СССР

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГЛАВТРАНСПРОЕКТ

«Утверждаю»

Главный инженер союздорпроекта

В.Р. Силков

26 июня 1976 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Определение рабочих уровней и расходов воды для
обоснования 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.Ф. 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.Д. Зайкова и других авторов объединяют несколько типов и подтипов рек в одну группу.

Таблица 1

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 Q_ст и F_ст - 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 Q_A - максимальный расход реки-аналога 10 % ВП м³/сек,

F_А - площадь водосбора реки-аналога, км²;

δ_A = 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: А_ВА - элементарный модуль максимального стока реки-аналога 10 % ВП, м³/сек с 1 км²;

δ определяют для створа проектируемого сооружения.

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

q_p = A_{1 %} · (α H_{1 %})_a λ_p δ_1;                                                   (5)

;                                                  (6)

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

τ_δ = 1,2τ^1,1_р + τ_ск;                                                        (7)

;                                                     (8)

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

m_p - коэффициент шероховатости русла;

q - максимальный модуль стока, м³/секкм².

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

лесная и тундровая:                                                        τ_ск, 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: q_p - 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 ΔL_A ≈ ΔL и ΔJ_A ≈ ΔJ используют формулу (9); при ΔL_A больше или меньше чем в 1,5-2 раза ΔL и ΔJ_A, 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].

Для определения максимальных расходов 10 % по месяцам следует пользоваться картой-схемой гидрологического районирования типов внутригодового распределения стока СССР, разработанной авторами, которая позволяет отнести исследуемую реку к тому или иному типу внутригодового распределения стока (см. рис. 2).

Для определения количественных характеристик расходов по месяцам рекомендуют пользоваться таблицей внутригодового распределения стока (табл. 2) для любого типа распределения, где максимальный расход 10 % ВП каждого месяца приведен в долях от максимального годового расхода 10 % ВП, принятого за 1.

Для некоторых рек СССР в дополнение к табл. 2 могут быть использованы данные кадастра расчетных расходов воды 10 % ВП, приведенных в приложении № 4.

Таблица 2

Внутригодовое распределение в долях от максимального расхода 10 % ВП, принятого за 1

При площадях F ≥ 10000 км² май месяц в I типе принимать также за 1, как и апрель, т.к. паводки более растянутые, чем при меньших площадях.

Чтобы вычислить максимальный расход 10 % ВП каждого месяца, необходимо максимальный расход 10 % ВП, определенный по эмпирической формуле или другим известным методам [6], умножить на величины коэффициентов, приведенных в таблице 2:

Q_p = Q_{10 %} · K_o                                                            (13)

где: Q_{10 %} - максимальный годовой расход 10 % ВП;

K_o - коэффициент, характеризующий зависимость месячного расхода Q_f 10 % ВП от расчетного Q_{10 %} и определяемый по табл. 2.

Этим же методом можно рассчитать ежемесячные расходы Q_{p 10 %} ВП для водотоков в зарубежных районах проектирования, предварительно определив максимальный расход 10 % ВП - Q_{10 %}.

При определении расходов 10 % ВП по методу СДП-78 [6] коэффициенты стока в дополнение к известным рекомендациям следует определять по табл. 3.

Таблица 3

Для определения ежемесячных расходов Q_{10 %} ВП при отсутствии гидрометрических наблюдений могут быть разработаны региональные методы с учетом особенностей формирования паводков в любом районе. Для условий Грузинской ССР может быть рекомендована такая методика регионального обоснования графиков месячных расходов уровней воды при отсутствии наблюдений [12], разработанная А.А. Александровым (см. приложение № 5).

Для приближенной оценки расхода Q_{10 %} ВП предварительной стадии проектирования при невозможности проведения инженерных изысканий целесообразно использовать метод географической интерполяции, подробное изложение которого дано в работе [6].

При проведении инженерных изысканий в неизученных районах СССР и зарубежных странах необходимо проведение регулярных наблюдений за уровнем реки в створе проектируемого моста независимо от периода и сроков их проведения. При опросе старожилов и обследовании следов и меток паводков прошлых лет следует фиксировать не только максимальные паводочные уровни, но и часто повторяющиеся уровни, а также уровни года предшествовавшего началу изысканий и их вероятностную оценку.

Необходимо при опросе старожилов фиксировать уровни в течение всего внутригодового периода применительно к основным характерным сезонам речного стока. Если же эти сезоны неизвестны, то необходимо по опросам старожилов составить схематизированную модель внутригодового стока применительно к тем годам, которые они хорошо помнят и к тем местам речной долины, где их достоверно показывают. В последующем необходима взаимная увязка всех этих сведений с переносом на створ перехода.

На особо крупных переходах целесообразно проведение экспресс-гидрометеорологических наблюдений в периоды отличные от времени проведения основных инженерных изыскательских работ с целью уточнения отдельных сезонов внутригодового распределения стока. При проведении изыскательских работ в несколько стадий следует учитывать необходимость уточнения характера и количественных характеристик внутригодового распределения стока, в том числе и тех сезонов, которые были менее всего обоснованы наблюдениями или опросами старожилов.

Проведение таких работ требует высокой квалификации инженеров-гидрологов.

5. Особенности расчетов в условиях зарегулированного речного стока.

При определении расчетных величин расходов 10 % ВП следует учитывать изменения условий формирования стока, вызванные искусственно хозяйственной деятельностью по освоению речного стока на водосборах и происходящие на них в естественных условиях.

К основным факторам искусственного регулирования максимального стока, влияющим на расчетные расходы 10 % BП, относится: 1 - регулирование стока водохранилищами и прудами в руслах рек и их протоках; 2 - изъятие стока из водотоков на водоснабжение, орошение, обводнение, шлюзование водораздельных каналов и другие сбросы в соседние речные бассейны; 3 - сбросы в русла рек шахтных и промышленных вод; 4 - регулирование стока построенными автомобильными и железными дорогами.

К основным факторам естественного регулирования максимального стока относятся: 1 - приливно-отливные и сгонно-нагонные явления; 2 - распластывание паводков на транзитных участках рек; 3 - неустойчивое перераспределение речного стока в предгорных районах и на конусах выноса; 4 - переливы паводковых вод в смежные водотоки; 5 - влияние переменного подпора на устьевых участках рек; и другие.

Учет факторов искусственного и естественного регулирования речного стока следует выполнять путем введения в расчетные величины максимальных годовых и месячных расходов соответствующих поправок и коэффициентов.

Для рек с искусственной зарегулированностью стока водохранилищами и прудами необходимо в период инженерных изысканий получить наиболее полную информацию о влиянии всех мероприятий на речной сток с целью восстановления величин естественного стока.

Поправки, учитывающие влияние искусственного регулирования, следует устанавливать по отчетным или перспективным данным службы эксплуатации гидротехнических сооружений или в проектных организациях и соответствующих ведомствах.

В случаях, когда проектируемое сооружение находится на значительном расстоянии от головы канала или другого гидротехнического сооружения, а между сооружением и проектируемым створом в водоток попадает дополнительный речной сток или селевые потоки, то необходимо собирать сведения о количестве таких притоков, количественных характеристиках речного стока и даже в том случае, если это искусственные каналы. Если гидротехнические сооружения расположены на искусственных каналах, то их следует рассматривать как естественные водотоки и применять соответствующие методы расчета. Такие каналы часто встречаются в условиях Средней Азии. Таковы, например, каналы Андижан, Шаарихай и Савай, которые имеют протяженность более 100 км и на всем протяжении принимают селевые потоки с андижанских притоков (адыров). В весенний период максимальные расходы на этих каналах формируются как на естественных водотоках. Сведения о прошедших паводках фиксируются в диспетчерских журналах райводхозов, где и можно получить необходимые данные для ведения расчетов.

То же можно сказать и о реках, регулируемых водохранилищами, но одновременно имеющих значительную боковую приточность между проектируемым створом и нижним бьефом гидротехнического сооружения.

Особо сложными случаями учета регулирования максимального и внутригодового стока является расположение каскада водохранилищ на реках, протекающих через территорию нескольких государств.

Распределение стока на таких реках обуславливается межгосударственными соглашениями, а оценка расчетных расходов должна производиться во взаимной увязке с близлежащими гидротехническими сооружениями, между которыми расположен проектируемый объект.

В этих случаях модель графико-внутригодового стока 10 % ВП синтезируется методом компоновки характерных периодов режима попусков и паводков в соответствии с межгосударственным соглашением и учетом боковой приточности.

Учет факторов естественного регулирования также требует к себе серьезного инженерного подхода. Наиболее полное освещение методов учета этих факторов дано в работе [6], рекомендациями которой следует пользоваться.

6. Порядок расчетов и состав исходных материалов для проекта организации работ.

После определения расчетных расходов 10 % ВП по каждому месяцу одним или несколькими из рекомендуемых в п.п. 2, 3, 4, 5 методами (при необходимости получения более качественных данных в особо ответственных случаях) следует подобрать соответствующие этим расходам расчетные уровни воды в заданном расчетном створе мостового перехода.

Подбор расчетных уровней 10 % ВП следует производить по морфометрическим кривым зависимостей уровней воды от расходов Q = f(Н), построенным с применением известных формул гидравлики, предусмотренных НИМП-72 [5] для определения скоростей течения воды (Рис. 4). Для построения таких кривых и для каждого заданного уровня Hi определяют величины расходов по формуле:

Q_i = ω_p · v_p + Σω_пv_п                                                       (14)

где: ω_p и ω_п - площади живых сечений потока при уровне Hi соответственно русла и пойм (при их наличии) в м²;

v_p и v_п - скорости течения воды в русле и на поймах при уровне Hi, в м/сек.

Кривые Q = f(H) должны быть построены во всем диапазоне изменения уровней от нуля до расчетного уровня высоких вод (РУВВ) с оценкой расчетных скоростей течения по грунтам при РУВВ.

Морфометрические расчеты целесообразно выполнять из ЭВМ по имеющимся программам, а при отсутствии такой возможности с применением табличной формы.

Окончательный результат указанных выше расчетов должен иметь вид ступенчатого графика по месяцам, с указанием на нем кроме расчетных уровней и расходов воды 10 % ВП. Образец такого графика приведен на рис. 6.

Рис. 4. Морфометрические кривые зависимостей расходов (1), площадей живых сечений (2) и скоростей течения (3) от уровней воды в створе моста.

Рис. 5. График длительности стояния уровней воды в створе строящегося моста и частоты затопления поймы (на примере р. Москвы у г. Коломны).

Рис. 6. График расчетных уровней р. Алгети

В итоге произведенного гидрометеорологического обоснования должна быть представлена пояснительная гидрологическая записка к составлению проекта организации работ, которая должна содержать следующие исходные материалы:

1. Обоснование расчетного типа внутригодового распределения стока на исследуемом водотоке.

2. Расчет максимального годового расхода 10 % ВП.

3. Расчет ежемесячных годовых максимальных расходов 10 % ВП.

4. Морфометрические расчеты расходов по заданным уровням воды в расчетном створе мостового перехода с построением кривой Q = f(H).

5. Ступенчатый график внутригодового распределения расходов и соответствующих им уровней 10 % ВП.

6. Расчетный график колебаний уровней воды в заданном створе 10 % ВП, соответствующий расчетному типу внутригодового распределения стока или его синтезированная модель.

7. График длительности стояния уровней воды в створе моста (Рис. 5).

8. Соображения по выбору наиболее целесообразного периода строительства мостового перехода и отдельных его элементов: подходов, регуляционных сооружений, укреплений подтопляемых откосов, опор моста, подмостовых конусов, пролетных строений моста.

9. Особенности гидрометеорологического режима, которые могут повлиять на сроки строительства, устойчивость временных и постоянных мостовых сооружений, а также на технологию работ (ледовые явления, приливы и отливы, сгоны и нагоны, волнообразование, набег волны, расчетные скорости течения, глубинные деформации, пропуски воды из водохранилищ, корчеход, устойчивость русел, метеорологические условия выпадения паводкообразующих дождей и др. условия).

10. Оценка условий судоходства и лесосплава во внутригодовом периоде речного стока (класс реки, типы судов, изменения фарватера, судоходные габариты, причалы, пристани и т.п.).

11. Оценка изменений рабочих уровней воды на предгорных реках с учетом набега воды на временные сооружения от динамического воздействия речного потока и гребенчатообразного волнения, а также учет селевых выносов, прогрессирующего развития молодых блуждающих русел и эрозионного понижения дна русла.

12. Оценка особых условий регулирования исследуемого водотока.

13. Оценка достоверности и надежности полученных расчетных материалов и рекомендации по их дальнейшему уточнению.

7. Рекомендуемая литература.

1. Зайков Е.Д. Высокие половодья и паводки на реках СССР за историческое время. Л., Гидрометеоиздат, 1957. 137 с.

2. Инструкция по расчету стока с малых водосборов, ВСЕ 68-67. М., Оргтрансстрой Минтрансстроя СССР, 1968. 98 с.

3. Методические указания. Назначение возвышения низа пролетных строений мостов на предгорных реках. М., Главтранспроект, Союздорпроект. 1975. 24 с.

4. Методические указания по расчетам внутригодового распределения стока при строительном проектировании. Л., Гидрометеоиздат, 1970. 79 с.

5. Наставление по изысканиям и проектированию железнодорожных и автодорожных мостовых переходов через водотоки. М., «Транспорт», 1972. 279 с.

6. Перевозников Б.Ф. Расчеты максимального стока при проектировании дорожных сооружений. М., «Транспорт», 1975, 304 с.

7. Руководство по определению расчетных гидрологических характеристик. Л., Гидрометеоиздат, 1973. 112 с.

8. Соколовский Д.Л. Речной сток. Л., Гидрометеоиздат, 1968. 588 с.

9. Указания по определению расчетных гидрологических характеристик СН 435-72. М., Гидрометеоиздат, 1972, 36 с.

10. Указания по проектированию вспомогательных сооружений и устройств для строительства мостов, ВСН 136-67. Минтрансстрой. М., 1968. 358 с.

11. Шульц В.А. Реки Средней Азии. Л., Гидрометеоиздат, 1965. 691 с.

12. А.А. Александров. Методика построения месячных графиков расходов и уровней на реках при отсутствии гидрометрических наблюдений. Тбилиси, 1975. 9 с.

Приложение № 1

Примерные сроки и продолжительности основных гидрологических сезонов в разных районах СССР

Приложение № 2

Характерные гидрографы некоторых рек СССР

1. Зимне-весенние паводки.

Гидрографы р. Северский Донец - г. Белая Калитва.

1 - гидрограф 1967-68 г., 2 - средний по водности 1936-37 г., 3 - близкий к многоводному 1953-54 г., 4 - близкий к маловодному 1940-41 г.

Гидрографы р. Северский Донец - г. Эмлев.

1 - гидрограф 1967-68 г., 2 - средний по водности 1950-51 г., 3 - близкий к многоводному 1954-55 г., 4 - близкий к маловодному 1961-62 г.

Гидрографы р. Лугань - пос. Долиновское.

1 - гидрограф 1967-68 г., 2 - средний по водности 1959-60 г., 3 - близкий к многоводному 1963-64 г., 4 - близкий к маловодному 1953-54 г.

Гидрографы р. Кундрючья - ст-ца Владимировская.

1 - гидрограф 1967-68 г., 2 - средний по водности 1958-59 г., 3 - близкий к многоводному 1957-58 г., 4 - близкий к маловодному 1953-54 г.

Гидрографы р. Северский Донец - г. Лисичанск.

1 - гидрограф 1967-68 г., 2 - средний по водности 1938-39 г., 3 - близкий к многоводному 1940-41 г., 4 - близкий к маловодному 1953-54 г.

Гидрографы р. Лихая - х. Богураев.

1 - гидрограф 1967-68 г., 2 - средний по водности 1959-60 г., 3 - близкий к многоводному 1957-58 г., 4 - близкий к маловодному 1956-57 г.

Гидрографы р. Большая Каменка - с. Верхне-Герасимовка.

1 - гидрограф 1967-68 г., 2 - средний по водности 1944-45 г., 3 - близкий к многоводному 1940-41 г., 4 - близкий к маловодному 1960-61 г.

Гидрографы р. Имновец - с. Сынжера.

1 - гидрограф 1967-68 г., 2 - средний по водности 1964-65 г., 3 - близкий к многоводному 1958-59 г., 4 - близкий к маловодному 1962-63 г.

2. Весенние паводки

Гидрографы р. Орчик - с. Чернещина.

1 - гидрограф 1967-68 г., 2 - средний по водности 1956-57 г., 3 - близкий к маловодному 1960-61 г., 4 - близкий к многоводному 1962-63 г.

Гидрографы р. Конка - г. Пологи.

1 - гидрограф 1966-67 г., 2 - средний по водности 1959-60 г., 3 - близкий к маловодному 1954-55 г., 4 - близкий к многоводному 1963-64 г.

Гидрографы р. Самара - с. Кохановка.

1 - гидрограф 1968-69 г., 2 - средний по водности 1957-58 г., 3 - близкий к маловодному 1961-62 г., 4 - близкий к многоводному 1963-64 г.

Гидрографы р. Ингулец - с. Александро-Степановка.

1 - гидрограф 1967-68 г., 2 - средний по водности 1945-46 г., 3 - близкий к маловодному 1953-54 г., 4 - близкий к многоводному 1936-37 г.

3. Весенне-летние паводки

Гидрографы р. Молога - с. Спас-Забережье.

1 - гидрограф 1971-72 г., 2 - средний по водности 1945-46 г., 3 - близкий к маловодному 1938-39 гг., 4 - близкий к многоводному 1954-55 гг.

Гидрографы р. Ингулец - с. Александро-Степановка.

1 - гидрограф 1969-70 г., 2 - средний по водности 1945-46 г., 3 - близкий к маловодному 1953-54 г., 4 - близкий к многоводному 1936-37 г.

Гидрографы р. Волги - г. Старица.

1 - гидрограф 1971-72 г., 2 - средний по водности 1942-43 гг., 3 - близкий к маловодному 1938-39 гг., 4 - близкий к многоводному 1954-55 гг.

Гидрографы р. Десна - г. Брянск.

1 - гидрограф 1966-67 гг., 2 - средний по водности 1904-1905 гг., 3 - близкий к маловодному 1924-25 гг., 4 - близкий к многоводному 1930-31 гг.

Гидрографы р. Оки - г. Калуга.

1 - гидрограф 1971-72 гг., 2 - средний по водности 1950-51 гг., 3 - близкий к маловодному 1920-21 гг., 4 - близкий к многоводному 1969-70 гг.

Гидрографы р. Сейм - г. Рыльск.

1 - гидрограф 1968-69 гг., 2 - средний по водности 1944-45 гг., 3 - близкий к маловодному 1960-61 гг., 4 - близкий к многоводному 1959-60 гг.

Гидрографы р. Оскол - г. Купянск.

1 - гидрограф 1967-68 гг., 2 - средний по водности 1957-58 гг., 3 - близкий к многоводному 1962-63 гг., 4 - близкий к маловодному 1953-54 гг.

Бассейн рек междуречья Чу и Сыр-Дарья. Гидрографы р. Шаян 1 - в 3,3 км ниже Устья р. Аксет.

1 - гидрограф 1969-70 гг., 2 - средний по водности 1952-53 гг., 3 - близкий к маловодному 1950-51 гг., 4 - близкий к многоводному 1968-69 гг.

Бассейн р. Сыр-Дарья. Гидрографы р. Халкаджар - кишл. Базар-Джой.

1 - гидрограф 1969-70 гг., 2 - средний по водности 1959-60 гг., 3 - близкий к маловодному 1965-66 гг., 4 - близкий к многоводному 1968-69 гг.

Летние паводки

Гидрографы р. Амгузак - устье р. Куждый.

1 - гидрограф 1968-69 гг., 2 - средний по водности 1959-60 гг., 3 - близкий к многоводному 1961-62 гг., 4 - близкий к маловодному 1954-55 гг.

Гидрографы р. Гижиги - в 20 км от устья.

1 - гидрограф 1968-69 гг., 2 - средний по водности 1960-61 гг., 3 - близкий к многоводному 1966-67 гг., 4 - близкий к маловодному 1954-55 гг.

Гидрографы р. Пенжина - с. Каменское.

1 - гидрограф 1968-69 гг., 2 - средний по водности 1960-61 гг., 3 - близкий к маловодному 1957-58 гг., 4 - близкий к многоводному 1962-63 гг.

Гидрографы р. Малого Анюя - пос. Илирией.

1 - гидрограф 1968-69 гг., 2 - средний по водности 1964-65 гг., 3 - близкий к многоводному 1961-62 гг., 4 - близкий к маловодному 1957-58 гг.

5. Летне-осенние паводки

Гидрографы р. Камчатка - с. Верхне-Камчатск.

1 - гидрограф 1968-69 гг., 2 - средний по водности 1950-51 гг., 3 - близкий к маловодному 1958-59 гг., 4 - близкий к многоводному 1942-43 гг.

Бассейн р. Сыр-Дарья. Гидрографы р. Сыр-Дарья - кишл. Каль.

1 - гидрограф 1969-70 гг., 2 - средний по водности 1950-51 гг., 3 - близкий к маловодному 1964-65 гг., 4 - близкий к многоводному 1968-69 гг.

Бассейн р. Пяндж. Гидрографы р. Бартаи - кишл. Шуджаид.

1 - гидрограф 1969-70 гг., 2 - средний по водности 1963-64 гг., 3 - близкий к маловодному 1961-62 гг., 4 - близкий к многоводному 1965-66 гг.

Бассейн р. Аму-Дарья. Гидрографы р. Аму-Дарья - кишл. Чатлы.

1 - гидрограф 1969-70 гг., 2 - средний по водности 1958-59 гг., 3 - близкий к маловодному 1964-65 гг., 4 - близкий к многоводному 1968-69 гг.

Район II. Гидрографы р. Тигиль - с. Тигиль.

1 - гидрограф 1968-69 гг., 2 - средний по водности 1953-54 гг., 3 - близкий к маловодному 1957-58 гг., 4 - близкий к многоводному 1949-50 гг.

6. Паводки в течение года.

Гидрографы р. Тетерев - с. Макалевичи.

1 - гидрограф 1967-68 гг., 2 - средний по водности 1947-48 гг., 3 - близкий к маловодному 1953-54 гг., 4 - близкий к многоводному 1962-63 гг.

Гидрографы р. Днестр - г. Самбор.

1 - гидрограф 1966-67 гг., 2 - средний по водности 1946-47 гг., 3 - близкий к маловодному 1960-61 гг., 4 - близкий к многоводному 1954-55 гг.

Приложение № 3

Пример расчета при недостаточности гидрометрических наблюдений с применением метода аналогии с удлинением коротких рядов

Проектируемый мостовой переход расположен ниже по течению гидрометрического поста на 42 км на реке Ангрен (см. схему расположения).

Между гидрометрическим постом и проектируемым створом в Ангрен впадает ряд притоков слева и справа.

Для получения расчетного расхода в створе поста расчетные расходы по саям суммировались с расходом по г/посту.

При анализе натурных данных установлено, что паводки на саях и реке Ангрен проходят в один день, что видно из прилагаемой таблицы. Однако не по всем саям ряды наблюдений достаточно длинные.

Поэтому пришлось удлинить ряды, подбирая к саям саи-аналоги с длительными наблюдениями. При этом соблюдены условия применения метода аналогии, а именно соблюдение равенств.

 и JF^0,5 ≈ JF_a^0,5,

где: J - средний продольный уклон рек на длине Z км.

F - площадь водосбора, км².

На рассматриваемом участке за аналоги были приняты следующие саи:

Таблица № 1

Расчетные расходы по саям-аналогам считались по рядам: по Нимбашу - 20-летний, по Наугарзану- 7 лет, по Карабау - 20-летний, по Акчасаю - 15-летний, недостающие расходы сняты по графикам связи саев с саями-аналогами. Связи оказались прямыми, достаточно тесными с коэффициентами корреляции r > 0,85. Восстановленные расходы внесены для удлинения в таблицу.

Ряды обработаны методом математической статистики, построены кривые обеспеченности и определены расчетные расходы по саям заданной В. П.

При суммировании расходов, учитывая большую линейную протяженность, удаление г/постов от устья более чем на 3-5 км, в расчетные расходы введены коэффициенты, учитывающие распластывание паводка и неравномерность выпадения осадков.

Окончательно принятые к расчету расходы, сведены в таблицу 2.

Бланк расчета максимальных дождевых расходов саев бассейна р. Ахангаран

Таблица 2

Приложение № 4

КАДАСТР
расчетных расходов воды 10 % ВП некоторых рек СССР

БЛАНК РАСЧЕТА

максимальных дождевых расходов саев бассейна р. Ахангаран