Расчет наивысших уровней рек



Наивысшие уровни воды рек и озер

7.9.1 Расчетные наивысшие уровни воды, обусловленные половодьями и паводками, определяют по кривым Q = f( H) через расходы воды рассчитанные способами, изложенными в разделах 5 – 7. При наличии широкой поймы кривые расходов устанавливают отдельно для русла и поймы, а затем их суммируют. Для средних и больших рек расходы воды в пойме могут быть определены с использованием соотношений, приведенных в таблице Ж.1 (приложение Ж).

Кривые расходов строят, вычислив Q по формуле

где w — площадь поперечного сечения русла или поймы при отметке уровня H, м 2 ;

n — коэффициент шероховатости, с/м 0,33 ;

h — средняя глубина воды в русле или пойме, м;

i — уклон водной поверхности.

Кривые w = f( H) и h = f( H) устанавливают путем промеров глубин в реке ниже уреза воды и нивели­рования русла и береговых склонов выше уреза до предполагаемой высоты уровня воды 1 % вероятности превышения плюс 1 м. Коэффициент шероховатости приведен в таблице Ж.2 (приложение Ж). Уклон i определяют при высокой воде или в первом приближении по значениям, приведенным в таблице Ж.3 (приложение Ж).

7.9.2 Исходным параметром при расчете подпорных уровней на устьевых участках рек является наивысший уровень водотока или водоема водоприемника расчетной вероятности превышения,
определяемый приемами, изложенными ранее. Перенос этого уровня вверх от устья реки производят по кривой подпора, которую строят путем соединения плавной вогнутой линией точек продольного профиля, соответствующих расчетному бытовому уровню воды в месте выклинивания подпора и в створе наибольшего подпора у его источника. Дальность распространения подпора L, км, определяют по формуле

где a — коэффициент, зависящий от отношения приведен в таблице Ж.4 (приложение Ж);

h Q — средняя глубина реки на расчетном участке при отсутствии подпора, м;

D Н — наибольший подпор, м;

i Q — средние уклон водной поверхности на расчетном участке при отсутствии подпора, ‰.

7.9.3 Для определения наивысших уровней при зажорах и заторах возможны специальные исследования в местах их образования, прежде всего у гидротехнических и транспортных сооружений.

7.9.4 Расчетный наивысший уровень воды м, обусловленный зажором или затором, вычисляют по формуле

где m — коэффициент зажорности или заторности речного участка;

и — соответственно уклон водной поверхности, ‰, средняя глубина реки, м, и уровень воды в расчетном створе, м, при расходе и свободном от льда русле;

— расход воды в период зажорообразования или заторообразования вероятности превышения

Коэффициент m определяют путем полевых исследований. При отсутствии полевых работ значение m может быть определено по аналогии. Ориентировочно коэффициент зажорности (заторности) m при­веден в таблице Ж.5 (приложение Ж) в зависимости от вида ледяного образования и приращения ширины реки в пределах подъема уровня от до

Расход воды Q з рассчитывают через модуль стока, который определяют методом гидрологической аналогии. Помимо обычных требований к реке-аналогу по условиям формирования стока воды
в данном случае принимают также во внимание одновременность и направление замерзания (вскрытия) и равенство уклонов.

7.9.5 Расчетные значения наивысших уровней воды при подвижках льда и ледоходе оценивают по кривой Q = f( H) через расходы, вычисленные по формуле

где h — коэффициент, учитывающий соотношение расходов воды при подвижке (ледоходе)
и на пике весеннего половодья и несовпадение по годам этих расходов одной ве­роятности превышения;

K Q — коэффициент, характеризующий изменение гидравлических параметров водного
потока льдом.

Значения коэффициентов h и K Q определяют методом аналогии.

7.9.6 Для ориентировочных расчетов наивысших уровней воды, м, проточных озер используют формулу

где — средний многолетний весенне-летний подъем уровня воды в озере над порогом стока, см;

b — коэффициент, определяемый по данным наблюдений на соседних озерах с близкими соотношениями морфометрических характеристик и режимом стока из водоема;

А — площадь водосбора озера, км 2 ;

W — площадь зеркала озера, км 2 .

Переход от среднего многолетнего подъема уровня к подъему расчетной вероятности превышения производят по кривым обеспеченности с параметрами и отношением установленным также по данным наблюдений на соседних изученных морфологически однородных озерах.

Формула (7.50) применима для Н н и ветровое волнение D Н в . При расчете D Н н учитывают расчетную скорость ветра, среднюю глубину водоема и расстояние пункта, для которого производят расчет, от центра тяжести зеркала водоема. Поправку D Н в определяют с учетом ветровой защищенности исследуемой береговой зоны, длины разгона волны и других факторов.

Для карстовых, а также для озер с искаженным естественным режимом обязательно производ­ство полевых исследований.

Источник

Наивысшие уровни воды рек и озер

2015-08-13
580

7.68 Расчетные наивысшие уровни воды, обусловленные половодьями и паводками, определяют по кривым Q = f (H)через расходы воды Q_p%, рассчитанные способами, изложенными в разделах 5 — 7. При наличии широкой поймы кривые расходов устанавливают отдельно для русла и поймы, а затем их суммируют. Для средних и больших рек расходы воды в пойме могут быть определены с использованием соотношений, приведенных в таблице 7.3.

Таблица 7.3- Зависимость расхода воды в пойме q_пв долях суммарного расхода (Q_p + Q_n) и от отношения общей ширины реки (В_p + В_п) к ширине русла В_p

Кривые расходов строят с помощью формулы

где ω — площадь поперечного сечения русла или поймы при отметке уровня H, м 2 ;

п — коэффициент шероховатости, с/м 0,33 ;

h — средняя глубина воды в русле или пойме, м;

I — уклон водной поверхности.

Кривые ω = f (H)и h = f (H)устанавливают путем промеров глубин в реке ниже уреза воды и нивелирования русла и береговых склонов выше уреза до предполагаемой высоты уровня воды 1 %-ной вероятности превышения плюс один метр.

Коэффициент шероховатости находят по приложению Б, таблица Б.12. Уклон I определяют при высокой воде или в первом приближении по приложению Б, таблица Б.13.

7.69 Исходной характеристикой при расчете подпорных уровней на устьевых участках рек является наивысший уровень водотока или водоема водоприемника расчетной вероятности превышения, определяемый приемами, изложенными выше. Перенос этого уровня вверх от устья реки производят по кривой подпора, которую строят путем соединения плавной вогнутой линией точек продольного профиля, соответствующих расчетному бытовому уровню воды в месте выклинивания подпора и в створе наибольшего подпора у его источника. Дальность распространения подпора L, км, определяют по формуле

L = a(h_Q + Dh) / I_Q, (7.50)

где I_Q и h_Q — средние уклон водной поверхности, ‰, и глубина реки, м, на расчетном участке при отсутствии подпора;

Dh — наибольший подпор, м;

а — коэффициент, зависящий от отношения Dh / h_Q и определяемый по таблице 7.4.

7.70 Для определения наивысших уровней воды при зажорах и заторах требуется предварительно выполнить специальные исследования с целью установления вероятности образования скоплений льда, их местоположения и мощности.

Возможность образования зажоров определяют следующие признаки:

— замерзание, происходящее путем перемещения кромки ледяного покрова снизу вверх по течению, что имеет место на реках, которые текут с юга на север или выходят с гор на равнину;

— наличие в пределах участка проектирования или непосредственно ниже его перелома продольного профиля его водной поверхности с резким уменьшением к устью уклонов (в 3 раза и более), сужений русла, крутого поворота, островов и других русловых образований, уменьшающих льдопропускную способность русла;

— уклон водной поверхности выше очага зажорообразования, превышающий 0,05 ‰, при котором шуговые скопления вовлекаются под кромку ледяного покрова;

— интенсивный и длительный (6 сут и более) шугоход с расположенного выше по течению участка, что характерно для всех рек, процесс замерзания которых прерывается оттепелями, и для участков рек с большим тепловым стоком из глубоких озер и водохранилищ;

— большая осенняя водность (модуль стока более 3 л/с × км 2 ).

7.71 При оценке возможности формирования заторов учитывают следующие факторы, способствующие заторообразованию:

— более позднее вскрытие участка реки, расположенного ниже по течению, которое имеет место на реках, текущих с юга на север, при выходе рек с гор на равнину и в устьях рек;

— интенсивное снеготаяние и быстрый сброс воды в русловую сеть, чему благоприятствуют большой уклон и малые залесенность, заболоченность и озерность бассейна;

— наличие в пределах участка реки перелома продольного профиля водной поверхности с резким уменьшением уклона и русловых образований, уменьшающих льдопропускную способность русла;

— большая толщина и прочность льда перед вскрытием, наличие зажорных скоплений и наледей в пределах исследуемого участка, интенсивное поступление льда после вскрытия с расположенного выше по течению участка реки, а также с раньше вскрывающихся крупных притоков.

7.72 Расчетный наивысший уровень воды h_з.р.%, обусловленный зажором или затором, вычисляют по формуле

где μ — коэффициент зажорности или заторности речного участка;

; и — уклон водной поверхности, ‰, средняя глубина реки, м, и уровень воды в расчетном створе, м, при расходе Q_з.р.%, и свободном от льда русле;

Q_з.р — расход воды в период зажоро- или заторообразования вероятности превышения Р_%

Коэффициент μ определяют путем полевых исследований, в ходе которых на временном гидрологическом посту ведут учащенные наблюдения за ледовыми явлениями и уровнем воды в период замерзания или вскрытия. Путем измерения скоростей перемещения льдин или расчета модулей стока оценивают расход Q_з и уровень воды. Последний может быть определен и с помощью графической срезки уровней с учетом данных о стоке воды. Уклон водной поверхности измеряют в период со свободным от льда руслом.

При отсутствии полевых работ значение μ может быть определено по аналогии. При выборе речных участков-аналогов учитывают следующие условия:

— возможную географическую близость расположения;

— одни и те же факторы формирования осеннего (весеннего) стока;

— подобие поперечных и плановых форм русла в пределах участков;

— равенство уклонов водной поверхности;

— отсутствие факторов, существенно искажающих естественное развитие процессов зажоро- и заторообразования.

Ориентировочно коэффициент зажорности (заторности) μ может быть определен также по таблице 7.5 в зависимости от вида ледяного образования и приращения ширины реки в пределах подъема уровня от до h_з.р.%.

Таблица 7.5— Значения коэффициента μ

Расход воды Q_з рассчитывают через модуль стока, который определяют методом гидрологической аналогии. Помимо обычных требований к реке-аналогу по условиям формирования стока воды в данном случае принимают также во внимание одновременность и направление замерзания (вскрытия) и равенство уклонов.

7.73 Расчетные значения наивысших уровней воды при подвижках льда и ледоходе оценивают по кривой Q = f (H)через расходы, вычисленные по формуле

где η — коэффициент, учитывающий соотношение расходов воды при подвижке (ледоходе) и на пике весеннего половодья Q_P%и несовпадение по годам этих расходов одной вероятности превышения;

k_q — коэффициент, характеризующий изменение гидравлических характеристик водного потока льдом.

Значения коэффициентов ηи k_q определяют методом аналогии.

7.74 Для ориентировочных расчетов наивысших уровней воды проточных озер в зоне избыточного увлажнения используют зависимость

H = β (A / Ω) 0,5 , (7.53)

где H — средний многолетний весенне-летний подъем уровня воды в озере над порогом стока, см;

А — площадь водосбора озера, км 2 ;

Ω — площадь зеркала озера, км 2 ;

β — коэффициент, определяемый по данным наблюдений на соседних озерах с близкими соотношениями морфометрических характеристик и режимом стока из водоема.

Для Кольского полуострова и Карелии β принимают равным 20, для озер северных и центральных областей европейской территории России — 32.

Переход от среднего многолетнего подъема уровня к подъему расчетной вероятности превышения производят по кривым обеспеченности с параметрами C_v и отношением C_s / C_v,установленным также по данным наблюдений на соседних, изученных морфологически однородных озерах.

Зависимость (7.52) применима для отношения A / Ωменее 250.

В значения расчетных уровней вводят поправки на нагон DH_н и ветровое волнение DH_в, которые рассчитывают по методикам, приведенным в СНиП 2.06.04. При расчете DH_н учитывают расчетную скорость ветра, среднюю глубину водоема и расстояние пункта, для которого производят расчет, от центра тяжести зеркала водоема. Поправку DH_в определяют с учетом ветровой защищенности исследуемой береговой зоны, длины разгона волны и других факторов.

Для карстовых, периодически исчезающих озер, а также для озер с искаженным естественным режимом обязательно производство полевых исследований.

Источник

Модель расчета наивысших уровней воды рек с естественным и зарегулированным стоком по дистанционным данным при отсутствии наземных гидрометрических наблюдений

Описание: Построена карта позволяющая рассчитать максимальный расход и наивысший уровень воды 1 обеспеченности в любом пункте на любой реке России и выявить зоны рисков: катастрофических наводнений затоплений водных и грязекаменных потоков и др. Обработка данных по гидрометрическим створам рек России наиболее крупных рек мира и космических снимков речных русел позволила получить зависимости связывающие расходные характеристики с выявленным обобщенным параметром отражающим осадки интенсивность снеготаяния и ливней зарегулированность стока.

Дата добавления: 2015-07-14

Размер файла: 17.75 KB

Работу скачали: 28 чел.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Модель расчета наивысших уровней воды рек с естественным и зарегулированным стоком по дистанционным данным при отсутствии наземных гидрометрических наблюдений.

1. Краткое описание разработки.

Построена карта, позволяющая рассчитать максимальный расход и наивысший уровень воды (1% обеспеченности) в любом пункте на любой реке России и выявить зоны рисков: катастрофических наводнений, затоплений, водных и грязе-каменных потоков и др.

Обработка данных по гидрометрическим створам рек России, наиболее крупных рек мира и космических снимков речных русел позволила получить зависимости, связывающие расходные характеристики с выявленным обобщенным параметром, отражающим осадки, интенсивность снеготаяния и ливней, зарегулированность стока озерами, водохранилищами, лесами, болотами и др.

Значения основного параметра модели вычислены для более 2000 створов рек России, построена карта его распределения в изолиниях в масштабе 1:5 000000, дающая возможность рассчитать максимальный расход и наивысший уровень воды (1% обеспеченности) в любом пункте на любой реке России не имея данных гидрометрических наблюдений и выявить зоны гидрологических рисков.

2. Преимущества разработки и сравнение с аналогами.

Предлагаемая методика как средство расчета универсальна, ее область применения не зависит от размера реки, формы русла, климатических и геологических условий на площади водосбора. Ранее столь универсальной теоретически и эмпирически обоснованной методики расчета наивысших уровней и максимальных расходов ни в России, ни за рубежом не имелось.

3. Области коммерческого использования разработки.

1. Построение карт рисков (зонирования) для инженерных сооружений от совместного действия водного потока и плывущих льдин в долинах рек на основе:

— расчетов наивысших уровней воды в долинах рек при отсутствии гидрометрических наблюдений;

— построения карт затопления территорий с изолиниями глубин воды, с векторами скоростей течения, с участками эрозии и заиления, свободного прохождения плывущих льдин и их нагромождения при заторах, с расчетами давления льдин на опоры мостов и ЛЭП, изолиниями гидродинамического (лобового) давления водных и грязе-каменных потоков (селей) на сооружения при катастрофических наводнениях.

1. Составление карт рисков по дистанционным данным для любых проектируемых и функционирующих сооружений в равнинных и горных условиях с оценкой:

— устойчивости природно-территориальных комплексов к механическим воздействиям;

— интенсивности опасных природных процессов и вызываемых техногенезом опасных инженерно-геологических процессов.

Источник

ПРЕДИСЛОВИЕ

Широко е разви т ие тран с портного с троит е ль с тва в с еверных райо н ах Советского Союза требует детального учета гидрологиче с кого режима рек и о с обенно з аторных явлений при проектировании, стр о и т ел ь стве и эк с плуатации мо с товых переходов.

О с о б ое зн ачение ука з анное об с тоятель с тво приобретает в сур о в ы х к лиматиче с ких и природных у с ловиях Севера и Сибири, определ яющих тяжелый режим рек , протекающих в э тих районах .

В на с тоящих Мето д ических рекоменд а ция х и з л а г а ются методы определения заторных уровне й воды, и с пользуемые п ри проектиро в а н ии мостовых переходов и н а сыпей на прижимных участк а х рек при н а личии и о т с утствии данных натурны х н а блюдений.

Рекомендации р аз раб о та ны канд . т ехн . н аук В .В. Н ев с ким (ЦНИИ С) и ин ж . М .А. Ж уковой (Г ГИ ) при учас т ии ин ж енеров В.Е. Спи цы (Ленгипротранс), П .П . Леднева, Ю.А . Глаголева ( М осгипротранс).

Зав . о тделением изыск а ни й и про е ктирования железных дорог А.М. Козлов

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. 1. На с тоящие Методические ре к омендации предназ н ачены для и с п ользования при проектировании ж е лезнодоро жн ых и автодорожных мо с тов ы х переходов и на с ыпей тран с портных магистралей, с ооружа е мых на пр и жимных уча с тках ре к в районах Севе р а, Сибири и в Якутской АССР.

1 .2. Методические рекомендации содержат способы опр е деления наивы с ших уровней воды, обу с ловленных образованием з аторов льда ниже ра с сматриваемых створов рек, вызывающих значительный подъем уровня вод ы.

1 .3. При проектировании трансп о рт ны х водо п роп у скных и других с ооружений ра с чет наивыс ш их заторных уровней воды с ледует производить с огла с но « Указаниям по определению расчетных гидрологиче с ких характеристик СН 435-72 » [ 1 ], « Руководству по определе н ию ра с четных гидрологических характери с тик » [2 ], настоящим Мето ди ч е с ким рекомендациям и и с пользуя матери а лы, приведенные в « Каталоге заторных и зажорных участков рек СССР » [ 3 ].

1 .4. Со с тавле н ию проектов мостовых переходов через большие и средние реки дол ж ны предше с твовать и з ы с ка н ия, выполняемые с огла с но « На с тавлению по изы с каниям и проектированию железнодорожных и автодорожных мо с товых переходов через водотоки » [4 ], в результате к отор ы х должны быть получены дан н ые о топограф и и, инженерно-геологических усло ви ях р ай о на пер е хода, гидрологическом реж и ме и русловом процессе пересе ка емого водотока.

1 .5. До н ач а ла по л е в ы х из ыскательски х раб от прои з водят сбор и изучение материалов о режим е пере с екаемой реки и районе мо с тового перехода.

Для изучения ледового р еж има ве с е н него п о ловодья должны быть с обраны и с истематизированы материалы , характеризующие:

морфолог и ческ ие особенности реки в р а йон а х мо с тового перехо да и во до мерных по с тов УГК С (управл е ний Госу да рственного Комитета СССР по ги д ром е т е оро л огии и контролю п р иродной среды);

еже дн евные уровни во д ы и ее р а сходы;

толщину льда , и снега на льду в предпаводочный период и ма кси м альны е ;

с умм у с реднесуточных и средн е месячных отри ца тельных температур во з духа з а холодный период г ода ;

топографиче с к и е и инженерно-геологиче с кие условия.

1 .6. П ри изучении указанных материалов рекоме н дуется провес т и предварительные исследования ледовых явлений ве с еннего половодья, для чего необходимо:

по картам выявить уча с тки реки, на которых по морфологиче с ким признакам могут образоваться з аторы льда;

по с троить кривые с вязи с оответ с твенных и мак с имальных уровней воды для водпостов УГ КС;

оценить репрезентативно с ть измерений толщины льда на водпо ст ах ;

пост роить эмпириче с кие крив ы е вероятно с ти превышения то л щины льда, уровней первой подвижки льда и начала ледохода, вы с шего за п оловодье уров н я и др.;

со с тавить сводные таблицы ежедневных уровней и расходов воды, провести анализ ледовых явлений за все годы наб люде ний и отобрать половодья для дальнейшего ис с ледования зато р ных уровней;

с оставить таблицы характерных уровней и характери с тики ледовых явлений и заторов льда.

По этим данным с л е дует предварительно установить величины заторных уровней в районе мо с тового перехода, выявить перечень и объем полевых ра б от, с о с тавить программу гидрологиче с ких исследований, определить методы и с роки их выполнения.

1 .7. Программа гидрометриче с ких и с с л едований должна преду с матривать выполне н ие работ, необходимых для определения з аторных уровней воды, в том числе:

опро с с тарожилов о ледовом режиме реки;

рекогно с цировочн ы е об с ледования мостового перехода и з аторного участка реки;

ледомер н у ю съемку в районе водпоста УГКС;

ледомер н у ю с ъемку района мо с тового перехода;

измерение уровней воды в створе мостов о го перехода, в голове и ниже головы затора ;

сос т авлен ие к артограмм ледовой об с та н овки с указанием разм е ров ледя н ых полей;

измерени е с коро с ти и направления движения ледяных полей;

определен ие проч н ос т ных характер и с тик льда;

сбор неопубликованных материалов п о реж и му реки з а после дн и е годы на в о дпос т ах и в об с е рв ато р иях УГКС.

Для мо с товых переходов чере з бол ь ш и е ре к и с ча с тыми зат о рами необходимо преду с матривать выполнение аэрофотосъемки ледохода, з аторов льда и аэрогидрометрии.

1 .8. Для определения наивысших заторных уровней воды на неи з ученных реках в результате изысканий должн ы быть по с троены кривые з ави с имо с тей ра сходов в оды Q = f ( H ), средних и мак с имальных скоро с тей течения v _ср = f ( H ) и v _макс = f ( H ) , средних глубин и шири н ы ру с ла h _ср = f ( H ) и B = f ( H ), а также получены сведения об уклонах водной поверх но сти при высо ки х уровнях воды.

1 .9. Для приближенного определения величин заторных уровней в районе мо с тового перехода при по с троении кривой v _макс = f ( H ) может быть использована кривая v _ср = f ( H ) путем пересчета ее ор дин ат с применением формул Г .В . Желез н я к ова [5]:

где С — коэффициент Ш ези потока м 0,5 /с, принимаемый в зави с имости от коэффициента шероховатости n по табл. 1.

g — у с корение с вободного падения, м /с 2 .

1 . 1 0. Ра с четная вероятно с ть превышения наивыс ш их з аторн ы х уровней в оды при п роектиро в ании мо с тов и на сы пей на прижимных уча с тках рек принимает с я равной ра с четной вероят н о с ти превышения ра с ходов воды, у с та н овленной с оответ с твующими С Ни П.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИВЫСШИХ РАСЧЕТНЫХ ЗАТОРНЫХ УРОВНЕЙ ВОДЫ ПРИ НАЛИЧИИ ДАННЫХ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

2. 1 . При на л ичии гидрометрических набл ю дений ра с че т ные з начения заторных уровней вод ы определяют с я по у с еченным эмпириче с ким кривым обе с печенно с ти вы с ших заторных уровней.

2.2. При пост р о е нии э мпириче с кой кривой обе с печенно с ти вероятно с ть пр е вышения вы с ших заторных уровней о п ред е л я ется по форму ле

где m — поря дко в ый но мер члена ряда, со с тоящего из ра с поло женны х в убывающем порядке н аблю д ен ных высших затор н ых ур овн ей воды, чи с ло которых обычно меньше общего чи с ла лет наблюден и й.

n — общее число членов ряда.

2.3. Выборку высших за т ор н ых уровней с ледует производить, используя хронол о гическ и е графики колебания уровней (по сро ч ным наблюд е н и ям) и ра с ходов воды ( с редних с уточных) в пе р иод весе нн его половодья.

С помощью этих же графиков за г оды с з аторами льда определ я ю т ся з начения з аторных подъемов Δ H _зтр над уровнями, соответ с твующими расхода м и воды во врем я заторов льда, оп ре деляемыми по кривой Q = f ( H ) ( рис . 1 ) .

Рис. 1. Схе м а оп ределен и я о с новных хар а ктеристик заторов льда:

1 — уровни, соответств у ющие расходам воды во время затора; 2 — минимальный 30-дневный (с реднеме с яч н ый ) з имний ур о вень

2. 4. При выявле н ии случа е в образов а ния за торов льда и опр е д ел ении величин Δ Н _зтр с ледует руко в одствоваться принцип а ми, изложен н ыми в « Методике определения о с нов н ых сведений » , приведе н ной в « К а талоге зат ор ных и за ж орн ы х участ к ов р е к СССР » [6 ] .

Д л я по л ного учета с луча е в обра з ования з а торов ль да , вызв а вших из м ене н ия в ходе уров н я воды на ги д рологиче с ком по ст у, с ледует производить анализ с овмещенных по д л ине реки гр а фиков колебания уровня по с рочным наблюд е ниям или по с редним суточным их значениям.

На э т и х же графиках изображаю т ледовые явле н ия, ко ле бания ра с ходов и температуры воздуха.

Резкие изменения хода уровня на посту, не подтвер жд енные набл ю дения ми на смежных пунктах, служат одн и м из о сн овных приз нак ов обра з ова н ия затора льда.

2.5. При а н ализе да н ных натурных наблюдений, исполь з уемых дл я опреде л ения заторных уровней, следует обраща т ь особое внимание н а п р а в ил ьн ость ра с чета расхода воды в п е риод образования за торов льда в районе гидрологических постов.

2.6 . П е рено с расчетных наивысших за т орн ы х уровней воды в пре д е л ах до 2-3 км на ма л ых и с редни х реках и до 1 0-20 км на бо л ьших ре к ах, т. е . в преде л ах рас п рос т ранения подпора от заторов ль д а , которые рег и стр и р у ют ся уров е нными набл юд ения м и на гидр о логич е ском п о с ту, прои з водят по укло н у водной п ов е рхност и при высо к их з а т ор ны х уровнях.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИВЫСШИХ ЗАТОРНЫХ УРОВНЕЙ ВОДЫ 1 % ВЕРОЯТНОСТИ ПРЕВЫШЕНИЯ ПРИ ОТСУТСТВИИ ДАННЫХ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

3. 1 . Возможнос т ь форм ирования заторов льда на неизученном в гидрологиче с ко м отношении участке реки устанавливает с я на основе а нализа общ е го характера водного и ледового режима реки, а так же д а н н ых опро с а местных жителей, получен н ых в пер и од изы с каний.

П ри э т ом сл е ду е т учитывать, что образованию заторов льда благоприят с твую т:

боле е позднее вскрытие участка реки, ра с положен н ого ниже по течению, по сравнению с уча с т к ом реки в районе ра с четного створа мо с тового перехода, ч т о вы з ывает наличие н иже по тече н ию кромки л ьда, с по с обствующей задержанию ледяного материала. Наибол е е часто это наблюдает с я на реках или больших по протяженно с ти участках рек, име ющих направление те ч ения с юга на север и вскрывающих с я св ерху вниз по течению, а также на устьев ых уча с тках р е к и при впадении реки в озеро или водохранилище;

интен с ивное с неготаяние в ба сс ейне рек и бы с трое по с тупле н ие воды в ру с ловую сеть;

наличие в пределах ра с сматриваемого у ч а с тка или непо с ред с твенно ниже его перелома продольного профиля от уча с тка с большим уклоном к уч аст к у с меньш и м уклоном, сужения речной долин ы , крутых поворотов ру с ла, островов, ко с , перекатов, отмелей, порогов, больши х притоков, в с крывающих с я раньше основной реки, а также и с ку сс твенных препят с твий, затрудняющих с вободное перемещение ма сс льда, с тесняющих жи вое с ечение и уменьшающих его пропу с кную способность;

большая толщина и з начительная прочно с ть ледяного покрова при вскрытии реки, инте н си в ное по с тупление льда с вышерасположенного уча с т к а.

3.2. Ра с четный наивы с ши й заторны й уровень Н _зтр и наибольший з аторный подъем воды Δ H _зтр (ри с . 2) определяют с я по формулам [7]:

где A_{Q зтр} = Н_зтр — Н _{Q зим} — подъем уровня воды (над зимней меженью), обу сл овленный увеличением водности реки в период формирования затора льда;

δ — параметр, характери з ующий относительное стесн е ние русла реки при заторе;

Н _{Q зим} — уровень, соответств ующий минималь н ому 30-дневному (среднемесячному) зимнему расходу воды, определяемый по кривой Q = f ( H ) .

3.3. Определение уровня Н _{Q зтр} и подъема уровня вод ы А _{Q зтр} сл е дует проводить в следу ющ ей по с ледовательно с ти:

испо л ьзуя р екомендации « Указаний по определению расчетных гидрологиче с ких характеристик СН 435-72 » [1] и спра воч н ы е издания, определить макси м альны й ра с ход воды ве с еннего половодья Q _т вероятно с тью превышения Р = 50 % и минимальный с реднеме с ячный ( з имний) ра с ход воды Q _зим ;

Ри с . 2. Схема определения у р овня Н _{Q зтр} по чи с лу Fr при уровне Н _{Q т} для различн ы х типов заторных уча с тков рек

по у с т ан овленным з наче н иям Q _т и Q _зим , используя кривую Q = f ( H ) определить соответству ющи е им уровни воды Н _{Q т} и Н _{Q зим} ;

по с троить кривые зави с имо с тей Fr_{v ср} = f ( H ) · Fr ΄ _{v ср} = f ( H ); Fr_{v макс} = f ( H ) и Fr ΄ _{v макс} = f ( H ), определяя чи с ла Ф руда при с редних v _ср и мак с имальных v _макс с коро с тях течен и я по формулам:

где h _ср и B , с оответ с твенно, средняя г л убина и ширина русла в ра с четном створе.

под с читать Fr_{v ср} по глубине воды пр и уровнях Н _{Q т} и Н = 0,5 А _{Q т} + Н _{Q зим} и определить ко э ффициент

по найденному зн а че н и ю коэффицие нта η, и с пользуя данны е т а бл. 2, у с тановить тип заторного уч ас тка и расчетно е в ыражение д ля опр е д ел ения ур о вня Н _{Q зтр} (с м. р ис . 2 ), а за тем гр а фич ес ким путем, и сп о л ьзуя к р ивые Fr = f ( H ) и Fr ΄ = f ( H ), опр е делить уро ве нь H_{Q зтр} и A_{Q зтр} = Н _{Q зтр} — Н _{Q зим} .

Расчетное выражение для определения уровня Н _{Q зтр} по графическим зависимостям Fr = f ( H ) и Fr ΄ = f ( H )

Пр еимущественно глубокие и узкие участки рек с от н осительно небольшими скоростями тече н ия в о ды

Переходной тип участков (наиболее распространенный)

Преимущест в енно н егл уб окие и широкие участки рек с бо л ьшими скоростями течения

*Для рек, отличающихся сомкнутостью весеннего половодья с превышающими его в отдельные годы пик а ми дождевых паводков (в основном это н екоторые реки Восточной Сибири: верховья Енисея, А лд ана, Яны и д р. ), при η > 2 уровень H_{Q зтр} определяется по соотношен ию Fr_{HQ зтр v макс} = 0,5 Fr_{HQ т v ср} .

3.4. В тех с л у чаях, когда значения коэффициента η близки к 1 ,3 ( 1 ,25- 1 ,35) или 2,0 ( 1 ,95-2,05), ра с чет уровня H_{Q зтр} следует выполнять для двух типов заторных уча с тков (соответственно I и II или II и III ). При этом , ес ли отно с ительная водность реки при затор е

д л я обоих ра с считанных уровней находится в пределах 0,5 — 0,9, то принимается с реднее з начение Н _{Q зтр} . Значение уровня Н _{Q зтр} , при котором от н о си тельн а я водность реки во время з атора β менее 0,3 или более 0 ,9 не принимается во вним а ние.

3.5. Для определения наибольшего заторного уровня воды Н_зтр по з ави с имости (1) необходимо у с тановить з наче н ие отно с итель н ого с теснения русла затором льда δ .

Параметр δ определяет с я в зави с имо с ти от чи с ла Ф р у да Fr , площ а д и водосбора F , км 2 , уклона водн ой поверхно с ти J , ‰, по формуле

δ = 0, 3 0 + 0,21 Fr 0,5 Fr 0,11 + 0,52 , (3)

где J — уклон водной поверхности,

Н е зави с имо от типа заторно го у час тка (см . т абл . 2) ра с четное значе н ие Fr в выражениях (3) и (4) принимает с я равным Fr_{HQ т v ср} .

Ли ш ь для некоторых участков III т ипа в ра с чет принима е тся зна ч ение, равное 0 ,5 Fr_{HQ т,} v _ср (с м. та бл. 2).

3.6. Уклон водной пове р хно с ти J с л едует опреде л ять в ус ловиях от к рытого ру с ла при уровне воды, близком к Н _{Q т} . Ра с стояние между уклонными постами должно включать зн а чительную часть зо ны заторного с копления льда.

При определении уклона водной поверхно с ти н а уча с тках бол ьши х и сред н их рек, кроме данных непосредствен н ых измерений в районе мостового перехода, с ледует использовать данные параллельных набл ю дений на близко располо ж е н ных гидрологических постах Госком гид роме т а.

Учитывая особен н о с ти э мпирических завис им остей (3) и (4 ), а такж е возможные неточности при определе н ии входящих в них параметров, преде л ьное значение относительного стеснен и я русла следует принимать равным 0, 90 .

3.7. Переход от ра с четных заторных уровней воды Н_зтр в ероят н ост ью превышения Р = 1 % к ра с четным зат о рным уровням Н_зтр вероятно с тью превышения Р = 2 % с ледует прои з вод ит ь в зависимости от значений относительного те сн ен и я русла при з аторе л ьд а δ и в ел ичин заторных подъемов уровня воды Δ Н_зтр вероятностью превышения Р = 1 %, и с поль зу я средние значения разностей между затор н ыми уровн я ми воды вероятно с тью превышения равной 1 и 2 % (т абл . 3).

Заторные подъемы уровня воды Δ Н_{зтр 1 %}, см

П римечание . В зависимости от формы ру с ла при вы с оки х уровнях воды к приведенным средним з начениям разно с тей м ежду Н_{зтр 1 %} и Н_{зтр 2 %} могут вводить с я поправки в размере ±3 0 % от табличных значений.

3.8. Рекомендации по определению на и в ысших заторных уровней воды пр и от с ут с твии данных гидрометрических наб л ю д е н ий, привед е нные выше, не ра с про с траняются на определение заторных уровней н а уча с тках рек с сильно разветвленным (м н огорукавн ы м) руслом, а также на уча с тки с о значительной протяженно стью очень широких (в десят к и раз прев ы ша ющ их ширину ру с ла реки до выхода воды на пойму) н изких пойм, по которым могут проходить большие ра с ходы воды.

3.9. Для ре к крайнего севера Азиатской ча с ти СССР, на к оторых ледоход и заторы льда набл юд аются незадолго до наступления мак с имальн ы х расходов воды весеннего п оловодья, расч е тные з аторны е уровни воды рекомендует с я принимать равным и:

при средних и с лабых заторах — ра с четным уровн я м в оды периода открытого русла;

при м ощ н ых заторах и близо с ти мест обр аз ования заторов к ра с четны м створам — на 1 ,0- 1 ,5 м пр ев ышающими ра с четные уровни откр ы того ру с ла (той же вероятно с ти превышения ).

Хар а ктер заторов льда устанавли в аетс я по аналоги и с изученны м и участками рек и на основани и анал из а материалов пол ев ых исследований.

4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

О п ределение наивысших заторных уровней Н_зтр заторных подъемов уровней воды Δ Н_зтр при н аличии данных многолетних гидрометрических измерений

И с ходные данные . Мо с товой переход, являющий с я уча с тком железно до рожно й линии 1 категории, прое к тируется че р е з реку А у г. Т .

По данным мн о г о летних наблюдений на водомерном посту в этом ме с те ( 1 926- 1 9 3 3, 1 935- 1 978 гг.) заторы льда , обра з ующие с я на уча с тке реки, расположенном в 5- 1 5 км ниже поста, имеют пов то ряемость 42 %. Наивысший заторный уровень Н_зтр = 7 1 0 см ( з де с ь и далее все уровни п риводят с я над нулем гра фи ка водомер н ого по с та) был зареги с трирован 1 6.05. 1 929 г. Наибольший заторный подъем уровня воды Н_зтр = 3 1 0 см был отмечен 6 .0 5 .1 952 г.

Р асчет. В соответствии с рекомендациями главы 2 производят выборку наблюденных высших заторных уро в ней H _зтр и определяют с оответствующие значения з аторных подъемов Δ Н_зтр над уровнями, соответствующими по кривой Q = f ( H ) расхода воды во время заторов льда.

Располагают наблюденные значения з аторных у ровней и подъемо в уровней воды в убывающем порядке (ряды не приводят с я), определяют и х эмпирическую вероятность превышения и, используя клетчатку вероятностей, строят у с еченные кривые обеспеченности выс ши х за т орных уровней и подъемов уровней воды (рис. 3).

По с оответ с твующим у с еченным кривым обе сп еченно с ти у станавливают ра с четные значения з аторного уровня и подъема уровня воды вероятностью превышения 1 %: Н_{зтр 1 %} = 770 см и Δ Н_{зтр 1 %} = 360 см.

Определение наивысших заторных уровней Н_зтр и заторных подъемов уровне й воды Δ Н_зтр при от с ут с твии данных многолетних гидр о метрических наб л юдений

Определим Н_зтр и Δ Н_зтр в створе мо с тов о го пер е хода через реку А у г. Т в предположении отсутствия на водомерном посту дан ных многоле тн их г идром етрических наблюдений .

Ри с . 3. Усече нн ые кривые обе с печенно с ти вы с ших заторных уровней и подъемов уров н ей воды

И с ход ны е данные. На о с нове анализа материалов, приведе нн ых в « Каталоге затор н ых и зажор н ых уча с тков рек СССР » [3 ] , морфологических п ри з наков участка реки А у г. Т., опро с а ме с тных жителей установлена возмо ж ность формирования заторов льда на уча с тке реки, п р и лега ющем к району мо с тового перехода.

В результате прове де н ны х изысканий мостовог о перехода, в процессе которых вып олняли с ь ин ж енерно-гидрологичес к ие (м о рфоме тричес к ие) обследования и гидравлическ и е расчеты б ыл и по с тро е ны кривые завис и мостей расходов воды Q = f ( H ), средних и мак с имальных скоростей тече н ия v _ср = f ( H ) и v _макс = f ( H ), ср е дн и х глубин и ширины русла h _ср = f ( H ) и B = f ( H ) (рис. 4, 5), а также оп ре де л ены п л о щ адь водосбора F = 49500 км 2 и уклон водной поверхно с ти пр и вы соких уровня х воды в райо н е мостового перехода J = 0, 1 8 %.

Ри с . 4. Кривая Q = f ( H ), р. А г. Т

Рис . 5. Определение уровня Н _{Q зтр} по чи с лу Fr для уров н я Н _{Q т} , р. А г. Т

По ма териалам с правоч н ых и з даний и « Ука з аниям по опреде л е ни ю ра с чет н ых г и дролог и че с ких ха р а к тер истик» ( С Н 435-72) опр е делены:

максима л ьн ый расход воды ве с ен н его половодья вероятно с тью п р евышени я P = 50% — Q _{т = 50 %} = 6120 м 3 /с;

мин и мальный с р е д н еме с ячный ( з имний ) ра с ход воды Q _зим = 60 м 3 /с.

Расчет . По приведе н ным ра с ходам Q _т и Q _зим , и с пользуя кривую Q = f ( H ), определяют с оответ с твующие им уровни вод ы Н _{Q т} = 7 10 см и Н _{Q зим} = 4 0 с м .

Затем под с читывают чи с л а Ф руда при с редних с коро с тях течения , с о от ветству ющи х уровня м Н _{Q т} и Н = 0,5 A_{Q т} + Н _{Q зим}

П о кривым v _ср = f ( H ) и h _ср = f ( H ) (см . р и с. 5) находят при Н _{Q т} = 710 см

В с оответ с твии c п олученным значение v отноше н ия η п о т абл . 2 устанавливают, что рассматриваемый участ о к рек и отно с ится ко II типу з аторных у час тков.

По аналогии со с хемой определения уров н я, с оответ с твующего ра с ходу воды при заторе Н _{Q зтр} , прив е денной на рис. 4 , и спользуя кривые Fr = f ( H ), гр а фичес к им путем находя т (см . р ис . 5)

Уровень воды (над зи мн ей меже н ью) в период формирован и я затора льда раве н A_{Q зтр} = Н _{Q зтр} — Н _{Q зим} = 4 1 0 — 40 = 370 см.

Для определения ра с четного наивы с шего з аторного уровня воды Н_{зтр 1 %} и с пол ь зуют за висимость (1) .

где δ = 0,30 + 0,2 1 · Fr 0,5 · Fr 0,17 + 0,52

δ = 0,30 + 0,21 · 0,049 0,5 · 49500 0,17 + 0,52 = 0,51;

Ра с четный наибольший заторный подъем воды определяют, и с поль з уя зав ис имость (2 ):

Отно с ительные ошибки определения величин наивы с ших заторн ы х уровней и наибольших заторных подъемов воды при их р а счетах при наличии и отсут с твии данных многолетних гидрометрических набл юд е ний с о с тавляют:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ук аз ания по о пре деле нию ра с четных гидрологиче с ких хара к теристик (СН 435-72). Л ., Гидрометеоиздат, 1 972.

2. Руковод с тв о п о опреде л е н ию ра с четных гидрологиче с ких характери с тик. Л ., Гидрометеоиздат, 1 973.

3. Ката л ог заторных и зажорных участков рек СССР. Том I . Л ., Г идро метеоиздат, 1 976.

4. На с тавление по изы с каниям и проектированию железнодорожных и а в тодорожных мо с товых переходов ч ерез водотоки. М., Транспорт, 1972.

5. Ж еле зн яков Г.В. Гидрология и ги д рометрия. М ., Высшая школа, 1 98 1 .

6. Каталог заторных и зажорных уча с тков рек СССР. Том II . Л ., Гидрометеои з дат, 1 976.

7. Жукова М.А. Заторы л ьд а на реках ба сс ейна Северного Ледовитого океана и ра с чет наивы с ших заторных уровней воды. Труды ГГИ, вып. 248, Л., Гидрометеоиздат, 1 978.

8. Даеев Ю .А ., Попов А. Ф. Ве с ен ни е заторы льда в ру с ловых потоках. Л ., Гидрометеоиздат, 1 978.

9. Мефодиев В.А. Заторы и з ажоры на реках Северо-Во с тока СССР. Труды К СГ , вып. 56. 1 970.

1 0. Руднев А.С. Опыт борьбы с заторами льда на Лене. Труды КСГ, вып. 56, 1 970.

11 . К он о валов И.М ., Б ала н ин В.В. О с нов н ые характеристики з аторов льда на реках и с пособы их предупрежд ен ия. Труды Л И ВТ, вып. XXX . Л ., Речной тран с порт, 1 962.

1 2. Лисер И.Я. Закономерно с ти весе нн его заторообразования на реках Сибири, их учет при орга ни зации борьб ы с заторами. Труды КСГ, вып. 56, 1 970.

1 3. Попов Е.Г. Заторы льда и проблемы борьбы с ними . — Ме теорология и гидролог и я, 1 968, № 8.

14. Нежиховский Р.А ., Бузин В.А. У с ловия о бра зо ва н ия и про гнозы заторов льда на реках. — Метеорология и г ид ролог и я, 1 977, № 5 .

Источник