Определение максимальных расходов при отсутствии или недостаточности наблюдений.

 

Расчет максимальных расходов талых вод равнинных рек.

Расчетный расход определяется по формуле

 

(5.3)

 

где Q _{max p} — расчетный мгновенный максимальный расход талых вод в м³/сек, вероятность превышения которого р %; q _{max р} — модуль максимального расчетного расхода воды Q _{max p} / F м³/сек с 1 км²; h _p — расчетный слой суммарного (без срезки грунтового питания) стока половодья той же вероятности превышения р %, что и искомый максимальный расход воды, в мм; F – площадь водосбора до замыкающего створа в км²; – коэффициент дружности половодья на элементарных (малых) бассейнах (при F →0 и δ ₁ δ ₂=1); n – показатель степени, характеризующий редукцию (уменьшение) коэффициента дружности половодья в зависимости от площади водосбора; δ ₁ – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды рек, зарегулированных озерами (δ₁) и водохранилищами (δ₁'); δ ₂ — коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода воды в заболоченных и залесенных бассейнах.

На рис. 5.2. приведена номограмма степенной функции .

Параметры формулы (5.3) определяются следующим образом.

Значения n и k ₀ находятся в зависимости от природной зоны (района) и категории рельефа по табл. 5.1. Природная зона, указанная в этой таблице, в пределах которой расположен бассейн реки, устанавливается по карте (рис. 5.3). Для бассейна, расположенного в двух смежных зонах, принимаются средние значения n и k ₀.

 

Рис. 5.2. График степенной функции

Рис. 5.3. Районирование России применительно к расчету максимальных расходов талых вод.

 

 

Таблица 5.1

Значения параметров n и k ₀

 

Природная зона (район)	n	k0
категория рельефа
I	II	III
Зона тундры и лесная зона   Европейская территория Восточная Сибирь Западная Сибирь   Лесостепная и степная зоны Европейская территория (без Северного Кавказа) Северный Кавказ Западная Сибирь   Зона засушливых степей и полупустынь Западный и Центральный Казахстан	0,17   0,25     0,25   0,25 0,25     0,35	0,010   ---     0,020   0,030 0,030     0,060	0,008   0,013     0,015   0,025 0,020     0,04	0,006   0,010’     0,012   --- 0,015     ---

 

Для сильно заболоченных бассейнов с площадями водосборов более 10 000 км².

Зависимости , по которым определены параметры n и k ₀, приведенные в табл. 5.1, построены по равнообеспеченным значениям модулей q_{max p} . И слоев половодья h_p с вероятностью превышения р=1%.

Категория рельефа определяется по гипсометрической карте в зависимости от степени расчлененности бассейна. К первой категории рельефа относятся бассейны, расположенные в пределах холмистых и платообразных возвышенностей, ко второй – бассейны, в пределах которых холмистые возвышенности чередуются с понижениями; к третьей — бассейны, большая часть которых расположена в пределах плоских низменностей, а также реки, имеющие широкие заболоченные поймы.

Признаком для установления категории рельефа служит отношение средневзвешенного уклона главного водотока расчетной реки I _ср к типовому уклону I _т

 

(5.4)

где (величины уклонов в %).

 

При а >1,0 бассейн относится к первой категории рельефа, при а =1,0 ÷0,5 – ко второй, при а <0,5 – к третьей.

Слой стока весеннего половодья заданной вероятности превышения h_p определяется по трем статистическим параметрам: среднему многолетнему слою стока половодья , коэффициентам вариации C_υh и асимметрии C_sh слоя стока. Величина определяется по карте изолиний среднего слоя стока половодья (рис 5.4.). Для рек с F<100 км² на Европейской и F<1000 км² Азиатской территории России в величину h, установленную по карте, вводятся поправочные коэффициенты, учитывающие отличие условий стока в их бассейнах по сравнению со средними зональными. Величина этих коэффициентов устанавливается по табл.5.2.

Таблица 5.2

 

Условия стока но сравнению с зональными	Характеристика бассейна	Поправочные коэффициенты
Более благоприятные	Холмистый рельеф, глинистые почвы	1,1
Менее благоприятные	Плоский рельеф, песчаные почвы	0,9

 

При особо неблагоприятных условиях стока (сосновые леса на песках, значительное распространение туфогенных пород и др.) допускается снижение величины А, снятой с карты, до 50%

В засушливых районах и полупустынной зоне Западной Сибири и Казахстана учитывается зависимость = f(F). Для F< <3000 км² к Л, снятым с карты, вводятся коэффициенты по табл. 5.3.

Таблица 5.3

Поправочные коэффициенты к среднему слою стока половодья, определенному по приложению

 

Слой стока, мм	Площадь водосбора, км²
менее 10
Менее 10 От 10 до 15 От 15 до 30	3,5 2,5 1,5	2,3 1,6 1,3	1,6 1,4 1,2	1,4 1,2 1,1	1.0 1,0 1,0

Рис. 5.4. Средний слой стока весеннего половодья, мм

1 – районы, где расчетными являются максимальные расходы дождевых паводков; 2 – горные районы, в которых весеннее половодье не выделяется; 3 – районы интенсивного развития карста.

 

Для промежуточных площадей водосборов, не приведенных в таблице, значения поправочных коэффициентов определяются интерполяцией.

При озерности бассейна f _оз>2% учитывается снижение по сравнению с его зональным значением согласно табл. 5. 4.

 

Таблица 5.4

fоз в %	Коэффициент снижения
2-5 5-10 10-15 15 и более	0,9 0,8 0,15 0,7

Снижение слоя стока половодья в зависимости от озерности

 

Таблица 5.5

Изменение C_vh в зависимости от площади водосбора

 

F км^2	Поправочный коэффициент
0-50	1,25
50-100	1.00
101-150	1.15
150-200	1,05

 

 

Значения С_τh для бассейнов с F > 200 км² снимаются с карты изолиний (рис. 5.5.). Для малых бассейнов, F < 200 км², к снятым с карты C _vh вводится поправочный коэффициент, величина которого принимается по табл. 5.5 в зависимости от площади водосбора.

Значение С _Sh принимается по соотношению C_Sh = 2C_vh,. Для Северо-Запада и Северо-Востока России, где в формировании максимального стока половодья в значительной мере участвуют дождевые осадки, принимается соотношение C_sh,= 3C_vh

Ординаты кривых обеспеченности k_p для определения расчетного значения слоя стока половодья h_p = k_ph принимаются по таблицам Н. С. Крицкого и М. Ф. Менкеля или рис. 5.6. Коэффициент δ₁ учитывающий снижение максимального стока рек, зарегулированных озерами, определяется по формуле

Рис. 5.5. Коэффициент вариации слоя стока половодья

1 – районы, где расчетными являются максимальные расходы дождевых паводков; 2 – горные районы, в которых весеннее половодье не выделяется; 3 – районы интенсивного развития карста.

 

Рис. 5.6. Ординаты кривых трехпараметрического гамма–распределения.

, (5.4)

 

где С — коэффициент, величина которого в зависимости от сред­него слоя стока половодья колеблется от 0,2 (при >=100 мм) до 0,4 (при <100 мм):

f' _оз — средневзвешенный коэффициент озерности

 

, (5.5)

 

(здесь F — площадь водосбора в створе проектируемого сооружения, S i — площадь зеркала озера, fi — площадь частного водосбора озера).

Поправочный коэффициент δ'₁ на снижение максимальных расходов воды рек, зарегулированных водохранилищами, вводится с учетом проектных материалов.

Коэффициент δ₂, учитывающий снижение максимального расхода воды в залесенных и заболоченных бассейнах, определяется по формуле

 

, (5.6)

 

где f_л — степень залесенности бассейна в %; f_δ — степень заболоченности бассейна в %; γ— эмпирический коэффициент, рав­ный 0,8.

Величины δ₂при γ= 0,8 в зависимости от приведены в табл 5.6.

Таблица 5.6

Величины поправочных коэффициентов δ₂

 

β	0,0	0,2	0,4	0,6	0,8
	1,00	0,94	0,88	0,84	0,80
	0,76	0,73	0,70	0,67	0,64
	0,62	0,60	0,58	0,56	0,54
	0,52	0,50	0,48	0,47	0,46
	0,44	0,43	0,42	0,40	0,39
	0,38	0,37	0,36	0,34	0,34
	0,32	0,31	0,30	0,30	0,29

 

 

Примечания:

1. fл менее 10% и fδ менее 5% не принимаются во внимание при расчете максимальных расходов.

2. При β>8 принимается δ 2 = 0,30.

3. При fоз >20% влияние fл и f δ не учитывается.

При наличии данных многолетних наблюдении по смежным бассейнам или створам расчетный максимум может быть уточнен или вычислен методом аналогии. Для этого путем обратных вычислений по бассейну-аналогу определяется параметр k ₀ по формуле

 

, (5.7)

 

где n — районный параметр, определяемый по табл. 5.1; Fa, q _1%a, h _1%a; δ _1а δ _2а — параметры бассейна реки-аналога, определяемые известными методами и по формулам (5.4), (5.6).

Значение h_p для бассейна в створе проектируемого сооружения определяется по вышеизложенным рекомендациям или принимается по данным бассейна-аналога.

Максимальный расход талых вод в створе сооружения определяется по формуле (5.3).

В качестве аналогов принимаются бассейны, расположенные в одной и той же природной зоне, с одинаковым показателем редукции n, имеющие продолжительные и надежные гидрометрические наблюдения и близкие с расчетным бассейном факторы подстилающей поверхности.

Расчет максимальных расходов талых вод горных рек.

Максимальные расходы талых вод горных рек с весенне-летним половодьем (Урал, Карпаты, Алтай, Саяны, Камчатка, Сахалин, горные реки Северо-Востока России) определяются по формуле

 

, (5.8)

 

Обозначения здесь те же, что и в формуле (5.3).

Параметр k ₀ формулы (5.10) принимается по табл. 5.7.

Параметр k ₀ уточняется по реке-аналогу. Его значение для аналога определяется по формуле

 

 

, (5.9)

 

k ₀, вычисленное по формуле (5.9), подставляется в формулу (5.8).

Значения и С _υh определяются по рис. 5.4., 5.5., C _sh принимается по соотношению C _sh =(3÷4)С _υh.

Таблица 5.7

Значения параметра k ₀

Географический район	Средняя высота бассейна Нср м над уровнем моря	k0
Урал	До 500 Более 500	0,0025 0,0018
Карпаты Алтай	До 1000 1000-2000 Более 2000	0,0045 0,0025 0,0015 0,0010
Центральный Алтай (засушливые Чуйские степи) Северо-Восток СССР Камчатка Сахалин северный южный	Более 2000	0,0007 0,0030 0,0010   0,0014 0,0020

 

Максимальные расходы талых вод рек с летним половодьем (высокогорные районы) вычисляются по формуле

 

, (5.10)

 

где h_pr — расчетный слой годового стока вероятностью превышения р%.

h_pr определяется по указаниям расчета нормы годового стока и обеспеченных значений годовых расходов. k ₀ рассчитывается по бассейну-аналогу

(5.11)

При выборе бассейна-аналога в горных районах, кроме уже известных требований, учитывается положение бассейна в горной системе, его удаленность и защищенность от влагоносных ветров, амплитуда высот, доля площади, расположенная выше снеговой линии.

Пример 5.1 Определить максимальные расходы весеннего половодья р. Ней у с. Парфеньева обеспеченностью 1 и 5%, пользуясь формулой (5.3).

Река Нея является левобережным притоком р. Унжи, протекает в лесной зоне ET. Площадь водосбора, замыкаемая створом у с. Парфеньева F=954 км², залесенность бассейна f л =75%, заболоченность f б менее 1%, озерность f oз менее 1%, средняя высота бассейна 170 м над уровнем моря, средневзвешенный уклон главного водотока I =0,7%o.

По формуле (5.4) бассейн относится ко второй категории рельефа .

Установим по формуле (5.3) значения ее параметров для бассейна р. Ней у с. Парфеньев.

.

k – коэффициент дружности половодья по табл. 5.1 принимается равным 0,008; п – показатель степени редукции по той же табл. 5.1 принимается равным 0,17; h – среднее значение слоя половодья устанавливаем по карте (рис. 5.4) равным 140 мм C_Vh – коэффициент вариации слоя стока половодья по карте (рис. 5.5) равен 0,38.

Принимая C_S = 2C_V – 0,76, по табл. 3.10 получаем значения модульных коэффициентов k_1% =2,09 и k_5%= 1,7и обеспеченные значения слоя половодья k_1% = 2,09 140 = 293 мми k_5%= 1,70 140 = 238 мм.

δ₁ – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода за счет зарегулированности озерами, принимаем равным 1,0, так как f _оз менее 1%'.

δ₂ – коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода за счет залесенности и заболоченности, равен

По установленным расчетным параметрам вычислим значения максимальных расходов весеннего половодья:

м³/сек

м³/сек

 

Пример 5.2 Определить максимальные расходы весеннего половодья реки Подкаменная тунгуска обеспеченностью 1, 5, 25, 75, 99 %. Река в лесной зоне. Площадь водосбора F= = 1844 км², залесенностъ бассейна f _л = 85%, заболоченность f _б менее 1%, озерность f _оз менее 1%, средняя высота бассейна 140 мнад уровнем моря, средневзвешенный уклон главного водотока I =0,5%.

Пример 5.3. Определить максимальные расходы весеннего половодья реки обеспеченностью 10 и 75%. Река в степной зоне. Площадь водосбора F= = 1450 км², залесенностъ бассейна f _л = 15%, заболоченность f _б менее 1%, озерность f _оз менее 1%, средняя высота бассейна 100 м над уровнем моря, средневзвешенный уклон главного водотока I=0,5%₀.