорпроекте начаты исследования и обобщения теории и практики расчетов максимального дождевого стока в целях разработки единой методологии обоснования расчетных максимумов расходов с учетом специфики и особенностей автодорожного строительства.

На основе этих исследований в 1969 г. были сформулированы предложения по расчету максимальных дождевых расходов, а в 1971 г. разработаны ведомственные указания по расчету дождевых расходов (18).

В 1973 г. была подготовлена вторая редакция этих указаний (19), которые были согласованы Главтранспроектом и рекомендованы рядом инструктивноормативных документов Минтрансстроя СССР (5, 12, 3, 4) для проектирования автомобильных и железных дорог.

В соответствии с планом пересмотра действующих и разработки новых нормативных документов до строительству и архитектуре на 1978 год, утвержденным постановлением Госстроя СССР от 15.12.77 г. № 200, техническим заданием и программой работ на разработку «Инструкции по определению расчетных геологических характеристик» (пересмотр СН 435-72), утвержденным Госкомгидрометом Союздорпроект по согласованию с ведущей организацией ГГИ произвел как соисполнитель в 1978 - 80 гг. исследования по разработке методических основ расчетов максимального и внутригодового стока при отсутствии данных наблюдений.

В результате выполненных исследований признано целесообразным максимальное использование возможностей инженерно-гидрометеорологических изысканий автомобильных дорог для получения натурных данных по максимальному стоку. Разработан состав и методы изысканий максимального стока, а также обоснован методически и внедрен в практику расчетов принцип линейно-региональных норм максимального стока. Обобщены методы учета естественного и искусственного регулирования максимального стока и разработаны некоторые из малоисследованных. По результатам этих исследований и разработаны настоящие методические рекомендации.

Они рассматриваются Союздорпроектом как новая редакция ведомственных указаний по расчету дождевых расходов, составленных в развитие СН 435-80 (81).

В настоящих рекомендациях дана более полная систематизация вопросов обоснования расчетных максимумов дождевых расходов, произведено ведомственное регламентирование методических основ и порядок расчетов максимального дождевого стока в дорожном строительстве, а также определена наиболее целесообразная техническая направленность инженерно-гидрометеорологических работ при обосновании проектов автомобильных дорог.

Методические рекомендации рекомендованы ЦНИИСом (№ 530715/130 от 10.12.1980 г.) и одобрены Главтранспроектом (3002/24 от 26.12.1980 г.) для проектирования автомобильных дорог.

Методические рекомендации разработаны главным специалистом технического отдела канд. техн. наук Перевозниковым Б.Ф.

Начальник технического отдела                                                      Ротштейн К.М.

1. Нормативные методы расчета и регулирования максимального стока, анализ и порядок их применения к решению задач автодорожного строительства

Методы расчета и регулирования максимального стока в транспортном проектировании регламентированы следующими инструктивно-нормативными документами:

«Указаниями по определению расчетных гидрологических характеристик. СН 435-80 (17), разработанными ГГИ».

«Инструкцией по расчету стока с малых водосборов». ВСН 63-76 (1), разработанной ЦНИИС.

«Наставлением по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки» НИМП-72 (5) ЦНИИСлавтранспроект.

«Руководством по гидравлическим расчетам малых искусственных сооружений» ЦНИИС-Главтранспроект (12).

«Указаниями по расчету дождевых расходов» (19), разработанными Союздорпроектом.

Основным документом для расчета максимального стока на реках СССР предназначены быть СН 475-80. В этих нормах оговорены условия применения других нормативов, а также границы использования предлагаемых методов расчета максимального стока. Так, разрешается руководствоваться соответствующими нормативными документами, утвержденными или согласованными Госстроем СССР, а также официальными документами в области гидрологии, опубликованными ГУГМС при СМ СССР.

Для объектов, расположенных на устьевых участках рек, в зоне влияния морских приливов и отливов, а также на селеносных реках следует (17) выполнять специальные расчеты.

В целях повышения обоснованности гидрологических расчетов допускается (17) применение результатов дополнительных исследований, выполненных для малоизученных районов.

Расчетные максимальные расходы необходимо устанавливать (17) на основе всестороннего анализа и обобщения данных о высоких паводках, наблюдавшихся в заданном районе. При необходимости, обусловленной степенью гидрологической изученности района, производятся полевые исследования.

Методы таких обобщений и исследований максимального стока не регламентированы и не ограничены требованиями о согласовании с какой-либо утверждающей инстанцией, а, следовательно, должны выполняться по ведомственной методологии.

Для вычисления максимального дождевого стока СН 435-72 рекомендованы две различные формулы, границы применения которых определены данными табл. 1.1. в зависимости от размеров водосборов и физико-географических зон.

Таблица 1.1.

Природная зона СССР

Расчеты по формуле

предельной интенсивности стока

эмпирической

площадь водосбора

P, км2

Равнинная территория

 

 

Тундровая, лесная и лесостепная

< 50

50 - 30000

Степная

< 200

200 - 10000

Засушливых степей

< 200

200 - 1000

Полупустынная

< 200

-

Горные районы (500 Нср 200 м)

 

 

Районы Средней Азии

< 200

-

-»- Северо-Востока

≤ 10

> 10

Прочие районы

< 50

50 - 10000

Примечание: При проектировании сооружений на реках с площадями водосборов, превышающими пределы, указанные в табл. 1.1. максимальные дождевые расходы при отсутствии гидрометрических данных требуется (17) определять на основе полевых гидрологических исследований.

Таким образом внедрение в практику гидрологических расчетов СН 435-72 подтверждает и обуславливает необходимость проведения полевых исследований водотоков, а также разработки методов их проведения и обобщения результатов этих исследований. А поскольку методы полевых гидрологических исследований и расчетов на их основе максимальных расходов также не регламентированы и не ограничены СН 435-80, то они должны устанавливаться проектнозыскательской организацией.

Для автодорожного строительства применение СН 485-80 ограничивается не только размерами водосборов и физико-географическими зонами СССР, представленными в табл. 11, но и отсутствием рекомендаций: 1) по определению объема паводочного стока; 2) по расчету максимальных расходов воды в дорожных сооружениях с учетом аккумуляции паводочного стока перед дорогой; 3) по приближенным методам расчетов максимального стока на ускоренных изысканиях для технико-экономических обоснований (ТЭО), ОПР; 4) по определению максимального стока на различных стадиях проектно-изыскательских работ; 5) по оценке предельных максимумов стока; 6) по учету региональных особенностей искусственного и естественного регулирования максимального стока; 7) по оценке максимальных расходов в особых условиях формирования паводочного стока; 8) по расчету и регулированию максимального стока с микробассейнов дорожного водоотвода, характеризующихся безрусловыми односклоновыми прямоугольными поверхностями с различными типами искусственных покрытий и сочетанием поперечных и продольных уклонов стекания; 9) по расчету максимального стока при отсутствии подробного топографического материала; 10) по определению максимального стока и его регулирования в различных зарубежных районах строительства при оказании технической помощи СССР развивающимся странам.

Отсутствие в СН 435-80 рекомендаций по этим вопросам, а также методов полевых гидрологических исследований максимального стока и обобщений полученных результатов обуславливает необходимость и правомерность их разработки и регламентирования ведомственными инструктивно-нормативными документами для различных отраслей строительства с учетом их специфики и задач развития.

Указаниями СН 435-80 для водопропускных сооружений на железных и автомобильных дорогах максимальные расходы воды дождевых паводков на реках с площадью водосборов не более 100 км2 допускается определять по другим нормативным документам, утвержденным или согласованным Госстроем СССР, при соответствующем обосновании проектнозыскательской организацией целесообразности их применения.

Таким документом являются ВСН 63-76, согласованные Госстроем СССР для расчета максимальных дождевых расходов на водосборах до 100 км2. Однако при водосборах более 50 км2 по ВСН 63-76 требуется проверка результатов расчетов по натурным данным. Для однородных районов допускается использование в качестве расчетных местных региональных норм стока, разработанных по данным натурных наблюдений.

ВСН 63-67, как и СН 435-72, признавая значимость и необходимость натурных паводочных расходов для сопоставления с вычисленными не регламентируют для дорожного строительства методы полевых гидрологических исследований и обобщения их результатов, а также не содержат рекомендаций по учету регулирования максимального стока, за исключением аккумуляции паводочного стока на малых водосборах.

Требования современного автодорожного строительства выдвигают ряд задач специфического гидрологического обоснования расчетных максимумов дождевого стока, которые подлежат не только разработке на каждом объекте проектирования, но ведомственному регламентированию дополнительно к нормативам (17) и (1):

1 - Приближенные расчеты максимального дождевого стока на водосборах независимо от их величины и района строительства, при любой степени обоснованности натурными данными и стадии проектно-изыскательских работ, а также расчеты в районах, не охваченных рекомендациями нормативных документов;

2 - Инженерно-гидрометеорологические изыскания максимального дождевого стока с получением натурных данных о паводочных расходах воды и условиях их естественного и искусственного регулирования при любой степени изученности и района проектирования;

3 - Обобщение результатов полевых инженерно-гидрометеорологических изысканий максимального стока и их использование для получения надежных расчетных максимумов стока в нормативных (17) или иных ведомственных схемах расчета для любого требуемого района;

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 инженерноидрометеорологических 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 м. 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 Картахема 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: aчас - 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 водосборовм. 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.

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.5-72 и II.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.

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 почворунтов 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 какиеибо 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, почворунтов 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):

δо = 1- K lg (fоз + 0,2 fб + 1),                                              (3.4)

где fоз, fб - площади соответственно озер и болот в процентах к площади всего водосборного бассейна; K - коэффициент, равный 0,7 - 0,9 и зависящий от расположения озер. Наибольшее его значение принимают при низовом их расположении.

Для учета зарегулированности максимального стока на водотоках с проточными озерами, а также на реках Кольского полуострова, Карельской АССР и рек бассейнов Белого и Баренцева морей следует использовать рекомендации СН 435-80.

Для учета озерности и заболоченности для малых водосборов (при 10F 20 км2) рекомендуется формула Н.Н. Чегодаева (1). На водосборах с озерностью более 10 % на стадии разработки технического проекта эти рекомендации требуют (1) уточнения индивидуальными расчетами.

Влияние озерно-болотной аккумуляции в неизученных и зарубежных районах следует учитывать путем сопоставления и анализа зависимостей натурных модулей максимального стока от площади водосбора, устанавливаемых по материалам краткосрочных инженерно-гидрометеорологических изысканий раздельно для водотоков с озерами и болотами и без них. На основании этого и должны быть окончательно обоснованы коэффициенты в формулы (2.1) и (2.10) для учета влияния бессточных емкостей, озер и болот на тех водотоках, на которых полевые обследования не производились.

3.2. Распластывание паводка на транзитных участках предгорных русел

При проложении дорог вблизи возвышенностей или горных хребтов пересекают водотоки (рис. 3.1), которые после выхода на предгорье или полностью бесприточны, или приток к ним не совпадает по времени с максимумом стока, формирующимся в верхней части основного бассейна. В обоих этих случаях водотоки по выходе на предгорный участок являются, как правило, транзитными.

Рис. 3.1 Схема пересечения дорогой транзитных участков водотоков в предгорной местности:

1 - трасса дороги; 2 - границы бассейнов; 3 - стокообразующая часть водосборного бассейна; 4 - начальный створ транзитного участка.

Прохождение паводка по транзитным участкам водотоков обуславливает распластывание паводочной волны, заключающееся в увеличении продолжительности прохождения паводка при относительно постоянном объеме стока, что вызывает уменьшение максимального расхода воды, определяемого в любом створе транзитного участка по формуле:

Qmt = Qm · χp,                                                         (3.5)

где коэффициент χp устанавливают для малых логов с периодическим стоком по методу Л.Л. Лиштвана в зависимости от уклона транзитного русла Jp и расстояния от его начала l (рис. 3.2) и в предположении параболической формы гидрографов с отношением времени подъема и спада паводка равного 1:1,5.

Рис. 3.2 Номограмма для определения коэффициента трансформации максимального расхода воды на транзитных участках водотоков

Для малых водотоков с гидрографами в виде равнобедренного треугольника коэффициент χp вычисляют по формуле:

                                                          (3.6)

При иной схематизации гидрографов и наличии натурных гидрографов расчетный расход в любом створе транзитного русла определяют по более общей формуле:

                                                    (3.7)

здесь                                                       τp = (l : v2) - (l : v1),                                                   (3.8)

где Wp - объем стока в расчетный паводок; tк - время концентрации паводка, сек; τp - коэффициент, характеризующий разность во времени прохождения паводка до и после его трансформации на транзитном участке длиной l; v2 - скорость продолжения тыловой части паводка, близкая к меженной скорости; v1 - скорость продвижения лобовой части паводка, близкая к максимальной скорости. Величины средних скоростей течения v2 и v1 могут быть приняты для предварительных расчетов по следующим соотношениям:

Jp.......................................

0,0005

0,0005 - 0,001

0,001 - 0,005

0,005

v2, м/с.................................

0,25

0,35

0,4

0,5

v1, м/с.................................

1,5

1,5 - 2

2 - 2,5

2,5 - 3

Для водотоков независимо от размеров, формы и схематизации гидрографов расчетные расходы в заданном створе транзитного участка могут быть вычислены по формуле:

                                           (3.9)

здесь                                                       ve = 0,5 (vо + vз),                                                    (3.10)

где tn - продолжительность подъема паводка в начальном створе транзитного участка; n - отношение продолжительности спада к продолжительности подъема паводка в начальном створе; vе - средняя скорость течения потока на транзитном участке; vо, vз - средние скорости живого сечения потока при РУПВ соответственно в начальном и заданном створах. При отсутствии данных по значениям vо средняя скорость vе может быть принята с известной степенью точности равной vе = vз.

Исследования Мосгипротранса в Небит-Даге и Союздорпроекта в предгорьях Гималаев показали (9), что учет распластывания паводков на транзитных участках позволяет установить более близкие к реальным величины расчетных расходов и тем самым обоснованно уменьшить отверстия водопропускных сооружений. Уменьшение отверстий в значительной степени зависит от длины транзитного участка и его продольного уклона и в отдельных случаях могут составлять от 30 до 48 %.

3.3. Слияние нескольких водотоков

В практике проектирования автомобильных и железных дорог нередки случаи вынужденного пересечения двух или нескольких водотоков в месте их слияния или на некотором расстоянии ниже него. К этим же случаям следует отнести и искусственное спрямление русел двух водотоков в одно подмостовое русло, а также переходы через блуждающие реки с неустойчивыми руслами притоков в местах выхода из гор (рис. 3.3).

Рис. 3.3 Схемы возможных пересечений водотоков в местах слияния нескольких притоков:

1 - основной водоток; 2 - варианты проложения дороги; 3 - приток; 4 - искусственное русло после спрямления; 5 - русло водотока до спрямления или прорыва; 6 - русло, образованное при прорыве или свала с конуса выноса

Решение поставленной задачи можно существенно облегчить хронологически одновременными длительными гидрометрическими наблюдениями в устьях притоков и местах, расположенных ниже и выше мостового перехода на основном водотоке. Однако такой случай представляется практически исключением: имеется недостаточное количество пунктов наблюдений, материалы наблюдений ограничиваются непродолжительными сроками или полностью отсутствуют.

Для обоснования требуемой величины расхода в заданном створе проектирования необходим тщательный гидрологический анализ формирования паводковых явлений, что возможно лишь на основе конкретной расчетной методики, позволяющей определить состав необходимых сведений и организацию их сбора в зависимости от степени изученности водотоков.

Анализ общей схемы формирования максимального стока и опыта практических разработок на некоторых мостовых переходах позволили рекомендовать методику расчета, основанную на следующей формуле определения расчетного расхода воды в местах слияния двух или нескольких водотоков:

                    (3.11)

где Qo - максимальный расход заданной ВП в створе перехода через водоток, принимаемый в качестве основного для построения суммарного расчетного гидрографа, м3/с; Qi - максимальный расход той же ВП одного из притоков в месте впадения в основной водоток, м3; Kg - коэффициент уменьшения максимального расхода притока при несовпадении наибольшей ординаты его гидрографа с максимумом гидрографа основного водотока во времени; Kт - коэффициент, учитывающий трансформацию максимального расхода притоков на участке основного водотока от устья притока до места перехода; Qп - максимальный расход притока с блуждающим или неустойчивым руслом в месте его выхода в другой бассейн или месте выхода из гор, м3/с; ΔQp - коэффициент учета возможной перегрузки в работе отверстия моста при пропуске паводка от прорыва неустойчивого русла одного из притоков смежного водосбора.

Структура основной расчетной формулы (3.11) универсальная относительно наиболее сложных случаев расположения мостовых переходов в предгорной местности с различными сочетаниями в плане притоков относительно основного водотока и возможными образованиями новых русел. В каждом отдельном случае она может быть конкретизирована исходными условиями.

Основным принимают водоток с наибольшей водностью, площадью бассейна и длиной от створа перехода до водораздела. Величины расходов с основного водотока и притоков определяют по одному из методов (см. п. 2).

Следует различать два характерных случая пересечения основного водотока: в месте слияния одного или нескольких притоков и на некотором расстоянии от него, которые и определяют особенности расчета. Все другие сочетания также учитываются расчетом по формуле (3.11).

Для определения расчетного расхода в случае пересечения основного водотока в устье нескольких притоков следует построить расчетный гидрограф путем суммирования гидрографов с основного бассейна и притоков, предварительно рассчитанных и построенных в соответствии с имеющимися рекомендациями по их форме. Так, для малых водотоков оправдывает себя схематизация гидрографа паводков по равнобедренному треугольнику, для средних и больших целесообразна криволинейная схематизация ветвей подъема и спада гидрографа, предложенных Д.Л. Соколовским.

Для обоснования расчетных коэффициентов в формуле (3.11) принята замена криволинейных ветвей подъема и спада прямыми линиями, при проведении которых соблюдено равенство объемов стока до и после замены, что позволило без ущерба для точности расчетов обосновать соответствующие соотношения между элементами составляемых гидрографов.

Анализ построения суммарного гидрографаис. 3.4) показал, что ордината гидрографов притоков может занимать различные положения относительно максимума гидрографа основного водотока.

Рис. 3.4 Схема построения результирующего гидрографа:

1 - гидрограф основного водотока в месте слияния с притоком; 2 - гидрограф притока при слиянии с основным водотоком

В случаях, когда время подъема паводка на основном водотоке tg больше времени подъема воды притока tп, т.е. при tg > tп, коэффициент Kg устанавливают по ветви спада гидрографа притока по следующей формуле:

                                                   (3.12)

где tc - время спада паводка гидрографа притока.

При совпадении максимальных ординат гидрографов притока и основного водотока, т.е. при tg = tp, коэффициент Kg принимают равным 1,0. Для случаев, когда время подъема паводка на основном водотоке меньше времени подъема паводка на притоке, т. при tg < tп, коэффициент Kg определяют по ветви подъема гидрографа притока по формуле

Kg = tg : tп                                                        (3.13)

В случае пересечения водотока ниже впадения притоков необходимо учитывать трансформацию паводка на участке основного водотока от устья каждого рассчитываемого притока до створа перехода.

При линейной схематизации ветвей, подъема и спада гидрографа объем стока может быть вычислен по следующей общей формуле

W = 0,5 Qi · tп (1 + ni),                                                (3.14)

где ni = tc : tп - характеристика наклона кривой спада гидрографа паводка в заданном створе в устье притока.

Время подъема пика паводка при его трансформации на некоторое расстояние от устья притока до створа перехода увеличивается на величину tт, а объем стока трансформируемого паводка с учетом этого может быть равен:

Wт = 0,5 Qт (tп + tт) (1 + nт),                                            (3.15)

где Qт - расход паводка с учетом трансформации; nт - характеристика наклона кривой спада гидрографа при трансформации паводка, определяемая как отношение времени спада к времени подъема трансформированного гидрографа.

Учитывая, что объем стока при трансформации остается практически неизменяемым, коэффициент трансформации может быть получен из уравнения (3.14) и (3.15) с введением коэффициента δт:

                                                              (3.16)

при                                                                                                                   (3.17)

где δт - коэффициент, учитывающий изменение наклона кривой спада гидрографа притока при трансформации; ni, nт - имеют прежние обозначения и могут быть приняты согласно табл. 3.1.

Таблица 3.1

ni

tт : tп

0,05

0,1

0,2

0,3

0,5

1

nт

1

1

1

1

1

1

1

2

1,96

1,91

1,83

1,77

1,67

1,5

3

2,91

2,82

2,67

2,55

2,35

2

4

3,86

3,73

3,5

3,3

3

2,5

С учетом данных табл. 3.1 коэффициент трансформации может быть вычислен по данным табл. 3.2.

Таблица 3.2

tт : tQ

0,05

0,1

0,2

0,3

0,5

1

Kт

1

0,95

0,91

0,84

0,77

0,67

0,5

2

0,96

0,94

0,88

0,83

0,75

0,6

3

0,94

0,95

0,91

0,86

0,79

0,67

4

0,98

0,96

0,93

0,89

0,83

0,71

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 не затоплении 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                                                      

где tст - 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 сумм