Мостовых переходов через водотоки

Основные гидрологические требования к выбору трасс МП с учетом типа русловых процессов, который наблюдаются в створе проектируемого МП, были изложены на прошлой лекции.

Для определения параметров МП, т.е. отверстия моста, отметок бровки подходных насыпей, высоты регуляционных сооружений и т.д. проводится комплекс гидрологических и гидравлических расчетов.

В результате гидрологических расчетов необходимо вычислить:

1. Максимальные расходы воды заданной вероятности превышения.

2. Максимальные уровни воды, соответствующие этим расходам.

3. Наивысшие и наинизшие уровни воды в периоды весеннего и осеннего ледоходов, а также при заторах и зажорах льда.

Максимальные расходы воды определяются согласно указаниям СП 33-101 по одному из трех способов в зависимости от наличия и длительности наблюдений за стоком воды в реке. Об этом я Вам достаточно подробно говорил на прошлых лекциях. Кроме того, Вы сами их считали на практических занятиях.

Следует отметить, что точность установления РГХ по максимальному стоку в значительной мере зависит от надежности исходных данных. Поэтому, они должны быть в обязательном порядке подвергнуты строгому анализу. Это один из самых актуальных вопросов мостовой гидрологии.

Для этого:

1. Оценивают полноту и надежность измерения максимального уровня воды и отметок ГВВ на местности и опросам старожилов, в т.ч. достаточности измерений стока и уровней воды в половодья и паводки.

2. Определяют точность экстраполяции кривой расходов воды до этих отметок и вычисления максимальных расходов воды, особенно на пойме.

3. Проверяют однородность данных наблюдений по статистическим критериям с оценкой причин неоднородности (строительство плотин или др. ГТС, влияющих на водный режим).

Ошибки при определении РГХ в связи с недостаточной обоснованностью экстраполяции кривых расходов или же при определении ГВВ редкой повторяемости могут достигать 100…200%.

Анализ гидрологических данных проводят во всех случаях их использования для определения максимальных расходов и уровней воды в створе МП. Причем, наиболее точно они вычисляются в тех случаях, когда водомерный пост, на котором ведутся многолетние гидрологические наблюдения, располагается в непосредственной близости от проектируемого МП (до 3…5 км). Однако, таких благоприятных случаев встречается, как правило, не много (не более 10…15%).

Значительно чаще имеют место случаи, когда водомерный пост на реке расположен на значительном удалении от МП и на нем ведутся непродолжительные (до 10…15 лет) наблюдения за стоком и уровнем воды или же только за уровнем воды. В таких случаях следует подобрать реки-аналоги, имеющие многолетние наблюдения, и удлинить наши короткие ряды (см. задание №3).

Наконец, достаточно типичный случай для рек России, особенно в северных и восточных её районах, когда отсутствуют наблюдения на реке и нет реки-аналога с многолетними наблюдениями. В этом случае расчеты в первом приближении выполняют по эмпирическим формулам максимального стока, параметры которых определяют по картограммам (на стадии «Проект»). Одновременно организуют и проводят в течении 1…3 лет гидрометрические работы на реке, где проектируется строительство МП. Это позволит существенно уточнить значения РГХ, полученные ранее, исключить грубые просчеты и их катастрофические последствия. Однако, эти работы, считая их дорогими, проводят только на особо важных объектах. По нашему мнению, это стратегическая ошибка: результат «рублевой» экономии - миллионные убытки, катастрофы и гибель людей.

В развитых странах, даже несмотря на высокую гидрологическую изученность водотока, где проектируется строительство ГТС, гидрометрические работы проводят в обязательном порядке с использованием современных средств измерений, их автоматизации, передачи и обработки информации. В 70…80 годы мы также двигались в этом направлении, т.е. достаточно часто организовывались ведомственные водомерные посты, на которых в течении 2…3 лет и более изучался гидрологический режим водного объекта, где в перспективе предполагалось построить то или иное ГТС (плюсы плановой экономики).

Морфометрические работы

При отсутствии или недостаточности данных по стоку и уровнями воды в створе проектируемого МП проводят морфометрические работы. Их цель – установить значения РГХ на основании данных измерений поперечных профилей долины и продольных уклонов водотока.

Так как полевые изыскания проводят, как правило, в течение одного сезона, который чаще всего не совпадает с периодом прохождения половодья или паводка, то морфометрический способ гидрологических изысканий признан в России в настоящее время основным. При этом, в зависимости от степени гидрологической изученности задачи морфометрических работ будут разными.

1. В случаях хорошей гидрологической изученности участка реки в районе МП, т.е. когда на реке имеется вродомерный пост с многолетними ирениями уровня и стока воды, основной задачей морфометрических работ является перенос в створ МП расчетных значений уровня Нр% и стока Qр% воды, которые определены по этому стационарному водпосту. Кроме того, необходимо величину Qр% распределить между руслом, участками пойм и протоков в створе МП.

2. Типичный случай – имеются только многолетние данные по уровню воды, а сток не измерялся. Определим Нр%, а задачей морфоработ будет перенос Нр% в створ МП, а также определение Qр% морфометрическим способом и его распределение по ширине водотока при отметках Нр%.

3. Третий случай – гидрометрических данных по стоку и уровням воды нет или их недостаточно для надежного определения РГХ. Задачи морфоработ: определить Нр% и Qр% морфометрическим способом, а также меток ГВВ на местности и по опросам старожилов.

Для второго и третьего случаев морфометрические работы целесообразно выполнять в паводочный период для более надежного определения уклона, скорости и коэффициента шероховатости на основе измерений расходов при разных уровнях воды.

Морфометрические работы, по результатам которых можно моделировать пропуск расчетных паводков в своре МП, служат контролем определения расчетных расходов по эмпирическим формулам СНИПа, которые применяют для слабоизученных в гидрологическом отношении районам.

К основным видам морфометрических работ относят:

1. Определение ГВВ в створе МП на основе опроса старожилов и следам паводков редкой повторяемости (тростник, кустарник, нефть, наилок, смачивание зданий, повреждения, смыв «загара» и др.).

2. Съемку продольного профиля реки и определение уклона водной поверхности (по уклонным постам).

3. Инструментальную и ситуационную съемку поперечных морфостворов (1…3) для определения коэффициента шероховатости различных участков между морфостворами по ширине водотока.

4. Определение расходов, протекающих в русле, участках поймы и протоках при различных горизонтах высоких вод, (т.е. по участкам морфоствора).

Расход воды определяют по формулам равномерного установившегося движения:

Q = ω * V = ω * С * √ R * I

C = R ^у /п.

Если заменить R = h, то Q = ω * h ^у+0,5 * √ I.

Иногда учитывают коэффициент формы живого сечения, который изменяется в зависимости от соотношения максимальной и средней глубин от 1 до 1,3.

Коэффициент шероховатости (п) изменяется от 0,02 до 0,1 для русел и от 0,04 до 0,2 для пойм. Его определяют по таблицам, например, Срибного, а более точно – обратным расчетом по измеренному расходу воды.

Уклон водной поверхности (I) определяют по результатам съемки продольного профиля, меткам ГВВ, по уклонам, измеренным по временным водпостам. При отсутствии данных по уклонам в паводки, его вычисляют по эмпирическим формулам, например, по формуле Б.Ф. Снищенко (курс. Проект), где он определяется в зависимости от величин меженного уклона воды и соотношения ширин дна (ложа) долины и русла.

По результатам расчетов строят графики зависимости площадей живого сечения, уклонов, скоростей и расходов воды от отметок уровня воды. Таким образом, в зависимости от гидрологической изученности по этим графикам мы можем определить:

1. Если есть данные по Qр % и Qн% по графикам находим соответствующие им величины Нр% и Нн%, а также гидравлические характеристики для русла поймы и протоков.

2. Если есть данные по стоку и уровням воды, то мы по этим графикам определяем частные расходы и гидравлические характеристики для русла, поймы и протокам.