2.5.3. Расчет стока с малых водосборов.

В зависимости от происхождения различают следующие виды стока: дождевой паводок (ливневый сток) и весеннее половодье (сток от снеготаяния). Количество воды, притекающей с водосбора к водопропускному сооружению в единицу времени, называется расходом стока Q, м³/с.

Вероятность превышений расходов паводков и соответствующих им уровней воды на пике паводков следует принимать [5]:

для линии Ш категории и выше – 1:100 (1℅) при расчетных паводков и 1:300 (0,33℅) при наибольших паводках;

для линии IV категории – 1:50 (2℅) при расчетных паводках и 1:100 (1℅) при наибольших паводках.

При проектировании сток рассчитывается в соответствии с нормами главы СНиП 2.01.14-83 «Определение расчетных гидрологических характеристик» и Инструкцией по расчету ливневого стока воды с малых бассейнов (ВСН 63-76). При выполнении дипломного проекта преобладающий сток определяется по ВСН 63-76, а расход воды определяется по методике, разработанной Б.Ф.Перевозниковым и рекомендованная Пособием по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений [9].

Расчет дождевых паводков.

Максимальный расход стока дождевых паводков вероятности превышения 1℅ для водосборов с песчаными почвами определяют по номограмме (рисунок 2 приложения 7) в зависимости от площади F водосбора и уклона J главного водосбора для каждого из 10-ти ливневых районов, устанавливаемых по карте-схеме (рисунок П7.1 приложения 7), и пяти групп климатических районов (таблица 2.20).

Для определения расходов иных вероятностей превышения и в случае почв водосбора, отличных от песчаных, расход Q_ном, полученный по номограмме (рисунок П7.2 приложения 7), умножают на поправочный коэффициент k_л (таблица 2.21), т.е. Q_p,℅= Q_ном∙ k_л.

Пример. Определить расход стока дождевых паводков вероятности превышения р = 0,33℅ для водосбора площадью F = 4,5 км² в районе южнее Якутска. Грунты – суглинки, уклон главного лога J = 23 ‰.

По карте-схеме (смотри рисунок 1 приложения 7) район строительства относится к 5-му ливневому району, который соответствует III группе климатических районов (смотри таблица 2.19). В правой части номограммы на шкале F (смотри рисунок 2 приложения 7) находим точку, соответствующую площади водосбора 4,5 км², и через нее проводим вертикальную прямую до пересечения с линией, которая относится к 5-му ливневому району. Через полученную точку проводим горизонтальную прямую до пересечения со шкалой Y (точка а). В левой части номограммы на шкале J находим точку, соответствующую уклону лога 23 ‰, и через нее проводим вертикаль до пересечения с линией, у которой указана группа климатических районов – III. Через полученную точку проводим горизонтальную линию до пересечения со шкалой X (точка б). Соединяем точки а и б прямой и в месте пересечения со шкалой Q находим Q_ном = 26 м³/с. Вероятность превышения этого расхода 1 ℅ и он соответствует песчаным и супесчаным грунтам. Для суглинистых грунтов при р = 0,33℅ находим по таблице 2.20 поправочный коэффициент k_л = 1,46. Искомый расход Q_p,℅= Q_ном∙ k_л = 26∙ 1,46 = 38,0 м³/с.

Таблица 2.20. Ливневые и климатические районы.

Номер ливневых районов	1, 2, 3	3а, 4	5, 6	7, 8, 9	10
Группа климатических районов	V	IV	III	II	I

Таблица 2.21. Поправочные коэффициенты к расходу стока дождевых поводков.

Вероятность превышения расхода, Р ℅	Грунты водосбора
	Глинистые и суглинистые	Песчаные и Супесчаные	Рыхлые (осыпи)
0,33	1,46	1,39	1,32
1	1,05	1,00	0,96
2	0,88	0,84	0,80

Сток весеннего половодья.

Этот вид стока определяют для районов, расположенных севернее штриховой линии, нанесенной на карту-схему изолиний элементарного модуля стока весеннего половодья (рисунок П7.4 приложения 7). Южнее этой линии учитывают только сток дождевых паводков как преобладающий. Расход стока весеннего половодья зависит от климатических условий района, которые определяют элементарный модуль стока, и от характеристик данного водосбора: размеров площади, заболоченности и озерности.

Элементарным модулем стока весеннего половодья С_р℅ называется расход воды, м³/с, стекающий во время снеготаяния с 1 км² площади водосбора минимальных размеров (когда площадь водосбора стремиться к нулю). Элементарный модуль стока вероятности превышения р = 1℅ С_1℅ определяется по карте изолинии (рисунок П7.3 приложения 7). Расположенные в пределах водосбора болота и озера, аккумулируя талые воды, уменьшают расход стока весеннего половодья. В ходе проектирования озерность и заболоченность устанавливают по планам водосборов как выраженное в процентах отношение площади озер и болот к общей площади водосбора.

Максимальный расход стока весеннего половодья вероятности превышения р = 1℅ определяют по номограмме (рисунок П7.4 приложения 7). Для определения расходов иной вероятности превышения расход, полученный по номограмме, умножают на поправочный коэффициент k_c= 1,37 при р = 0,33℅ и k_c= 0,87 при р = 2℅. Если на планшете нет болот, то при использовании номограммой условно принимают заболоченность равной 1℅. При степени озерности более 20℅ влияние заболоченности в расчетах не учитывают и сток определяют по номограмме для озерности 20℅ и заболоченности 1℅.

Расчет снегового и ливневого стока при курсовом и дипломном проектировании можно произвести только для одного бассейна (определение доминирующего стока). Для остальных бассейнов расчетный и максимальный расходы воды определяется для каждого бассейна по номограмме преобладающего стока.

Пример. Определить максимальный расход стока весеннего половодья вероятности превышения р = 0,33℅ для водосбора (смотри предыдущий пример) при заболоченности 4,5 ℅ и озерности 2 ℅.

По карте (смотри рисунок 3 приложения 7) принимаем для района южнее Якутска элементарный модуль стока весеннего половодья С_1℅ = 2,5 м³/с∙км². На шкале F номограммы (смотри рисунок 4 приложения 7) находим точку, соответствующую площади водосбора 4,5 км², и через нее проводим вертикальную прямую до пересечения с линией элементарного модуля С_1℅ = 2,5. От найденной точки проводим горизонтальную линию до пересечения с вертикальной шкалой Х (точка а). На шкале «Заболоченность» находим точку, соответствующую 4,5 ℅, проводим через нее вертикальную прямую до пересечения с линией 2 ℅ озерности. Через точку пересечения проводим горизонтальную линию до пересечения со шкалой Y (точка б). Соединяем точки а и б прямой и в месте ее пересечения со шкалой Q находим Q_1℅ = 8,0 м³/с.

Для Q_0,33℅ поправочный коэффициент k_с = 1,37 и искомый расход Q_{0,33 ℅}= Q_{1 ℅}∙ k_с = = 8,0∙ 1,37 = 11,0 м³/с.

В рассмотренных примерах доминирующим является расход дождевых паводков, поэтому отверстие водопропускного сооружения рассчитывают исходя из этого расхода.