Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Искусственные сооружения на дорогах arrow Методические указания Методические указания. Определение рабочих уровней и расходов воды для обосно  
18.08.2018
    
Методические указания Методические указания. Определение рабочих уровней и расходов воды для обосно

СССР

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГЛАВТРАНСПРОЕКТ

ГПИ «СОЮЗДОРПРОЕКТ»

«Утверждаю»

Главный инженер союздорпроекта

В.Р. Силков

26 июня 1976 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Определение рабочих уровней и расходов воды для
обо
снования проектов организации строительства
мостов

Москва 1976 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Методические указания» составлены в развитие и дополнение раздела I, п. 28 «Указаний по проектированию вспомогательных сооружений и устройств для строительства мостов» - ВСН 136-67, утвержденных техническим управлением Минтрансстроя СССР в 1967 году [10], а также СН 485-72 [9], руководства по определению расчетных гидрологических характеристик ГГИ [7] и «Методических указаний по расчетам внутригодового распределения стока при строительном проектировании» ГГИ [4].

Настоящие указания предназначены для проектирования вспомогательных сооружений и устройств для строительства мостов на реках СССР.

Необходимость в подготовке настоящих «Методических указаний» вызвана отсутствием в названных выше нормативных документах решения всего комплекса вопросов определения рабочих уровней и расходов воды применительно к специфике транспортного строительства.

Разрозненность рекомендаций по этим документам, недостаточность взаимной увязки методов расчета внутригодового распределения стока, а также отсутствие методов расчета при полном отсутствии данных наблюдений за стоками и в условиях искусственной и естественной зарегулированности, потребовало обобщения накопленного опыта и проведения необходимых разработок на основе объективного гидрологического анализа натурных данных измерений как на сети УГМЦ, так и наколенных при изысканиях мостовых переходов в различных районах СССР.

«Методические указания» содержат систематизированные практические рекомендации по определению рабочих уровней и расходов воды и направлены на обеспечение более качественного и специализированного решения этого вопроса в условиях возросшей потребности технико-экономической оценки затрат на временные и вспомогательные устройства при строительстве мостов. «Методические указания» предназначены для использования не только в проектных организациях, но и в тех строительных подразделениях, где разрабатываются проекты организации работ по сооружению мостов.

«Методические указания» разработаны главным специалистом технического отдела Союздорпроекта канд. техн. наук Перевозниковым Б. и руководителем гидрологической группы Узгипроавтодора Сидоровой И.Б. «Методические указания» подготовлены к изданию инж. Папиной Ю.В.

Обо всех замечаниях и пожеланиях, возникающих при использовании «Методических указаний», просьба сообщать по адресу: Москва Ж-89, наб. Мориса Тореза, 84, Союздорпроект.

Начальник технического отдела Союздорпроекта                                   (Ротштейн К.М.)

1. Основные положения.

1. Одним из основных требований при составлении проекта организации работ по строительству мостовых переходов и вспомогательных сооружений и устройств является определение рабочего уровня (горизонта) воды на период строительства.

Согласно ВСН 136-67 [10] за рабочий уровень воды принимается наивысший возможный в период производства данного вида работ уровень десятилетней повторяемости, определяемый по гидрологическим данным наблюдений.

2. При наличии или недостаточности таких наблюдений, методы расчета, которые можно использовать для этих целей, содержатся в работах [2, 6, 9].

Для случаев отсутствия гидрологических наблюдений методы расчета отсутствуют. Поэтому они разработаны авторами заново и приведены впервые в данных «Методических указаниях».

При разработке этого метода расчета были обработаны методами математической статистики на ЭВМ «НАИРИ-3» за каждый месяц в течение каждого года ряды гидрологических величин наблюдений за период 1953 - 1978 гг. по ряду рек СССР.

3. Предложенные в свое время Д.Л. Соколовским [8] и принятые в данных «Методических указаниях» за основу типы внутригодового распределения стока соответствуют основным видам режима рек СССР, разработанным в разное время Б.Д. Зайковым и П.С. Кузиным, а по Средней Азии В.Л. Шульцем [11].

В результате обработки и анализа натурных данных возникла необходимость учета к известным в литературе 4-м основным типам внутригодового распределения еще одного типа, обозначенного в табл. 1 индексом 0.

4. В предлагаемой классификации внутригодового распределения стока (Рис. 1) выделены 3 характерных сезона (Табл. 1): 1 - паводок (половодье); 2 - устойчивая межень; 3 - некоторое повышение расходов за счет отдельных небольших паводков.

Выделенные в табл. 1 5 основных типов внутригодового распределения стока в отличие от классификаций Д.А. Соколовского, Б. Зайкова и других авторов объединяют несколько типов и подтипов рек в одну группу.

Таблица 1

№№ типов

Характер половодья (паводка)

Сезоны года

Половодье (паводок)

Межень

Некоторое повышение

0

Зимне-весеннее

XII-V

VI-IX

I-XI

I

Весеннее

III-V

VI-II

-

II

Летнее

V-VIII

I-II

III-IV, IX-XII

III

Летне-осеннее

VI-IX

X-III

IV-V

IV

В течение всего года

I-XII

-

I-XII

Для оценки примерных сроков и продолжительности основных гидрологических сезонов в разных районах СССР целесообразно использование рекомендаций Руководства ГГИ [7] и Методических Указаний [4], приведенных в приложении № 1.

Выбор расчетных типов оправдывается тем, что для обоснования проекта организации работ важно выделить основной паводочный период, характеризующийся продолжительностью, а не видом пиков паводков.

Рис. 1. Расчетные типы внутригодового распределения стока рек СССР.

Тип 0

Тип I

Тип II

Тип III

Тип IV

Для строительства мостов основное значение имеет не только уровень 10 % ВП, но и продолжительность стояния высоких уровней и стабильной межени.

Очевидно, что такое объединение нескольких подтипов в одну группу, в отдельных случаях может дать несколько завышенные максимальные расходы за период половодья (паводка) примерно на 25-30 %. Но продолжительность половодья выделяется достаточно четко и точно по предлагаемой в табл. 1 классификации, что и определило основные принципы рекомендуемого районирования.

5. Внутригодовой ход стока по месяцам представлен в относительных величинах, т.е. в долях от максимального расхода 10 % ВП, принимаемого равным 1. Как показал анализ, отношение каждого максимального расхода за месяц к максимальному расходу за год для данной реки сохраняется практически постоянным в течение всего периода наблюдений и соответствует отношению максимального расхода 10 % ВП каждого месяца к максимальному расходу 10 % ВП любого обработанного ряда табл. 2.

Оценка внутригодового распределения стока 10 % ВП по месяцам в относительных величинах, т.е. в долях от максимального расхода 10 % ВП, принятого за единицу, не противоречит предыдущим исследованиям и разработкам различных авторов, представляющим внутригодовое распределение в долях от среднего годового стока (Д.Л. Соколовский), отношением стока за VII-IX к стоку III-VI (Шульц В.Л.) и других авторов.

6. Рекомендуемая «Карта гидрологического районирования типов внутригодового распределения стока» (Рис. 2) соответствует указанным в табл. 1 типам распределения с учетом климатических особенностей и высотных характеристик водосборов.

Рис. 2. Карта-схема гидрологического районирования типов внутригодового распределения стока СССР (табл. 1)

7. Рабочие расходы или уровни, определенные по настоящим "Методическим указаниям" (для неизученных створов) являются на данной стадии расчетов приближенными.

В дальнейшем, по мере накопления и систематизации исходных данных, "Методические указания" будут подлежать уточнение.

8. Все указанные в табл. 1 типы внутригодового распределения стока не предусматривают катастрофических ливневых паводков, которые могут пройти в любом районе СССР и в любой год.

Сведения о прошедших редких по величине паводков собирают в период изысканий, по опросам старожилов, по данным наблюдений на опорной сети УГМС СССР и другими известными методами, которые в настоящих Методических указаниях не рассматриваются, но которые следует обязательно учитывать при построении расчетных кривых вероятностей паводков и их экстраполяции в интервале ВП = 10 %.

9. Малые, среднее и большие водотоки обладают характерными особенностями формирования на них паводков (половодий), которые следует учитывать при оценке внутригодового распределения стока.

В настоящих "Методических указаниях" к малым и средним водотокам отнесены водотоки с площадями водосборов до 10000 км2. Для этих водотоков, относящихся, например, к I типу (см. табл. 1) паводок (половодье) происходит, как правило, в апреле месяце, сток за март и май месяцы составляют 40 - 50 % от максимума в апреле, все остальные месяцы максимальный сток составляет в среднем 5 - 10 % от максимального.

Большие реки о водосборами более 1000 км2 дают максимальные расходы в течение 2-х месяцев (апрель и май). Сток за март месяц составляет 80 - 40 % от максимуме, остальные месяцы также составляют 5 - 10 % максимальных расходов.

Наиболее распространенными в СССР являются реки, имеющие летние половодья (паводки), которые длятся 2-3 месяца, в основном в летние месяцы.

Эти реки имеют тип распределения под индексом II. К ним относится крупные реки, такие как Енисей, Лена, Обь, Сыр-Дарья, Аму-Дарья и другие. Половодье их длится с V по VIII месяцы, в межень с XII по IV проходит 10-15 % от максимальных расходов, в период IX-XI наблюдается некоторое повышение стока, составляющее до 20-30 % от максимума.

На больших водотоках, как правило, много гидрометрических створов, они изучены хорошо, поэтому карта настоящих «Указаний» может служить в этом случае только для приближенного ориентирования.

10. При оценке рабочих уровней воды 10 % ВП следует учитывать возможный набег волны на временные сооружения от динамического воздействия речного потока при скоростях течения более 2 м/сек. и гребенчатообразного волнения. Эти условия в настоящих «Методических указаниях» не рассматриваются, так как более подробно освещены в работе [3].

2. Расчеты при наличии наблюдений более 10 лет при неискаженном режиме водотоков.

При наличии данных гидрометрических наблюдений расчет внутригодового распределения стока ведется методом статистической обработки рядов максимальных месячных расходов по каждому месяцу года. Для сокращения времени обработки статистические расчеты можно не производить, определяя величину паводка 10 % ВП по порядковому номеру N члена ряда, вычисляемого по формуле:

N = 0,1 (n + 1)                                                             (1)

где n - общее число членов ряда наблюдений.

Например, при наличии 30-летнего ряда наблюдений порядковый номер паводка 10 % ВП равен N = 0,1 (30 + 1) = 3,1 ≈ 3.

При длительности ряда 10-15 лет в качестве расчетного паводка следует принимать наибольший наблюдавшийся в ряду каждого месяца.

Данные наблюдений при длительности не менее 10 лет считаются достаточными, если в этот период входят как маловодные, так многоводные и средневодные годы. При невозможности соблюдения указанных условий в отношении числа и водности лет имеющегося ряда наблюдений расчет внутригодового распределения стока следует вести как для неизученной реки согласно разделу 8 настоящих «Методических указаний».

Продолжительность сезонов паводков (половодий) и межени следует назначать едиными для всех лет исследуемого ряда в соответствии с типами внутригодового распределения согласно табл. 1, рис. 1 и рис. 2, а также с использованием характерных гидрографов некоторых рек СССР, приведенных в приложении № 2 или в других источниках.

В приложении № 2 помещены гидрографы некоторых рек СССР за характерные годы: маловодные, многоводные, средневодные. Как показывает анализ этих и других гидрографов расходы 10 % ВП относятся к многоводным, так как возможность их прохождения каждые 10-15 лет совпадает с наблюдающейся в природе тенденцией чередования многоводных и маловодных лет. Помещенные в приложении 2 гидрографы наглядно иллюстрируют периоды межени и половодья, позволяют определить величину отношения максимальных расходов к минимальным и тип распределения рек, относящихся к одному гидрологическому району.

При наличии гидрометрического створа, расположенного на той же реке вблизи от проектируемого сооружения, и различии величины площади водосбора в створе проектируемого сооружения и в гидрометрическом створе не более чем на 10-15 % допускается выполнение расчета внутригодового распределения стока по данным для этого гидрометрического створа с введением в абсолютные значения распределения (расходы в м3/сек.) поправочного коэффициента. Таким поправочным коэффициентом может быть отношение между средними многолетними максимальными расходами воды в створе сооружения и гидрометрическом створе или отношение площадей водосборов:

;                                                       (2)

где Qст и Fст - относится к гидрометрическому створу.

Для получения расчетного расхода в створе сооружения нужно расход 10 % ВП в гидрометрическом створе умножить на поправочный коэффициент K, определяемый по формуле (2).

При значительном протяжении участка реки между гидрометрическим створом и проектируемым сооружением следует учитывать возможную боковую приточность (Рис. 3), время добегания притоков, а также время добегания от верхнего створа к нижнему. Методы учета боковой приточности оговорены в Руководстве ГГИ [7].

Рис. 3. Схема к учету боковой приточности:
1 - проектируемый створ; 2 - гидрометрический створ на основной реке; 3 - гидрометрические створы на боковых притоках

Если на притоках имеются гидрометрические наблюдения (Рис. 3), то расходы притоков также обрабатываются методом математической статистки, а затем суммируются с расходом 10 % ВП основной реки с введением коэффициентов трансформации стока по длине.

Учет трансформации речного стока следует выполнять с использованием рекомендаций, содержащихся в работах [3, 5, 6].

3. Расчеты при длительности наблюдений менее 10 лет.

Для недостаточно изученной реки, при наличии наблюдений менее 10 лет, границы сезонов (табл. 1), тип внутригодового распределения стока, распределение стока по месяцам в долях от максимального расхода 10 % ВП принимается с учетом данных рек-аналогов.

При выборе реки-аналога необходимо исходить из лучшего соответствия следующих признаков:

а) сходства климатических и гидрологических условий (бассейны реки-аналога и расчетной реки должны находиться в однородном климатическом районе, в пределах которого незначительно изменяется расчетная интенсивность водоотдачи, а также ориентирование бассейнов к направлению влагоносных ветров действующих в паводочный период);

б) одновременности колебаний стока во времени;

в) однородности условий формирования стока (однотипность рельефа, почво-грунтов, растительного покрова, гидрогеологических условий, руслового процесса, равной и однородной степени залесенности, заболоченности, распаханности склонов и т.п.);

г) морфометрии и гидрографии бассейнов (абсолютные отметки водоразделов, средние высоты бассейнов и их уровней моря, длина водотока и его средних уклонов, расстояние между аналогом и изучаемым водотоком, размеры водосборов, симметричность речной сети).

Площади водосборов не должны различаться более чем в 5 раз, а их средние высоты не более чем на 300 м. Расстояние между аналогом и изучаемой рекой должно быть минимальным.

По данным наблюдений на реке-аналоге устанавливают величину элементарного модуля максимального стока:

;                                                      (3)

где QA - максимальный расход реки-аналога 10 % ВП м3/сек,

FА - площадь водосбора реки-аналога, км2;

δA = δ1δ2 - коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода реки-аналога озерами и болотами и другими факторами;

n - показатель редукции модуля максимального стока, принимаемый для приближенных расчетов равным для дождевых расходов n = 0,40; для расходов от снеготаяния n = 0,25.

Максимальный расход в створе проектируемого сооружения определяют по формуле:

;                                                            (4)

где: АВА - элементарный модуль максимального стока реки-аналога 10 % ВП, м3ек с 1 км2;

δ определяют для створа проектируемого сооружения.

При наличии многолетних наблюдений на малых реках-аналогах величина модуля стока qp может быть вычислена по СН 435-72

qp = A1 % · (α H1 %)a λp δ1;                                                   (5)

;                                                  (6)

где: Ψ(τδa) - ордината кривой редукции осадков, представляющая среднюю интенсивность осадков за расчетное время добегания τδа, определяемое по формулам

τδ = 1,2τ1,1р + τск;                                                        (7)

;                                                     (8)

где: L - длина водотока до расчетного створа, км;

mp - коэффициент шероховатости русла;

q - максимальный модуль стока, м3/секкм2.

Для водосборов площадью более 10 км2 время склонового добегания τск составляет:

лесная и тундровая:                                                        τск, мин.

незаболоченные бассейны                                             60-100

заболоченные бассейны                                                 150

лесостепная зона                                                             40-60

степная и сухостепная                                                    20-40

полустепная                                                                     10-15

горные районы                                                                10-60

При наличии многолетних наблюдений на больших реках-аналогах расчет максимального расхода 10 % ВП следует производить по формуле:

                                                       (9)

или                                                                                                 (10)

где: qp - максимальный модуль стока 10 % ВП реки-аналога;

Ф* - морфометрическая характеристика русла реки:

                                                      (11)

где: m - коэффициент, зависящий от шероховатости русла и поймы;

n, n1 - показатели степени редукции.

Расчетные формулы (9) или (10) используют в зависимости от формы водосборов и уклонов сопоставляемых рек. Для сравнения форм водосборов и уклонов двух рек определяют характеристики ΔL и ΔJ:

                                                            (12)

При ΔLAΔL и ΔJA ≈ ΔJ используют формулу (9); при ΔLA больше или меньше чем в 1,5-2 раза ΔL и ΔJA, больше или меньше чем в 2-3 раза ΔJ, рассчитывают по формуле (10). Реки-аналоги должны иметь близкие значения H1.

Анализ гидрометеорологических условий на территории различных районов земного шара позволяет считать, что метод географической аналогии имеет достаточную физическую обоснованность для небольших и однородных регионов и может применяться для малых и средних водотоков.

Нахождение аналогов и расчеты сооружений по ним требуют от специалистов большого опыта выполнения гидрологических обследований и инженерной интуиции. Методы гидрологической аналогии являются одним из самых приближенных приемов обоснования проектных решений, но для решения поставленной задачи могут быть использованы.

При наличии коротких и прерывистых наблюдений в створе проектируемого сооружения рекомендуется использовать соответствующие данные по ближайшим к нему гидрометрическим створам на реках-аналогах. Для переноса данных следует использовать график связи соответствующих величин стока. При этом коэффициент корреляции должен быть не менее r ≥ 0,85. А при выборе створа-аналога следует руководствоваться приведенными выше рекомендациями. Пример такого метода расчета приведен в приложении № 3. Могут быть рекомендованы и другие методы восстановления прерывистых и коротких рядов. Более подробное их изложение дано в работе [6].

При отсутствии надежных аналогов расчет внутригодового распределения стока следует производить в соответствии с указаниями Руководства [7] по региональным зависимостям параметров сезонного стока от определяющих факторов в различных физико-географических условиях (площади водосбора реки, озерности, характера почво-грунтов, средней высоты водосбора и т.д.).

Региональные зависимости параметров внутригодового распределения стока от главных факторов, а также районные осредненные схемы внутригодового распределения для всей территории СССР приведены в справочниках «Ресурсы поверхностных вод СССР», издаваемых Главгидрометслужбой.

4. Расчеты при отсутствии наблюдений.

При отсутствии гидрометрических наблюдений расчеты максимального стока заданной 10 % ВП следует производить по формулам СН 485-72, ВСН 63-74, НИМП-72 или СДП-73 [6].

'>

Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: