11.3. Определение расчетных расходов

Территория, на которой формируется сток поверхностных вод к данному искусственному сооружению, называется водосборным бассейном. Линия, соединяющая наиболее низкие точки бассейна, называется тальвегом.

Количество воды, притекающей к сооружению с малого водосбора, поддается теоретическим расчетам, изучаемым в курсе гидрологии, в ходе которых неизбежны различные допущения (условности) и погрешности. Наиболее трудно учесть ход дождя во времени, ход снеготаяния и впитывания воды в почву. Поэтому расходы и объемы воды с малых бассейнов вычисляют по нормам стока, т. е. с одинаковой схематизацией для всех водосборов и со стандартной оценкой метеорологических факторов стока в определенных географических районах. Проверкой норм стока является сопоставление расчетных значений стока с наблюдаемыми. Как правило, таких наблюдавшихся значений стока оказывается немного, при этом наибольшие затруднения вызывает оценка вероятности их превышения еще большим значением стока.

Общепризнанными для всех видов инженерного проектирования в Беларуси в настоящее время являются нормы стока талых вод. Расчеты ливневого стока в проектных организациях различных ведомств выполняют по различным эмпирическим формулам.

Гидрологические расчеты в Беларуси производят в соответствии со СНиП 2.01.14-83 «Определение расчетных гидрологических характеристик» и пособия к этому СНиП – П1-98.

Принцип расчета стока с малых водосборов, так называемый метод предельных интенсивностей, использованный в СНиП, может быть реализован и в других модификациях, наиболее подходящих для расчета транспортных сооружений.

В основе всех расчетов лежит общая формула ливневого стока

, (11.1)

где а_расч – расчетная интенсивность ливня той же вероятности превышения, что и искомый расход, мм/мин, зависящий от продолжительности ливня; F – площадь водосбора, км², определяемая по карте в горизонталях;  – коэффициент стока, формально зависящий от вида грунтов на поверхности водосбора;  – коэффициент редукции, учитывающий неполноту стока, тем большую, чем больше водосбор.

Учитывая задержку проникания воды в грунт при сильных ливнях, т. е. фактические условия образования ливневого стока, коэффициент стока  рекомендуется принимать равным 1,0.

Для площадей до 100 км² коэффициент редукции может быть подсчитан по формуле , при этом для F  0,1 км² =1.

Связь интенсивности ливня а с его продолжительностью t (в мин) обычно принимается в виде , где К_л – климатический коэффициент; К_л = а_час  60^2/3.

Вводя в расчет интенсивность ливня часовой продолжительности (эти ливни хорошо изучены), получаем а=(60 / t)^2/3а_час, где а_час – средняя интенсивность ливня часовой продолжительности, мм/мин.

Принцип предельных интенсивностей заключается в том, что за расчетную, самую опасную продолжительность ливня принимают время добегания воды от наиболее удаленной точки бассейна до дороги:t_расч=L/V_доб, где L – длина бассейна, км; V_доб – скорость добегания, км/мин.

Следовательно

. (11.2)

Безразмерная величина, стоящая в скобках, представляет собой коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к расчетной.

Таким образом, расчетная формула расхода ливневого стока

, (11.3)

а формула расхода полного стока

. (11.4)

Объем ливневого стока (м³) определяется как произведение слоя стока h_л на коэффициент редукции и площадь водосбора F, .т.е. .

Малые водопропускные сооружения рассчитывают обычно на пропуск лишь части расчетного ливневого расхода. На пропуск полного ливневого расхода их следует рассчитывать только в случае полного стока, т. е. при продолжительности расчетного ливня не более 5 мин, когда переходный коэффициент K_t достигает максимального значения 5,24.

На основании Пособия П1-98 к СНиП 2.01.14-83 «Определение расчетных гидрологических характеристик» распространяющихся на проектирование всех видов сооружений (в том числе малых мостов и труб), расчетный максимальный расход талых вод для любых бассейнов определяется по редукционной формуле

, (11.5)

где K₀ – параметр, характеризующий дружность весеннего половодья; h_р – расчетный слой суммарного (с учетом грунтового питания) стока, мм, ежегодной вероятностью превышения (Р);  – коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов воды;  – коэффициент, учитывающий влияние водохранилищ, прудов и проточных озер; ₁, ₂ – коэффициенты, учитывающие снижение максимального расхода воды, соответственно, в залесенных и заболоченных водосборах.

Расчет слоя стока половодья заданной вероятности превышения производится по трем параметрам: среднему многолетнему слою стока , коэффициенту вариации С_v, и коэффициенту асимметрии С_s слоя стока.

Расчетный слой стока , где K_Р – модульный коэффициент для заданной вероятности превышения (обеспеченности) Р.

Обеспеченность расчетных максимальных расходов для малых мостов и труб принимается: I категория – 1%; II, III, городские улицы и дороги – 2%; IV, V и внутрихозяйственные дороги – 3%.