где α – коэффициент, характеризующий гидрологическую изученность рек; принимают равным 1,0 для гидрологически изученных рек, во всех остальных случаях 1,5; N – число лет наблюдений с учетом приведения к многолетнему периоду; Е0,01 % – величина, характеризующая случайную среднюю квадратическую ошибку расчетного расхода воды ежегодной вероятности превышения

Р = 0,01 %.

Поправка ∆Q0,01 % должна приниматься равной не более чем 20% значения максимального расхода Q0,01 %. Принимаемый расчетный расход с учетом гарантийной поправки не должен быть меньше, чем наибольший наблюденный расход.

29. Наивысшие уровни воды

Расчетные наивысшие уровни воды рек в створе поста определяют по аналитической кривой распределения вероятностей превышения ежегодных наивысших мгновенных или срочных уровней воды за период многолетних наблюдений. При неоднородности наивысших уровней воды допускается использование эмпирических кривых вероятностей распределения.

Для рек, наивысшие уровни которых наблюдаются в разные фазы водного и ледового режимов, производят обработку однородных рядов уровней, соответствующих снеговому половодью, дождевым паводкам и паводкам ледниковых вод при свободном состоянии русла, а также обработку максимальных уровней при зажорах и заторах, осеннем и весеннем ледоходах.

При определении вероятности превышения высшего исторического уровня, установленного по данным опроса жителей или архивным источникам, принимают число лет, в течение которых он не был превышен.

Определение расчетных наивысших уровней воды озер следует производить по кривым распределения вероятностей превышения уровней теми же приемами, что и для рек. В засушливой зоне, учитывая наличие длительных квазициклических колебаний уровня воды озер, необходимо выполнять специальные водобалансовые исследования с использованием данных по морфометрии озерной котловины, а также архивных и других материалов.

Расчетные уровни вверх или вниз по течению реки в случае свободного состояния русла переносят по одному из трех способов:

а) по кривым расходов воды Q = f(H);

б) по кривым связи соответственных уровней воды; в) по продольному профилю водной поверхности с учетом ее уклона при

высоком уровне воды.

Перенос с помощью кривых Q = f(H) осуществляют на бесприточных и малоприточных участках рек значительной протяженности, если для опорного створа имеется надежная кривая расходов воды и данные многолетних наблюдений за стоком, позволяющие определить максимальный расход воды расчетной вероятности превышения. В этом случае на участке проектирования открывают один или несколько временных гидрологических постов и производят параллельные с опорным постом наблюдения за уровнями. Учитывая, что соот-

77

ветственным уровням на участке отвечает один и тот же расход воды, строят в единой системе отметок кривые Q = f(H) для каждого из створов, которые экстраполируют до расчетного максимума расхода. По этим кривым определяют соответствующие ему значения расчетных наивысших уровней в створах временных постов и по ним строят продольный профиль водной поверхности.

Способ переноса расчетного наивысшего уровня воды по связи соответственных уровней требует соблюдения тех же условий, что и в рассмотренном выше способе. Отличие его заключается в том, что экстраполируют не кривые Q = f(H), а кривые связи соответствующих уровней. Характер этих кривых зависит от гидравлических и морфометрических особенностей реки в створах постов и между ними. Поэтому данный способ может быть применен, если параллельными наблюдениями охвачено не менее 80% многолетней амплитуды колебаний уровня воды в опорном створе и наличие надежной связи в верхней части кривой выявилось достаточно отчетливо. Кривые связи строят по ежегодным значениям максимальных уровней воды, характерным переломным точкам графиков колебания уровня или ежедневным значениям уровней с учетом времени добегания воды между постами. Связь уровней считают удовлетворительной, если коэффициент корреляции r ≥ 0,8.

Перенос уровней воды по продольному профилю водной поверхности производят в пределах небольших по длине речных участков (1 – 3 км) с учетом зависимости уклона от уровня в условиях установившегося потока.

В устьевых и приустьевых участках рек в отдельные фазы их режима следует учитывать возможность подпора воды со стороны водоприемника. Наивысшие уровни в пределах зон подпора переносят по кривой подпора.

Если наивысшие уровни приходятся на период с ледовыми явлениями, то их перенос осуществляют по графикам связи уровней или кривым Q = f(H) для открытого (свободного) русла и расходам воды, вычисленным по формуле

где Qр% – расход воды в опорном створе; kQ – зимний коэффициент, учитывающий изменения гидравлических характеристик водного потока в результате ледовых явлений (ледохода, ледостава, скопления льда).

Если участок проектирования по условиям ледового режима более или менее однороден, то зимний коэффициент kQ, характеризующий то или иное явление, может быть принят одинаковым для всех створов. При неоднородном ледовом режиме учитывают различие значений kQ от створа к створу и значения этого коэффициента определяют путем специальных полевых исследований и расчетов.

Перенос наивысших уровней воды озер от опорного водомерного поста к другим постам производят по графикам связи уровней воды или непосред-

ственно по взаимно увязанным отметкам с учетом волнения и ветрового нагона. Продолжительность стояния высоких уровней устанавливают по хронологическим графикам уровней воды в период половодий и паводков, наиболее неблагоприятных по условиям затопления и подтопления застраиваемой территории. Вероятностные значения продолжительности стояния Тp% определяют по

78

кривой обеспеченности ежегодной длительности превышения той или иной отметки затопления территории (например, отметки выхода воды на пойму). С учетом полученного значения Тp% строят расчетный график хода уровней по модели одного из наблюдавшихся продолжительных половодий или паводков. Пересчет ординат и абсцисс графика производят с помощью переходных коэффициентов KH и KT:

где Hp% и Тp% – максимальный расчетный уровень воды, см, и расчетная продолжительность стояния уровня, сут; НM и ТM – максимальный уровень воды, см, и продолжительность для модельного графика колебания уровня воды, сут; НН.З – отметка начала затопления.

30. Определение расчетных гидрологических характеристик при недостаточности данных гидрометрических наблюдений

При недостаточности данных гидрометрических наблюдений параметры кривых распределения вероятностей гидрологических характеристик, а также основных элементов расчетного гидрографа необходимо приводить к многолетнему периоду с привлечением данных наблюдений пунктов-аналогов.

Приведение рассматриваемой гидрологической характеристики осуществляют в случаях, когда средняя квадратическая погрешность расчетного значения гидрологической характеристики превышает 10% для годового и сезонного стоков, 20% – для максимального и минимального стоков.

При выборе рек-аналогов необходимо учитывать следующие условия:

–однотипность стока реки-аналога и исследуемой реки;

–географическую близость расположения водосборов;

–однородность условий формирования стока, сходство климатических условий, однотипность почв (грунтов) и гидрогеологических условий, близкую степень озерности, залесенности, заболоченности и распаханности водосборов;

–средние высоты водосборов не должны существенно отличаться, для горных и полугорных районов следует учитывать экспозицию склона и гипсометрию;

–отсутствие факторов, существенно искажающих естественный речной сток (регулирование стока, сбросы воды, изъятие стока на орошение и другие нужды).

При выборе пункта-аналога основным критерием является наличие синхронности в колебаниях речного стока расчетного створа и створов-аналогов, которые количественно выражают через коэффициент парной или множественной (при одновременном использовании нескольких аналогов) корреляции между стоками в этих пунктах.

При выборе аналогов следует учитывать как возможно большую продолжительность наблюдений в этих пунктах, так и более тесные связи между стоком в приводимом к многолетнему периоду пункте и стоком в пунктах-анало- гах. Необходимо учитывать пространственную связанность рассматриваемой гидрологической характеристики, которую количественно выражают через мат-

79

рицу парных коэффициентов корреляции или пространственную корреляционную функцию, представляющую собой зависимость коэффициентов парной корреляции стока рек от расстояния между центрами тяжести водосборов. Матрицы парных коэффициентов корреляции и корреляционные функции определяют в однородном по пространству гидрологическом и физико-географичес- ком районе.

При восстановлении значений стока за отдельные годы и расчете параметров и квантилей распределения необходимо производить статистическую оценку значимости и устойчивости получаемых решений с определением случайных и систематических погрешностей.

Допускается использование гидрометрической, а также метеорологической и другой информации, период наблюдений за которой превышает период наблюдений за рассматриваемой гидрологической характеристикой. При привлечении метеорологической и другой информации могут быть использованы региональные зависимости рассматриваемой гидрологической характеристики от факторов, ее определяющих.

Приведение гидрологических рядов и их параметров распределения к многолетнему периоду, как правило, осуществляют аналитическими методами. Для предварительного приведения допускается использование графических и графоаналитических методов.

При расчете параметров распределения и значений стока за отдельные годы Qi с использованием аналитических методов, основанных на регрессионном анализе, должны соблюдаться следующие условия:

где n' – число совместных лет наблюдений в приводимом пункте и пунктах-ана-

логах (n' ≥ 6 при одном аналоге, n' ≥ 10 при двух и более аналогах) или число пунктов-аналогов при восстановлении с привлечением кратковременных наб-

людений (n' ≥ 6); R – коэффициент парной или множественной корреляции между значениями стока исследуемой реки и значениями стока в пунктах-ана-

логах; k – коэффициент уравнения регрессии; σk – средняя квадратическая погрешность коэффициента регрессии; Rкр – критическое значение коэффициента

парной или множественной корреляции (обычно задается ≥ 0,7); Акр, Bкр – кри-

тические значения отношений R/σR и k/σk (обычно задаются ≥2,0).

Если хотя бы один из коэффициентов уравнения регрессии не удовлетворяет условию (30.1), то это уравнение не используют для приведения к многолетнему периоду.

В слабо изученном в гидрологическом отношении районе Rкр, Акр и Bкр могут быть уменьшены, а в хорошо изученном – увеличены. При увеличении значений Rкр, Акр и Bкр возрастает точность, но уменьшается объем восстановленных данных.

Для расчета параметров распределения и значений стока за отдельные годы используют аналитические методы, основанные на регрессионном анализе с привлечением одного или нескольких пунктов-аналогов на различных временных этапах. Поэтапное использование нескольких аналогов расширяет возможности приведения и делает его более качественным по сравнению с методами, в которых используется дополнительная информация в одном пункте-ана-

80