книги из ГПНТБ / Переходы через водотоки

мост 4X15 м на железнодорожной ветке, построенной в 1957 г. Отверстие моста было рассчитано на расход 200 м3/сек, в то время как наивысший паводок 1953 г. до постройки моста имел расход 180 м3/сек. Расход паводка 1967 г. был определен

нятся почти в 7 раз. Пользуясь приложением 3, выписываем значения модульных

Из табл. ѴІ-11 вытекает, что в 1967 г. на р. Бадам прошел паводок, ВП ко­ торого в зависимости от принятого С„ по Кр-65 колеблется от 0 до 0,1%. Выпав­ шие осадки 120 мм превышают наблюденные до 1967 г. в 2,1 раза. Известно, что при увеличении слоя стока пик паводка увеличивается в степени 3/г- В данном

Как видно из табл. ѴІ-11, отверстие разрушенного моста и заложение опор были рассчитаны на ВП 15%, т. е. на паводок 1 раз в 7 лет. До более подробного обследования можно считать прошедший паводок 1967 г. чрезвычайно редким, по Кр-65 порядка 1 : 10 000.

Пример 4. Рассмотрим случай сближения редких расходов на периодическом

На изысканиях 1948 г. Л. Л. Лиштваном получена отметка высокого паводка, прошедшего в середине XIX в. с расходом 1250 м3/сек, и отметки паводков с рас­ ходами по 430 м3/сек, прошедших в 1943, 1939 и 1918 гг.

По данным инж. Б. М. Цепелевича, 1 августа 1963 г. на этом водотоке прошел паводок с расходом 1270 м31сек, и второй паводок прошел в ноябре того же года

Исследуем возможные колебания Сѵ в диапазоне от 1 до 3 Примем Сѵ= 3. Тогда

Поэтому для дальнейших расчетов следует принять Сѵ= 2 и Qcp= 134 м3/сек. Сближение двух паводков с ВП 1 : 70 до трех месяцев в одном году является

исключительным явлением.

В некоторых случаях на изысканиях для датировки ВП выдаю­ щихся паводков могут применяться инженерно-геологические и геофизические методы исследования.

Так, после прохода селя 1921 г. на р. Малой Алмаатинке возник вопрос о повторяемости такого явления. Инженеры Н. С. Дюрнбаум и Г. Д. Рождественский сделали шурфы на конусе выноса реки (рис. ѴІ-17), по которым стало видно, что сели на этой реке проходили неоднократно. В разрезе шурфа до глубины 9,5 м можно выделить два-три слоя крупных камней.

Из исторических источников известно, что в 1841 г. на реке про­ шел сель, аналогичный селю 1921 г. Возможно, след его соответ­ ствует глубине шурфа 4,0 м.

В 1949 г. под Москвой (Барвиха) на площади бассейна 5— 6 км2 зарегистрировано выпадение 100 мм осадков за 2 ч. Вероят­ ность выпадения такого количества осадков порядка 1 : 2000— 1 : 5000. В результате стока за этот дождь в низовой части бассей­ на площадью 1,5 км2 образовался плоский супесчаный конус выноса, который через три — пять лет зарос травой. На этой основе Е. В. Болдаковым сделано следующее исследование. Был за­ ложен шурф до морены, чтобы увидеть прослойки гумуса, образо­ вавшиеся после прохода ливней. Глубина шурфа до морены ока­ залась всего 0,63 м, (рис. ѴІ-18). В 800 м от шурфа имеется сква­ жина водоснабжения, устье которой на 20 м выше отметки шурфа. В скважине оказался слой супеси примерно на ту же глубину без всяких прослоек гумуса. Далее шли суглинки и глины еще на 50 м — до известняка.

Из рассмотрения разреза шурфа видно, что после образования современного рельефа прошло пять сильных ливней, нанесших слой песка от 2 до 12 см.

По А. В. Шнитникову, климат на земном шаре обратимо ме­ няется каждые 1500—2000 лет, но резкое изменение его произошло

Рис. ѴІ-17. Разрез шурфа: а) 6/ а — на р. Малой Алмаатинке; б —

вБарвихе (цифрами 1—5 слева обозначены наносы от 5 сильных дождей, прошедших за 10000лет);

в— положение пяти дождей в Барвихе в хронологическом изме­

прошли два очень больших дождя, в том числе один в

Дожди № 1 и 2 прошли в засушливой климатической зоне, что при континентальном климате возможно.

Подобные исследования проводились и за рубежом Л. Вулли и П. Г. Дженсом, что описано в § 28.

§ 26. РАСЧЕТ РАСХОДОВ ПО ОБОБЩЕННЫМ ФОРМУЛАМ

Для определения максимальных расходов со средних и больших бассейнов в проектных организациях наиболее часто пользуются формулами Д. Л. Соколовского, Г. А. Алексеева, А. В. Огиевского, Л. Т. Федорова, а в последние годы — формулой СН 435-72. В за­ висимости от генезиса стока структура формул, за исключением формулы Г. А. Алексеева, разная. Формула Г. А. Алексеева имеет одинаковую структуру как для снегового, так и дождевого стока.

Как показано в работе (10], точность той или другой расчетной формулы — понятие условное. Критерием применимости формулы является продолжительность наблюдений, использованных для составления формулы, и соответствие ее тем природным усло­ виям, для которых формулу хотят применить. Например, формула Д. Л. Соколовского 1968 г. лучше его формулы 1932 г., так как в формуле 1968 г. использованы исходные данные за период наблю­ дений, увеличившийся на 35 лет. Для районов Украины, где имеется своя специфика формирования стока, лучший результат даст фор­ мула А. В. Огиевского — П. Ф. Вишневского, а не формула

Л. Т. Федорова, составленная для средней полосы европейской тер­ ритории Союза ССР, и т. д.

Расход снегового стока следует определять по методу СН 435-72 [142], в основу которого положена формула К. П. Воскресенского — А. А. Соколова. Метод применим как для малых, так средних и больших водосборов. Максимальный расход талых вод расчетной ВП определяется по формуле

где ко — параметр дружности половодья, определяемый по таблице в зависимости от природной зоны и рельефа местности; Ар — расчетный слой суммарного стока, мм, той же ВП, что и рас­ ход (несовпадение ВП /гр и Qp учитывает коэффициент ц, зна­ чение которого для ВП 1—3%' близко к 1,0) определяется по карте и параметрам кривой распределения Cvh и CSh слоя сто­ ка; п — показатель степени от 0,17 до 0,35 определяется по таб­ лице; F — площадь водосбора, км2-, ôi, ô2 — коэффициенты, учи­ тывающие снижение расхода на бассейнах, зарегулированных озерами (ôi), залесенных и заболоченных (ô2).

По сравнению с другими имеющимися формулами для расчета снегового стока формула (ѴІ-22) содержит физически ясные и лег­ ко определяемые параметры. Из недостатков формулы следует от­ метить неоправданное обобщение показателя степени п постоян­ ным для большей части территории СССР и n= 0,15 = const для всех горных рек. Между тем параметр п от северных до южных районов СССР может значительно изменяться [10]. Недостатком формулы (ѴІ-22) является также принятие изменения вероятност­ ного значения /гр по закону трехпараметрического гамма-распре­ деления, что для редких ВП 0,1% и менее по сравнению с распре­ делением Пирсона III типа дает завышение расходов на 5— 10%. Расход дождевого стока наряду с методом СН 435-72 можно опре­ делять по формуле Д. Л. Соколовского [122]:

где H0 и а — начальный слой осадков, мм, и вероятностный коэф­ фициент стока, определяемые по таблице для разных природ­ ных зон; tu — продолжительность подъема паводка; Я — расчет­ ный слой осадков, мм\ F — площадь водосбора, км2; f — коэф­ фициент, характеризующий форму гидрографа; ô — коэффициент, учитывающий местные условия формирования паводка (озера, болота, лесистость и почвы) ; Qrp — расход грунтового питания, предшествующий паводку.

Для определения параметра Н формулы (ѴІ-23) используют «Материалы по расчетным характеристикам дождевых осадков» [82], в которых даны суточные осадки Я р разной ВП, а также орди­

наты 'ф(т) кривых редукции осадков по их продолжительности. Расчетный слой осадков (в мм) определяется как произведение этих величин.

Недостатком формулы (ѴІ-23), что отмечает и сам ее автор, является недостаточная полнота и точность таблицы коэффициен­ тов стока, недостаточность учета почв (для малых водосборов) и неточность рекомендаций о времени подъема паводка. В связи с первыми двумя недостатками нарушаются те интерполяционные свойства формулы, которые могли бы ей дать закономерно изме­ няющиеся по территории дождевые характеристики (Я — Я 0).

Большое количество обычно применяемых эмпирических фор­ мул стока можно обобщить тремя типами:

по сравнению с расходом является более устойчивой (менее варьи­ рующей) характеристикой. Кроме того, модуль стока удобен тем, что позволяет сравнивать удельные расходы с водосборов, распо­ ложенных в различных физико-географических условиях. Поэтому

построение эмпирических зависимостей следует производить не по расходу, а по модулю стока.

Графически формулы (ѴІ-24) — (ѴІ-26) характеризуются пуч­ ком кривых на рис. VI-18.

Формула (ѴІ-24), выражающая уравнение политропы, на лога­

как это видно из графика, определяется точкой пересечения пря­ мой оси ординат, при F = 1, т. е. соответствует модулю стока с 1 км2 площади бассейна. Положение прямой на логарифмическом гра­ фике определяется, с одной стороны, климатическими условиями района, а с другой — ВП модулей стока, принимаемых к обобще­ нию. Чем влажней климат, тем выше на графике будет лежать прямая и тем больше будут значения параметра А. Аналогичным образом меньшим значениям ВП будут соответствовать большие величины А и относительно более высокое положение прямой на графике.

Формула (ѴІ-25) с добавочным членом С в знаменателе изги­ бает прямую, выражающую политропу, в зоне малых площадей бассейнов порядка 1—50 км2. При этом кривизна политропы в'этой

f,*Mz■

Рис. V I-18. Графики эмпирических зависимостей для обработки данных натурных наблюдений:

зоне тем больше (см. рис. V I-18), чем больше значение добавочноного члена С,. Д. Л. Соколовский в формуле снегового стока, ши­ роко распространенной в гидрологических расчетах с 1937 г., для площадей бассейнов более 50— 100 км2 принял С =1, а К. П. Вос­ кресенский (1951 г.) увеличил значение С для лесостепной и степ­

ной зон СССР до 10.

Формула (ѴІ-25) может быть заменена формулой (ѴІ-24), если показатель степени п принять переменным, как это показано

Е. В. Болдаковым (приложение 3).

Наконец, формула (ѴІ-26) со свободным членом ±& на лога­ рифмическом графике дает кривые выпуклостью вниз ( + Ь) или

вверх —Ь.

Эта формула при отрицательном свободном члене впервые была применена для расчетов снегового стока в различных районах

СССР Д. И. Дочериным (1927 г.), а в 1936 г. использовалась Б. Д. Зайковым для расчетов стока в Якутии.

Наиболее простой и в то же время обоснованной по своему фи­ зическому смыслу является формула (ѴІ-24), что и послужило причиной широкого распространения ее в гидрологических расче­ тах как в СССР, так и за рубежом. Формула (ѴІ-24) применяется как для расчетов снегового, так и дождевого стока, но с разными степенными показателями п.

В противоположность этому формулы (ѴІ-25) и (ѴІ-26) посвоему физическому смыслу неверны. Легко видеть, что при Е = 0

Из этого же графика по выражению

Аср — Ô1Ô2Ô3 п

определяют и второй искомый параметр ЛСр. В результате таких исследований получают формулу среднего максимального расхода:

Qcp = qc»F = Fb 1Ô2Ô3 = AcpF^Ô & ôs, (VI-29)

в которой параметр Лср выражает собой модуль нормы стока с 1 км2. Для получения максимального расхода заданной ВП необ­ ходимо знать параметры кривой распределения Сѵ и Cs, которые, как показывалось выше, также могут быть районированы.

Обобщения могут производиться и по менее устойчивым ха­ рактеристикам стока (модулям определенной ВП), в таком случае получают расход той же ВП.

Для массовых расчетов параметр Лср, который для дождевых расходов обычно обозначается буквой В сѵ, удобно районировать в виде изолиний, которые наносят на гипсометрическую карту по гео­ метрическим центрам водосборов.

Точность эмпирической формулы увеличивается, если при ее построении учесть большее число действующих факторов. Здесь на­ до отметить, что наиболее влияющими характеристиками водосбо­ ров при дождевом стоке являются их площади и высота над уров­ нем моря. Что касается других характеристик водосбора (длины, средней ширины, уклона), то они уже определенным образом учи­ тываются площадью водосбора и поэтому в формулу стока входят, как правило, с малыми степенными показателями порядка 0,10— 0,25, в редких случаях — несколько больше.