4.13. Особенности расчета максимального стока '

В общем случае максимальным стоком называют процесс фор­мирования высокого стока в форме весенних половодий (или дож­девых паводков. В гидрологической практике это понятие отожде­ствляют с объемом или слоем стока за основную волну половодья или за наибольший дождевой паводок. Часто под максимальным стоком подразумевают максимальный расход, соответствующий] наибольшему расходу воды в период весеннего половодья или[ наивысшего дождевого паводка (наибольший средний суточный расход и наибольший мгновенный срочный расход воды*).

Максимальным расчетным расходом называют расход, на пропуск которого рассчитывают водопропускные и во­досбросные отверстия гидротехнических сооружений, мостовые от­верстия и т. д. Занижение максимального расчетного расхода при­водит к переполнению водохранилищ и разрушению сооружений, что влечет за собой значительный материальный ущерб. В случае заселенности местности, расположенной ниже сооружения, выбор максимального расчетного расхода выходит за пределы экономи­ческих соображений и перерастает в социальную проблему, свя­занную с безопасностью людей. Завышение расчетного максималь­ного расхода удорожает стоимость сооружения, что снижает его экономическую эффективность.

Расчетная ежегодная вероятность превышения (обеспеченность) максимальных расчетных расходов устанавливается нормативны­ми документами, которые определяют ее в зависимости от рода сооружения, класса капитальности и условий эксплуатации.

Все постоянные сооружения разбиты по капитальности на че­тыре класса, I, II, III и IV, для них принимаются соответственно обеспеченности 0,01, 0,1, 0,5 и 1,0%.

Максимальные расходы разделяют по их происхождению на максимумы, формирующиеся от снеготаяния (с учетом возможной составляющей от дождя), максимумы, формирующиеся от дождей (с учетом возможной составляющей от снеготаяния), максимумы смешанные, которые рассчитывают раздельно.

* Срочным максимальным расходом называют расход воды, измеряемый в регламентированные сроки наблюдения (см. гл. 6).

144

Построение кривых обеспеченности максимальных расходов при наличии длительного ряда наблюдений производят методами ма-темати*еской статистики, изложенными в § 4.11. Из полученных значений максимальных расчетных расходов различного генетиче­ского происхождения выбирают наибольшее или то значение, ко­торое определяет работу водохозяйственного комплекса. При не­возможности разделения максимальных расчетных расходов по ге­нетическому признаку допускается производить построение кривых обеспеченности максимальных расходов воды независимо от их происхождения.

При производстве расчетов для рек с продолжительностью стоя­ния максимальных расходов воды сутки и более выбирают наи­больший из ежесуточных значений, менее суток — мгновенные рас­ходы вода. На практике чаще используют срочные максимальные расходы, так как сведения о мгновенных расходах, как правило, отсутствует. Для малых водотоков в случае прохождения макси­мального расхода воды между сроками наблюдений устанавлива­ют соотношения между среднесуточными и мгновенными макси­мальными расходами воды и в расчеты вводят соответствующие поправки.

При наличии данных гидрометрических наблюдений по макси­мальному стоку за достаточно длительный период наблюдений расчетные максимальные расходы талых и дождевых вод опреде­ляют по теоретической кривой обеспеченности согласно рекомен­дациям, изложенным в § 4.11. Для практических целей оценка продолжительности имеющегося ряда наблюдений, достаточного для проведения расчетов, может быть произведена по приближен­ной зависимости

(4.65)

где N_mm — минимальная длина ряда, годы; Р% —вероятность пре­вышения (в долях единицы) вычисляемого расхода воды;/Сс = = 2...3 в зависимости от коэффициента вариации (Кс = 2 для малых коэффициентов вариации С_и< 0,5 и Кс = 3 для боль­ших коэффициентов вариации С₀>0,5).

Если продолжительность наблюдений за максимальными рас­ходами меньше рассчитанной по формуле (4.65), то следует осуще­ствлять приведение параметров распределения к многолетнему периоду (см. § 4.11).

При недостаточности исходного ряда производят приведение к многолетнему периоду наблюдений с использованием при опреде­лении среднемноголетнего максимального расхода и коэффициен­та вариации метода корреляции Коэффициент асимметрии С., ус­танавливают по данным рек-аналогов. При отсутствии надежных аналогов соотношение коэффициентов асимметрии C_s и вариации Са в зависимости от происхождения максимальных расходов при­нимают: для расходов талых вод равнинных рек С„= (2 ...2,5)С₀;

145

для дождевых расходов равнинных рек и горных рек с мусоэнным климатом C_s= (3 ...4)C_V\ для расходов воды горных рек C1=4C_V. При проектировании сооружений первого класса, разрешение которых угрожает катастрофическими наводнениями, водопропуск­ ные отверстия рассчитывают на пропуск расхода Q'p% , полученно­ го прибавлением к максимальному расчетному расходу обеспечен­ ностью /^э = 0,01%, определенному по кривой обеспеченности гаран­ тийной поправки: /

(4.66)

Гарантийную поправку назначают для учета возможности сов­падения периода наблюдений за максимальным стоком пеки с от­носительно низкими половодьями и паводками. Ее значение про­порционально средней квадратической ошибке вычисленного мак-

РИМЯЛКНОГП ПЯГХППЯ ЯППКУ

(4.67)

где а — коэффициент, характеризующий гидрологическую изучен­ность реки (а— 1,0 для изученных рек, а= 1,5 для слабоизученных); Е_ру_о — случайная средняя квадратическая ошибка расчетного рас­хода воды Р% =0,01%, определяемая по приложению 5 [11]; п_ъ — число лет наблюдений с учетом приведения к многолетнему пе­риоду.

Гарантийная поправка не должна превышать 20% от расчет­ного максимального расхода Q_P%.

При отсутствии гидрометрических данных максимальные рас­ходы весеннего половодья на реках с площадью водосбора до 20000 км² в европейской части и площадями водосбора до 50000 км² в азиатской части СССР определяют по эмпирическим формулам.

Расчетный максимальный расход воды талых вод на равнинных и горных реках

(4.68)

где Ко — параметр дружности половодья, определяемый по дан­ным рек-аналогов обратным путем по формуле (4.68); h_p %—рас­четный слой суммарного весеннего стока (с учетом грунтового пи­тания), мм, обеспеченностью Р%, определяемый в зависимости от коэффициента вариации С» и отношения C_S/C_V для этой величины, а также среднемноголетнего слоя стока h, устанавливаемого по рекам-аналогам или интерполяцией по карте среднемноголетнего стока половодья (лист 6 приложении 1 [11]); |/—коэффициент, учи­тывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов (принимают по табл. 4.5) [11]; 6 — коэф­фициент, учитывающий регулирующее влияние водохранилищ, пру­дов и проточных озер; Ь\ — коэффициент, учитывающий снижение

146

Таблица 4 5 Значение коэффициента ц'

~~	Знамения и/ при обеспеченности расчетного максимального расхода
Природой
зона 1	0,1	1	3	5	10	25	50	75	95
Тундра М	1,02	1,0	0,97	0,96	0,93	0,90	0,86	0,82	0,82
лесная 3oi a
Лесос1б1	1,04	1,0	0,96	0,93	0,89	0,80	0,72	0,64	0,58
ная
Степная	1,04	1,0	0,97	0,96	0,93	0,88	0,79	0,64	0',42
Зона сге	1,02	1,0	0,98	0,97	0,96	0,92	(0,80)	(0,70)	(0,50)
пей и полу-i
пустынь

Таблица 4 6 Значения показателя степени редукции п\ и дополнительной площади водосбора /4,, учитывающей снижение редукции

	Для равнинных рек
Природная юна	параметр	дополнительная площадь
	/'i	водосбора Ль
		км2
Зона тундры и лесная зона (европейская тер	0,17	1
ритория СССР, Западная и Восточная Сибирь)
Лесостепная зона (европейская территория	0,25	2
СССР и Западная Сибирь)
Степная зона, зона засушливых степей и по	0,35	10
лупустынь (европейская территория СССР, За-
падная Сибирь, Западный и Центральный Ка
захстан)

максимального расхода воды в залесенных бассейнах; 62 — коэф­фициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в заболоченных бассейнах; А\—дополнительная площадь водосбора, учитывающая снижение редукции (уменьшения), км² (принимают по табл. 4.6); п' — показатель степени редукции (принимают по табл. 4.6); А — площадь водосбора до замыкающего створа, км². Регулирующее влияние проточных озер учитывается коэффи­циентом

(4.69)

где d — коэффициент, изменяющийся от 0,2 при /г>100 мм до ^сг = 0,4 при /г<20 мм; Л;— средневзвешенная озерность, %, опре­деляемая по формуле

(4.70)

где S_t — площадь зеркала озера, км²; Л, t — площадь водосбора озера, км².

147

При наличии в бассейне озер, расположенных вне главного рус­ла и основных притоков, коэффициент 6 следует принимать 6=1 при Л(<2%, 6 = 0,8 при Л(>2%. Коэффициент б, учитывающий снижение максимального расхода воды рек, зарегулированных водохранилищами, находят с учетом проектных материалов, осве­щающих режим пропуска воды верхними водохранилищами.

Коэффициент 6i определяют по формуле /

(4.71)

где оц = 0,7... 1,4 — коэффициент, зависящий от природной зоны и расположения леса на водосборе (равномерного в вер(хней или нижней части водосбора); п₂ = 0,1... 0,22— коэффициент^ завися­ щий от почвогрунтов под лесом; A_v — залесешюсть водосбора, %. Коэффициент 62 находят по выражению I

(4.72)

где р-—коэффициент, зависящий от типа болот (р = 0,8 для низин­ных болот, (3 = 0,3 для верховых); A_s — относительная площадь болот и заболоченных лесов и лугов в бассейне, %.

При заболоченности менее 3% или при проточной относитель­ной озерности более 20% 62=!. Для горных рек коэффициенты б, = в₂=1.

При определении мгновенных максимальных расходов воды Qp'% (м³/с) от дождевых паводков для больших и средних рек реко­мендуется использовать эмпирическую редукционную формулу, учитывающую в обобщенной форме лишь главные факторы фор­мирования максимального стока и выведенную в результате ста­тистической обработки данных по дождевому стоку изученных рек:

(4.73)

где <7₂оо— модуль максимального мгновенного расхода воды обес­печенностью />=!% при 61 = 62 = 63=!, приведенный к площади водосбора, равной 200 км² (определяют по карте изолиний, листы 12, 12а и 12в в приложении 1 [7] интерполяцией); К_Р% — переход­ный коэффициент от обеспеченности Р=1% к другой обеспечен­ности (принимают по листу 13 приложения 1 и табл. 8 приложе­ния 2 [7]); бз — коэффициент, учитывающий изменение параметра ^200 с изменением средней высоты водосбора в горных районах, определяемый по данным гидрологически изученных рек или табл. 28 [7].

Для малых рек, слабо изученных в гидрологическом отношении, целесообразнее использовать генетические формулы, отражающие определенные теоретические представления о процессах формиро­вания стока на склонах водосборов и в руслах рек. Такой форму­лой для определения максимального мгновенного расхода воды

148

дождевых паводков является формула предельной интенсивности дождевЬго стока

(4.74)

где q'_l<:/ ' — максимальный модуль дождевого стока ежегодной обеспеченностью Р=1%, выраженный в долях) от произведения ф/У при 6=1; ф- — сборный коэффициент сщка; Н' — макси­мальный суточный слой осадков вероятностью превышения Р=1%, определяемый по данным ближайших к бассейну исследуемого водотока метеорологических станций, имеющих наибольшую дли­тельность наблюдений, или по карте изолиний.

Максимальный модуль стока q'_ia, определяют по приложению 21 [1 1] в зависимости от гидроморфометрической характеристики русла Ф_г, времени склонового добегания t_s (мин) и района, при­нимаемого по приложению 22 [11].

Гидроморфометрическую характеристику русла исследуемой реки вычисляют по формуле

(4.75)

где L — длина реки, км; к_р = 7...\1—гидравлический параметр русла; х — параметр, зависящий от характеристики русла и поймы (х=1/3 при tV<C35%o и к—1 при fr>35%₀); i_r-—средневзвешенный уклон русла, %о.

Время склонового добегания t_s устанавливается по приложе­нию 25 [11] в зависимости от гидроморфометрической характери­стики склонов Ф₅ и карте типа кривых редукции осадков прило­жения 23 [11]:

(4.76)

где / — средняя длина безрусловых склонов водосбора, км; n_s—• коэффициент, характеризующий шероховатость склонов водосбора, определяемый по табл. 13 приложения 2 [7]; i_m> ь — средний уклон водосбора.

Сборный коэффициент стока ср при отсутствии рек-аналогов рассчитывают по формуле

(4.77)

где С₂ — эмпирический коэффициент (С₂=1,2 для лесной и тунд­ровой зон, С₂=1,3 для остальных природных зон); фо — сборный коэффициент стока для водосбора площадью Л = 10 км² и средним уклоном водосбора i_m, 6 = 50%₀, принимаемый по табл. 11 прило­жения 2 [7J; п₅ — показатель, принимаемый по табл. 11 приложе­ния 2 [7]; п₆ — показатель, принимаемый для лесотундры и лесной зоны равным 0,07, для остальных зон — 0,11.

149