Прогнозирование максимальных расходов воды в реке расчетной вероятностью превышения (обеспеченностью)

Под максимальным стоком понимается наибольший расход воды, объем или слой стока за многоводную фазу – половодье или паводок.

Максимальный расход воды в реке может рассчитываться в целях:

а) оценки возможных масштабов затоплений в период половодья или паводка;

б) обеспечения безаварийной работы сооружений на водных объектах, в частности, при проектировании сооружений различного назначения: водоподпорных (плотин), транспортных (мостов), гидроэнергетических (ГЭС) и др., а также обеспечения безопасности прилегающих к водным объектам территорий, где предусматривается строительство объектов.

При этом максимальные расходы воды в реке для различных сооружений и территорий определяются с учетом расчетной вероятностью превышения (обеспеченностью) максимальных расходов воды в реке и регламентируется строительными нормами.

В частности, расчетная вероятность превышения (обеспеченность) определяется: для водоподпорных сооружений – классом (параметрами) плотин; для мостов – категорией моста; для территорий, подлежащих застройке – предназначением объектов.

В таблице 4.2.1.1 приведена расчетная вероятность превышения (обеспеченность) максимальных расходов воды в реке для мостовых переходов и дорожных труб.

Максимальные расходы воды в реке, как отмечалось выше, могут вызваться талыми водами (половодье) и дождевыми или ливневыми водами (паводок) в расчетах используют большее значение из этих двух видов максимальных расходов.

Рассмотрим определение максимальных расходов воды весеннего половодья.

Исходными данными для определения максимального расхода воды в реке (рис. 7.2.4.1) являются:

место расположения (координаты) створа реки;

размер площади водосбора F для заданного створа;

координаты центра площади водосбора;

относительная озерность площади водосбора, f_оз, %;

относительная занесенность площади водосбора, f_л, %;

относительная заболоченность площади водосбора, f_Б, %;

относительная распаханность водосбора, f_а; %;

расчетная вероятность превышения (обеспеченность) максимального расхода воды в реке, р (%).

При этом расчетная вероятность превышения (обеспеченность) максимального расхода воды в реке р (%) принимается:

при оценке возможных масштабов затоплений – по данным прогноза Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды;

при строительстве сооружений – по данным строительных норм в зависимости от класса (категории) сооружения (см. табл. 4.2.1).

Максимальный расход воды в реке весеннего половодья.

При отсутствии данных гидрометрических наблюдений максимальный расход воды в реке весеннего половодья Q_p (м³/с) расчетной вероятностью превышения (обеспеченностью) р (%) вычисляется по формуле

где h_o – средний многолетний слой стока, мм, определяемый по карте «Среднемноголетний слой стока половодья рек РФ»;

К_р- модульный коэффициент слоя стока расчетной вероятностью превышения (обеспеченностью) р (%), определяемый в зависимости от коэффициента вариации С_V, устанавливаемого по карте «Коэффициент вариации среднемноголетнего слоя стока половодья рек РФ», отношения С_S /C_V этой величины, устанавливаемого по карте «Районирование значений соотношения С_S /C_V для весеннего половодья рек РФ”» и величины отклонения ординат кривой распределения от середины а_р, устанавливаемого по таблице.

При этом К_р вычисляется по формуле:

.

Здесь К_вп – параметр, характеризующий дружность весеннего половодья, определяется по таблице.

М – коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов воды, принимается по таблице;

F – площадь водосбора, км²;

– параметр, учитывающий снижение интенсивности редукции максимального стока с уменьшением площади водосбора, принимается по таблице 4.6, приложение 4;

n – показатель степени редукции, принимается по таблице.

δ – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды за счет озер, в залесенных и заболоченных бассейнах, а также под влиянием агротехнических мероприятий. Этот сборный коэффициент определяется по формуле

Здесь К_о – коэффициент, учитывающий снижение максимального стока реки за счет озер, определяется по формуле

где С – коэффициент, принимаемый в зависимости от величины среднего многолетнего слоя весеннего стока по таблице;

f₀₃ – относительная озерность площади водосбора (%).

Если озера расположены на водосборе, вне главного русла и основных протоков (внутриболотные озера), значение коэффициента К_о следует принимать равным 0,8, независимо от степени озерности.

При относительной озерности площади водосбора менее 2% (f₀₃ < 2%) коэффициент К_о принимается равным единице.

Для горных рек коэффициент К_о также принимается равным единице.

К_л – коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов воды в залесенных бассейнах, определяется по формуле

где n^' – коэффициент редукции, принимаемый по таблице;

а – параметр, учитывающий расположение леса на водосборе, принимается по таблице 4.8., приложение 4;

f_л – относительная заселенность площади водосбора, %.

При залесенности менее 3% или при проточной озерности более 20% коэффициент К_л принимается равным 1.

Для горных рек коэффициент К_л также принимается равным единице.

К_δ – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды заболоченных водосборов, определяется по формуле

где β – коэффициент, учитывающий тип болот и состав почвогрунтов вокруг болот, принимаемый по таблице.

f_δ – относительная площадь болот на водосборе (заболоченность), %.

При заболоченности водосбора менее 3% или при относительной озерности более 6,4% коэффициент К_δ принимается равным единице.

К_а – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды под влиянием агротехнических мероприятий (распашки водосбора под сельскохозяйственные угодья). Рассчитывается для рек с площадью водосбора F 200 км², определяется по таблице.

На реках с площадью водосбора F > 200 км² коэффициент К_а принимается равным единице. Для горных рек коэффициент К_а также принимается равным единице.

Максимальные расходы воды дождевых паводков.

Максимальные расходы воды дождевых паводков расчетной вероятностью превышения (обеспеченностью) р% определяются по формуле

где q₂₀₀ – модуль максимального мгновенного расхода воды ежегодной вероятностью превышения (обеспеченностью р = 1%, приведенный к площади водосбора 200 км², определяется по карте «Параметр q₂₀₀ вероятность превышения р = 1%», м³/с км²;

F – площадь водосбора, км²;

n – показатель степени редукции максимального модуля дождевого стока, определяется по карте.

λ_р% - переходный коэффициент от максимальных мгновенных расходов воды ежегодной вероятностью превышения р = 1% к максимальным расходам воды другой вероятностью превышения (обеспеченностью) р%; принимается по карте и таблице.

δ₁ – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды дождевых паводков за счет озер, заселенных и заболоченных бассейнов, агротехнических мероприятий, средней высоты водосбора.

Этот сборный коэффициент определяется по формуле

Здесь К_о1 – коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов воды дождевых паводков за счет озер, определяется как и при расчете максимальных расходов воды весеннего половодья по формуле

где коэффициент с принимается равным 0,11.

Для горных рек коэффициент К_о1 принимается равным единице.

К_л1 – коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов воды дождевых паводков в залесенных бассейнах, определяется как и при расчете максимальных расходов воды весеннего половодья по формуле

Для горных рек коэффициент К_л1 принимается равным единице.

К_δ1 – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды вследствие заболоченности водосбора, определяется, как и при расчете максимальных расходов воды весеннего половодья по формуле

где коэффициент β принимается равным 0,5.

Для горных рек коэффициент К_δ1 принимается равным единице.

К_а1 – коэффициент, учитывающий снижение максимальных мероприятий (распаханности водосбора). Определяется для рек с площадью водосбора F 200 км², как и при расчете максимальных расходов воды весеннего половодья.

На реках с площадью водосбора F > 200 км², коэффициент К_а1 принимается равным единице.

Для горных рек коэффициент К_а1 также принимается равным единице.

К_В1 – коэффициент, учитывающий изменение параметра q₂₀₀ с изменением средней высоты водосбора в горных районах, определяется по таблице.

Для равнинных районов коэффициент К_В1 принимается равным единице.

Вычисленные максимальные расходы воды весеннего половодья Q_р,т и дождевого паводка Q_р,л сравниваются, и берется наибольший из них, который принимается за максимальный расчетный расход Q_р,макс и учитывается при оценке затоплений местности или при проектировании сооружений.