Гидротехнические мелиорации

3.1. Определение расчетных максимальных расходов талых вод

Расчетный максимальный расход равнинных рек определяется по формуле

где Qр – расчетный максимальный расход талых вод с вероятностью превышения (обеспеченностью) Р % , м3/с;

К0 – коэффициент дружности половодья (табл. 2);

hр – расчетный слой суммарного стока той же вероятности превышения Р %, что и искомый максимальный расход воды, мм ;

F – площадь водосбора, км2;

n – показатель степени редукции (уменьшения) (табл. 2).

– коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов (табл. 6);

1 – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды рек, зарегулированных озерами и водохранилищами;

2 – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в залесенных и заболоченных бассейнах;

32

КI категории рельефа относятся бассейны рек, располагающиеся

впределах холмистых и платообразных возвышенностей (Среднерусская возвышенность, Среднесибирское плоскогорье и др.); ко II категории рельефа – бассейны рек, в которых холмистые возвышенности чередуются с понижениями между ними; к III категории – бассейны рек, располагающиеся в пределах плоских низменностей (Мещерская низменность, Белорусское полесье и др.), а также реки, имеющие широкие заболоченные поймы.

Определение слоя стока половодья hр заданной вероятности превышения Р % производится по трем параметрам варьирующего ряда: среднему многолетнему слою стока половодья h0, коэффициенту вариации (изменчивости) Cv и коэффициенту асимметрии Сs слоя стока.

Максимальный расчетный слой суммарного стока с вероятностью превышения Р % определяется по уравнению

где Ф – отклонение ординаты кривой вероятности превышения от среднего при Cv = 1,0.

33

Высота среднемноголетнего слоя стока половодья h0 определяется непосредственно по карте (прил. 3).

При наличии более 2 % озерности бассейнов значение средних слоев стока, снятых с карты, уменьшается введением поправочных коэффициентов:

Значения коэффициентов вариации Сv для бассейнов площадью более 200 км2 принимаются по карте изолиний (прил. 4). Для бассейнов площадью менее 200 км2 значения коэффициентов вариации Сv умножаются на следующие коэффициенты:

Величины Ф для расчетных значений вероятностей превышения определяются по известному коэффициенту асимметрии Cs (табл. 3).

Таблица 3

Отклонение ординат биноминальной кривой обеспеченности от середины (от 1,0) при Сv = 1,0

34

Окончание табл. 3

Значение степенной функции (F+1)n для небольших бассейнов определяется по табл. 4.

Коэффициент, учитывающий снижение максимального стока рек, зарегулированных озерами, для малых водосборов может быть принят 1 = 1,0, так как на малых водосборах озера встречаются очень редко.

Коэффициент 2, учитывающий снижение максимальных расходов от залесенности и заболоченности бассейнов, определяется по формуле

35

Величины поправочных коэффициентов 2 (при = 0,8) в зависимости от β = 0,05 f л +0,1 f б +1 приведены в табл. 5, где β – параметр, влияющий на снижение максимального расхода воды в залесенных и заболоченных лесах.

Примечания:

1.При величине > 8 значение поправочного коэффициента принимается постоянным, равным 0,28.

2.При заболоченности более 50 % и преобладании верховых болот величина

коэффициента 2 может быть увеличена до 30 - 40 %.

3.2. Определение максимальных расходов ливневых вод

При отсутствии наблюдений определение расчетных расходов ливневых вод производится по формуле проф. Д. Л. Соколовского

где F – водосборная площадь, км2;

Вр – параметр, зависящий от географического положения водостока и вероятности превышения расчетного расхода;

1 – коэффициент, учитывающий снижение ливневого стока озерами и болотами;

36

2 – коэффициент снижения стока под влиянием залесенности и проницаемости почв;

3 – коэффициент учета рельефа: 3 = 0,5…0,6 для водосборов с плоским рельефом; 3 = 0,7…0,8 – с холмистым.

Коэффициент δ1 определяется по формуле

где К – коэффициент, изменяющийся от 0,6 (верховое болото) до 0,7 - 0,8 (переходное и низинное болота);

fоз , fб – соответственно площади озер и болот, % от площади водосбора: fоз = 0 при озерности менее 3 %.

Коэффициент 2 определяется по формуле

где fл – площадь лесов в процентах от площади водосбора;

– коэффициент: для песчаных и структурных почв без лесного покрова, а также для глинистых и суглинистых почв с лесным покровом = 0,25…0,30; для песчаных почв под лесом = 0,35…0,40.

Приближенное значение параметров Вр для ливневых паводков в лесной зоне с вероятностью превышения 25 % может быть принято равным Вр 25% = 3. Тогда формула для определения максимального расчетного расхода ливневых паводков с вероятностью превышения 25 % примет вид

3.3. Определение минимальных расходов

Расчетные бытовые модули стока при отсутствии фактических наблюдений принимаются в объеме от 0,01 до 0,05 л/(c га) независимо от величины водосборной площади. Нижний предел модуля стока относится к водосборам более южных районов и со слабым

37

грунтовым питанием, верхний предел относится к северным районам и водосборам со значительным грунтовым питанием.

Для условий Республики Марий Эл бытовой модуль стока может

где qбыт – бытовой модуль стока, л/(c га); F – водосборная площадь, га;

1000 – переводной коэффициент от литров к кубическим метрам.

Пример. Определить расчетные расходы по магистральному каналу лесоосушительной сети для двух расчетных створов, расположенных: а) в устье канала; б) на расстоянии 2,0 км от устья по продольному профилю (см. рис. 1) .

Основные исходные данные:

1.Местоположение объектов осушения – Учебно-опытный лесхоз Республики Марий Эл.

2.Водосборная площадь по створам магистрального канала и ее

характеристика:

а) в устье канала F = 19 км2;

б) заболоченность – 70 % (низинные и переходные болота); в) озерность – 1 %; г) лесистость – 80 %.

А. Определение максимальных расходов талых вод

Для устьев канала определяют максимальные (весенние) расходы талых вод с вероятностью превышения 25 %.

Высота среднемноголетнего слоя стока h0, определенная по карте изолиний (прил. 3), составляет в среднем 110 мм, а значение коэффициента вариации, снятое с карты (прил. 4), равно 0,4.

38

Поправочный коэффициент для бассейнов площадью от 1 до 50 км2 равен 1,25. Следовательно, расчетный коэффициент вариации 0,4 ∙ 1,25 = 0,5. Бассейн реки относится ко II-й категории рельефа. По табл. 2 находится значение коэффициента дружности половодья К0 и показатель степени n: К0 = 0,008 и n = 0,17.

Коэффициент озерности 1 = 1,0. Коэффициент залесенности и заболоченности 2 определяется по формуле (5):

2 = 1 – 0,8 ∙ (0,05 ∙ 80 + 0,1 ∙ 70 + 1). Параметр = (0,05 ∙ 80) + (0,1 ∙ 70 + 1) = 12.

По табл. 5 при > 8 коэффициент залесенности и заболоченности2 принимается равным 0,28.

Коэффициент асимметрии в устье канала

Cs = 2Cvp = 2 ∙ 0,5 = 1,0.

По табл. 4 при Cs = 1,0 находятся значения: а) Ф = 1,88 для вероятности превышения 5 %;

б) Ф = 0,55 для вероятности превышения 25 %.

Значения модульных коэффициентов определяются по формуле (4):

Кв 5% = Фв 5% Cvp+ 1 = 1,88 ∙ 0,44 + 1 = 1,94; Кв 25% = Фв 25% Cvp+ 1 = 0,55 ∙ 0,44 + 1 = 1,27.

Максимальные расчетные слои стока рассчитываются по выраже-

нию (3):

hв 5% = Кв 5% ∙ h0 = 1,94 ∙ 100 = 194 мм; hв 25% = Кв 25% ∙ h0 = 1,27 ∙ 100 = 127 мм.

При показателе степени 0,17 (см. табл. 3) для створа в устье

канала

(F + 1)n = (19 + 1)0,17 = 20 0,17 = 1,68.

Значение коэффициента принимается по табл. 6: а) μ = 0,80 для вероятности превышения 25 %; б) μ = 0,92 для вероятности превышения 5 %.

Максимальные расходы различной вероятности превышения в устье магистрального канала рассчитываются по формуле (2):

39

K h F

Qp (F0 p1)n 1 2 .

Qв 5% 0, 008 194 19 0,92 1, 0 0, 28 4, 7 м3 /с ; 1, 68

Qв 25% 0, 008 194 19 0,8 1, 0 0, 28 2, 7 м3 /с . 1, 68

Б. Определение максимальных расходов летне-осенних паводков

Определение расчетных расходов летне-осенних паводков с вероятностью превышения 25 % производится по формуле (9).

Порядок расчета следующий:

1. Определяется коэффициент озерности и заболоченности по формуле (7):

1 = 1 – К lg (1 + fоз + 0,2 f б) = 1 – 0,7 lg (1 + 0 + 0,2 ∙ 70) = 0,30;

В. Определение минимальных расходов

Расчет производится по формуле (10) при модуле стока, принятом 0,03 л/(с ∙ га) в устье магистрального канала.

Qбыт 50% q1000бытF 0,031900 0,06 м3/с 0,1 м3/с

Расчетные расходы с учетом указанного коэффициента представ-

лены в табл. 7.

40

Таблица 7

Расчетные расходы воды различной вероятности превышения с учетом поправочного коэффициента

3.4. Поперечный профиль осушительных каналов

Форма поперечного сечения каналов, проходящих в естественных грунтах, обычно принимается трапецеидальной, с различной крутизной откосов (коэффициентов откосов m) в зависимости от фи- зико-механических свойств почв.

Поперечный профиль характеризуется глубиной канала, шириной дна и крутизной откоса. Для обеспечения механизации работ и в связи с небольшими расходами воды каналы регулирующей сети обычно устраивают трапецеидальной формы. На рис. 2 представлен поперечный профиль каналов.

Рис. 2. Поперечный профиль каналов: а – трапецеидальный: 1 – берма; 2 – бровка; 3 – кавальер; б – параболический; в – сложный

Ширина канала поверху

где b – ширина канала по дну; m – коэффициент откоса; Т – глубина канала.