Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Науки о Земле. Учебное пособие
.pdf
продолжительности склонового добегания и продолжительности
руслового добегания.
Период времени движения воды по склонам называется
продолжительностью склонового добегания.
Продолжительность склонового добегания зависит от рельефа, шероховатости, длины и уклонов склонов, почв, растительности и других факторов. На плоских заболоченных низменностях ее принимают в среднем равной 150 мин, в лесной и лесостепной зонах 60 мин, в горных районах -10 мин.
Продолжительность руслового добегания зависит от длины
и уклонов рек, гидравлической характеристики русла. Линии одновременного добегания - изохроны. Площади бассейна, заключенные между изохронами, называются площадями одновременного стекания.
Если за первый час дождевая вода стечет с площади f1, то с
площади f2 к замыкающему створу вода придет через 2 часа, с
площади f3 - через 3 часа.
Предположим, что в первый час средний слой стока h1, во
второй – h2, в третий – h3, в четвертый – h4. Тогда к концу первого
часа сток в замыкающем створе бассейна
Q1 = h1f1,
к концу второго часа Q2= h1f2 + h2f1,
к концу третьего часа Q3 = h1f3 + h2f2 + h3f1,
к концу четвертого часа Q4 = h2f3 + h3f2 + h4f1,
к концу пятого часа Q5 = h3f3 + h4f2,
к концу шестого часа Q6 = h4f3.
5.2.1. Определение параметров
расчетных гидрографов максимального стока
Расчетные гидрографы рек весеннего половодья и дождевых паводков необходимо определять при проектировании водохранилищ, отводе вод от сооружений в период их строительства,
расчете заполнения пойм и лиманов, пропуске высоких вод через
дорожные и другие искусственные сооружения.
Основными элементами расчетного гидрографа являются:
объем стока заданной обеспеченности W
, м3 , максимальный
П, Р%
151
расчетный расход воды Q
, м3/с, общая продолжительность
Р%, макс
Т и продолжительность подъема половодья (паводка) tП, а также
форма гидрографа.
Расчетные гидрографы строятся по моделям наблюдаемых
ранее высоких весенних половодий и дождевых паводков с наиболее неблагоприятной их формой, для которых основные элементы гидрографов и их соотношения близки к расчетным.
Для расчета отверстий дорожных и других искусственных
сооружений допускается принимать схематизацию гидрографов
стока воды рек весеннего половодья и дождевых паводков по
геометрическим формам (треугольник, трапеция, парабола).
Для весеннего половодья расчетные гидрографы стока воды
рек определяются по среднесуточным расходам воды, гидрографы внутрисуточного хода рассчитываются, если максимальный
расход воды в 1,5 раза больше соответствующего ему среднесуточного расхода воды.
Для дождевых паводков гидрографы рассчитываются по
мгновенным расходам воды.
Среднесуточный максимальный расход воды расчетной
обеспеченности вычисляют по формуле
Q'
Р%, макс
= Q
Р%, макс
/ kτ,
где Q
- расчетный мгновенный расход воды, м3/с;
Р%, макс
kτ - коэффициент, зависящий от физико-географических ус-
ловий площади водосбора и служащий для перехода от расчетных максимальных расходов воды к среднесуточным максимальным расходам для равнинных рек.
Условную продолжительность подъема половодья в сутках
вычисляют по формуле
tП = 0,0116λhP% / q
P% .
Чтобы перейти от гидрографа-модели конкретного наблюденного гидрографа к расчетному, необходимо умножить ординаты гидрографа - модели на коэффициент k = Q
Р%, макс
/ QМ.
152
При отсутствии данных наблюдений одновершинный гидрограф весеннего половодья (дождевого стока) рассчитывают,
пользуясь таблицами по значению коэффициента несимметричности kS, определяемого по формуле
kS = hП / h,
где hП - слой стока за период подъема;
h - слой всего половодья или паводка, и по значению коэффициента λ, определяемого по формуле
λ
= qtП / 0,0116h,
где tП - продолжительность подъема весеннего половодья.
Ординаты расчетного гидрографа определяют по формуле
Qi = yQ
Р%, макс
,
абсциссы - по формуле
ti = xtП,
где x, y - относительные ординаты расчетного гидрографа стока
воды.
5.2.2. Определение расчетных максимальных расходов
при наличии длительного ряда наблюдений
Расчетным максимальным расходом называют расход воды
в водотоке, на пропуск которого рассчитывают гидротехнические
сооружения (назначают размеры плотин, водосборных сооружений, мостов и других гидротехнических сооружений.). Основным
критерием при определении расчетного максимального расхода
является обеспеченность этого расхода, которая установлена
нормативными документами и учитывает срок службы сооружения, условия эксплуатации, последствия разрушения, гидравлические и экономические факторы. Временные гидротехнические
153
сооружения рассчитывают на максимальный расход обеспечен-
Тип ра
с
чета
Класс сооружений
I II III IV
Основной
Поверо
ностью 10 %.
В зависимости от народнохозяйственного значения гидротехнические сооружения подразделяют на четыре класса капитальности, для каждого из которых в зависимости от типа расчета
установлены расчетные значения максимальных расходов воды
заданной обеспеченности (табл.5.1).
При любом типе расчета для всех классов сооружений
пропуск расчетного максимального расхода воды не должен приводить к нарушению нормальной эксплуатации сооружений, катастрофическим наводнениям со значительным ущербом.
Таблица 5.1
0,1 1,0 3,0 5,0
чный 0,01 0,1 0,5 1,0
Если такая возможность вероятна, необходимо проверять
работу гидротехнических сооружений на пропуск максимального
расчетного расхода обеспеченностью 0,01 %.
Для расчетов используют метод наибольшего правдоподобия или метод моментов.
При наличии длительного ряда наблюдений порядок определения параметров аналитической кривой аналогичен описанному ранее, однако ряд наблюдений в данном случае формируют
из мгновенных максимальных расходов (по одному максимуму из
каждого года наблюдений). Полученный ряд должен быть однороден по происхождению, поэтому ряды максимумов половодий
и дождевых паводков составляют отдельно с указанием доверительных интервалов эмпирической обеспеченности для наибольшего и наименьшего членов ряда гидрометрических наблюдений.
Продолжительность периода наблюдений считают достаточной,
если он включает не менее двух циклов; при этом средняя квадратичная ошибка расчетного максимального расхода не должна
превышать ±10 %.
154
n
_
Q Q n
i
=∑1
i
max
/=
,
где Q
- мгновенные максимальные расходы воды за отдель-
i max
ный год, м3/с;
n - число лет наблюдений.
Экстраполяцию эмпирических данных проводят с использованием аналитической кривой трехпараметрического гаммараспределения либо (при Сs≥2Cv) биноминальной кривой.
Коэффициент вариации Сv и коэффициент асимметрии Сs
для трехпараметрического гамма-распределения определяют по
номограммам в зависимости от статистик
λ
и
λ
или методом
2
3
моментов.
Возможность появления редких экстремальных расходов
(выдающихся исторических максимумов) также учитывают при
определении параметров аналитических кривых обеспеченности.
Если исторический максимум стока не входит в имеющийся ряд
наблюдений, при расчетах используют следующие формулы:
метод наибольшего правдоподобия
1
2
N
Q
lg
Q
N
max
−
1N
+=λ
−
lg
∑
1n
=n1i
Q
Q
maxi
max
Q
1
3
Q
N
max
Q
lg
Q
N
max
N
−
+=λ
−
Q
1N
1n
∑
=n1i
Q
maxi
max
lg
Q
Q
maxi
max
метод моментов
−
1
Q
C ,
V
N
N
Q
Q
1
Q
max
1N
+=
N
∑
n
=n1i
2
+
−=
1
Q
maxiNmax
2
−
−
Q
1N
∑
1n
maxi
Q
=n1i
max
−
1
155
где QN - экстремальный расход, установленный по историческим
данным;
n - продолжительность периода наблюдений;
N - продолжительность наблюдения экстремального расхода.
Если выдающийся исторический максимум входит в ряд
гидрометрических наблюдений, параметры аналитической кривой обеспеченности определяют по следующим формулам:
метод наибольшего правдоподобия
1
2
N
Q
lg
Q
N
max
−
1N
+=λ
−
lg
∑
2n
=n1i
Q
Q
maxi
max
Q
1
3
Q
N
max
метод моментов
1
Q
C ,
V
По найденным ординатам аналитической кривой обеспеченности определяют расчетные максимальные расходы воды
заданной обеспеченности по формуле
При проведении проверочных расчетов для всех классов
капитальности гидротехнических сооружений на пропуск максимальных расчетных расходов 0,01 %-ной обеспеченности к полученному значению Q
вычисляемую по формуле
N
N
Q
1
N
Q
Q
Q
lg
Q
+=
N
−=
max
QKQ = .
max%Pmax%P
0,01% max
N
max
−
−
1
−
+=λ
−
1N
Q
∑
1n
=n1i
2
+
прибавляют гарантийную поправку,
Q
1N
2n
maxiNmax
∑
=n1i
maxi
lg
Q
max
−
−
Q
1N
∑
2n
maxi
Q
=n1i
max
Q
−
Q
1
maxi
max
2
156
=∆ ,
n/QaEQ
%01,001,0%01,0
где а - коэффициент, характеризующий гидрологическую изученность рек, принимается равным 1,0 для гидрологически изученных рек; 1,5 - для слабо изученных;
n - число лет (с учетом приведения к многолетнему периоду);
Е
- величина, характеризующая случайную среднюю
0,01%
квадратичную ошибку расчетного расхода воды обеспеченностью
Р = 0,01 %.
Значение гарантийной поправки ∆Q
лее 20 % значения максимального расхода Q
должно быть не бо-
0,01%
. Принимаемый
0,01%
расчетный расход с учетом гарантийной поправки не должен
быть меньше наибольшего наблюдаемого расхода воды.
5.2.3. Определение максимальных расходов половодий
при отсутствии данных наблюдений
При отсутствии данных гидрометрических наблюдений
расчет максимальных расходов весеннего половодья с заданной
обеспеченностью, устанавливаемой по бассейнам-аналогам, ведут по эмпирической формуле, включающей основные факторы,
влияющие на величину стока с территории водосборного бассейна в этот период.
Максимальный расход талых вод вычисляют по формуле
QР% = КОh
Р%
µδδ1δ
F / (F + F1)n1,
2
где КО - параметр, характеризующий дружность весеннего половодья, определяемый обычно по данным рек-аналогов обратным
путем по этой же формуле;
hР% - расчетный слой суммарного весеннего стока обеспеченностью Р, %, определяемый в зависимости от коэффициентов вариации Сv и отношения Сs/Cv, а также среднего многолетнего
слоя стока hср, устанавливаемого по рекам-аналогам или по карте
изолиний, мм;
µ
- коэффициент, учитывающий неравенство статистических
параметров слоя стока и максимальных расходов воды;
157
δ - коэффициент, учитывающий влияние водохранилищ, прудов, проточных озер;
δ
- коэффициент, учитывающий снижение максимального
1
расхода воды в залесенных бассейнах;
δ
- коэффициент, учитывающий снижение максимального
2
расхода воды в заболоченных бассейнах;
F1 - дополнительная площадь водосбора, учитывающая снижение редукции, км2;
n1- показатель степени редукции.
Коэффициент δ определяют по формуле
δ
= 1 / (1 + сFоз),
где где с - коэффициент, принимаемый в зависимости от среднего
многолетнего слоя весеннего стока;
Fоз - средневзвешенная озерность, определяемая в процентах
с учетом расположения регулирующих озер в бассейне по формуле
n
F S F F
03
100=
( ) /
∑
i
1
=
i i
,
где Si - площадь зеркала озера, км2,
Fi - площадь водосбора реки выше озера, км2.
При наличии в бассейне озер, расположенных вне главного
русла и основных притоков, величину δ следует принимать равной 1 при озерности менее 2 % и 0,8 при озерности более 2 %.
Учет влияния водохранилищ производится по проектным
материалам и эксплутационным данным. Влияние прудов при
расчете максимальных расходов воды обеспеченностью не более
5 % не учитывается, при Р>5 % допускается уменьшение расчетного расхода до 10 %.
Коэффициент
δ
определяют по формуле
1
(1 = (1/( FЛ + 1)n2,
где FЛ - залесенность, %;
n2 - коэффициент редукции;
158
α
- параметр, определяемый по справочным данным, назна-
1
чается в зависимости от природной зоны (лесная, лесостепная),
расположения лесов (А - равномерное расположение лесов, В - в
верховой части водосбора, С - в нижней и прирусловой частях
водосбора) и от степени залесенности водосборного бассейна
(FЛ, %). При залесенности менее 3 % коэффициент
Коэффициент
δ
= 1 - βlg(0,1Fσ + 1),
2
δ
определяют по формуле
2
δ
= 1.
1
где Fσ - относительная площадь болот и заболоченных лесов и
лугов в бассейне, %; (зависит от типа болот и принимается по
справочным данным, табл. 5.2).
Если болот менее 3 %.
Таблица 5.2
Тип болот Коэффициент β
Низинные болота, заболоченные леса и луга 0,8
Водосборы, включающие болота разных типов 0,7
Верховые болота на супесчаных и суглинистых грунтах 0,5
Верховые болота на водосборах, сложенных среднесуг-
линистыми и глинистыми почвами
0,3
5.2.4. Определение максимальных расходов
дождевых паводков
при отсутствии данных наблюдений
Максимальные расходы воды дождевых паводках при от-
сутствии данных гидрометрических наблюдений определяют по
эмпирическим формулам, учитывающим влияние основных факторов формирования стока дождевого паводка. Для расчета используют редукционные формулы или формулу предельной интенсивности, включающие данные по бассейнам-аналогам. Основанием для выбора определенного типа расчетных формул служит природная зона или район расположения, а также величина
площади водосбора.
При наличии бассейна-аналога выбор определенной редук-
ционной формулы предопределен формой водосборного бассейна
исследуемой реки и реки-аналога, характеризуемой коэффициентом формы водосбора kф. Если коэффициенты формы водосборов отличаются не более, чем в 1,5 раза, вычисление максималь-
159
ного расхода воды производят по формуле
n
3
Q q
P P
% %
δδ
δ δ
a a
F
a
2
F
2
F
,=
⋅
где q
- расчетный максимальный модуль стока бассейна-
Р%,а
аналога;
δ,
δ
- коэффициенты, учитывающие снижение максимального
а
стока рек проточными озерами, соответственно для исследуемого
водосбора и водосбора реки-аналога; определяют при с = 0,2 - для
лесной и лесостепной зон и с = 0,4 - для степной зоны;
δ
,
δ
- коэффициенты, учитывающие снижение максималь-
2
2а
ного стока болотами, соответственно для исследуемого водосбора и водосбора реки-аналога, определяют при β = 0,5;
n3 - коэффициент редукции модуля максимального мгновенного расхода воды с увеличением площади водосбора.
В случае значительно различающихся по форме водосбор-
ных бассейнов для расчета используют формулу, включающую
морфометрические характеристики
=
δ
%%P
P
δ
a
a
Φ
,
FqQ
⋅
n
4
Φ
где n4 - коэффициент редукции модуля максимального мгновенного расхода воды с увеличением руслового времени добегания,
принимаемый по таблицам;
Ф и Фа - морфометрические характеристики русла.
При отсутствии бассейнов-аналогов определение макси-
мальных мгновенных расходов воды дождевых паводков ведут
по редукционной формуле
QР% = q
(200 / F)
200
n3
δδ2δ3λ
P%
F,
160
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]