Методические рекомендации Методические рекомендации по определению наивысших заторных уровней воды при проектировании мостовых переходов и насыпей на прижимных участках рек в районах Севера, Сибири и в Якутской АССР

МИНИСТЕРС Т ВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛ ЬСТВА

В СЕСОЮЗНЫЙ НАУЧН О-И ССЛЕДОВАТЕЛ ЬСК ИЙ ИНСТИТУ Т
ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛ ЬСТВА

У ТВЕРЖДАЮ

Зам. директора и н ститута

Н. Б . Сокол ов

12 о к тября 1983 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОПРЕДЕ Л ЕНИЮ НАИВЫСШИХ ЗАТОРНЫХ
У РОВНЕЙ ВОДЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
МОСТОВЫХ ПЕРЕ ХОДОВ И НАСЫПЕЙ
НА ПРИЖИМНЫХ УЧАСТКАХ РЕК В РАЙОНАХ
СЕ ВЕРА, СИБИРИ И В ЯКУТСКОЙ АССР

Одобрены Глав тран сп ро ек том

Москва 1983

ПРЕДИСЛОВИЕ

Широко е развит ие транс портного с троите льс тва в с еверных район ах Советского Союза требует детального учета гидрологичес кого режима рек и ос обенно з аторных явлений при проектировании, стро ит ель стве и экс плуатации мос товых переходов.

О с об ое зн ачение указ анное обс тоятельс тво приобретает в суро вы х к лиматичес ких и природных ус ловиях Севера и Сибири, определяющих тяжелый режим рек, протекающих в э тих районах.

В на с тоящих Метод ических рекоменда циях из ла га ются методы определения заторных уровней воды, ис пользуемые п ри проектиров ан ии мостовых переходов и на сыпей на прижимных участка х рек при на личии и о тс утствии данных натурных на блюдений.

Рекомендации р аз рабо таны канд. т ехн. н аук В.В. Н евс ким (ЦНИИ С) и инж . М .А. Ж уковой (ГГИ ) при участ ии инж енеров В.Е. Спицы (Ленгипротранс), П.П . Леднева, Ю.А. Глаголева (М осгипротранс).

Зав . о тделением изыска ний и прое ктирования железных дорог          А.М. Козлов

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. 1. Нас тоящие Методические рек омендации предназн ачены для и сп ользования при проектировании же лезнодорожн ых и автодорожных мос товы х переходов и нас ыпей транс портных магистралей, с ооружае мых на при жимных учас тках рек в районах Север а, Сибири и в Якутской АССР.

1 .2. Методические рекомендации содержат способы опре деления наивыс ших уровней воды, обус ловленных образованием з аторов льда ниже рас сматриваемых створов рек, вызывающих значительный подъем уровня воды.

1 .3. При проектировании транспо ртны х водоп ропу скных и других с ооружений рас чет наивысш их заторных уровней воды с ледует производить с оглас но « Указаниям по определению расчетных гидрологичес ких характеристик СН 435-72» [ 1], « Руководству по определен ию рас четных гидрологических характерис тик» [ 2], настоящим Методи че ским рекомендациям и ис пользуя материа лы, приведенные в « Каталоге заторных и зажорных участков рек СССР» [ 3].

1 .4. Сос тавлен ию проектов мостовых переходов через большие и средние реки долж ны предшес твовать из ыс кан ия, выполняемые с оглас но « Нас тавлению по изыс каниям и проектированию железнодорожных и автодорожных мос товых переходов через водотоки» [ 4], в результате к оторы х должны быть получены данн ые о топографи и, инженерно-геологических услови ях р айо на пере хода, гидрологическом режи ме и русловом процессе пересека емого водотока.

1 .5. До н ача ла пол ев ых из ыскательских работ произ водят сбор и изучение материалов о режиме перес екаемой реки и районе мос тового перехода.

Для изучения ледового р еж има вес ен него по ловодья должны быть с обраны и с истематизированы материалы, характеризующие:

морфолог и ческие особенности реки в ра йона х мос тового перехода и водо мерных пос тов УГК С (управле ний Госуда рственного Комитета СССР по гид роме те орол огии и контролю пр иродной среды);

еже дн евные уровни вод ы и ее ра сходы;

толщину льда , и снега на льду в предпаводочный период и ма ксим альные ;

с умм у с реднесуточных и средне месячных отрица тельных температур во з духа з а холодный период г ода;

топографиче с ки е и инженерно-геологичес кие условия.

1 .6. П ри изучении указанных материалов рекомен дуется провест и предварительные исследования ледовых явлений вес еннего половодья, для чего необходимо:

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

по с троить кривые с вязи с оответс твенных и макс имальных уровней воды для водпостов УГ КС;

оценить репрезентативно с ть измерений толщины льда на водпост ах;

пост роить эмпиричес кие кривы е вероятнос ти превышения тол щины льда, уровней первой подвижки льда и начала ледохода, выс шего за п оловодье уровн я и др.;

со с тавить сводные таблицы ежедневных уровней и расходов воды, провести анализ ледовых явлений за все годы наблюде ний и отобрать половодья для дальнейшего исс ледования затор ных уровней;

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

По этим данным с ле дует предварительно установить величины заторных уровней в районе мос тового перехода, выявить перечень и объем полевых раб от, с ос тавить программу гидрологичес ких исследований, определить методы и с роки их выполнения.

1 .7. Программа гидрометричес ких ис сл едований должна предус матривать выполнен ие работ, необходимых для определения з аторных уровней воды, в том числе:

опро с с тарожилов о ледовом режиме реки;

рекогно с цировочны е обс ледования мостового перехода и з аторного участка реки;

ледомер н ую съемку в районе водпоста УГКС;

ледомер н ую с ъемку района мос тового перехода;

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

сос т авление к артограмм ледовой обс тан овки с указанием разме ров ледян ых полей;

измерени е с корос ти и направления движения ледяных полей;

определен ие прочн ост ных характери стик льда;

сбор неопубликованных материалов п о режи му реки з а последн ие годы на во дпост ах и в обс ерв атор иях УГКС.

Для мо с товых переходов через боль ши е рек и с час тыми зато рами необходимо предус матривать выполнение аэрофотосъемки ледохода, з аторов льда и аэрогидрометрии.

1 .8. Для определения наивысших заторных уровней воды на неиз ученных реках в результате изысканий должны быть пос троены кривые з авис имос тей ра сходов в оды Q = f ( H ), средних и мак с имальных скорос тей течения v ср = f ( H ) и v макс = f ( H ) , средних глубин и ширин ы рус ла h ср = f ( H ) и B = f ( H ), а также получены сведения об уклонах водной поверхно сти при высоки х уровнях воды.

1 .9. Для приближенного определения величин заторных уровней в районе мос тового перехода при пос 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 . Железн як ова [ 5]:

v ср = kv макс ;

,

где С - коэффициент Ш ези потока м0,5/с, принимаемый в завис имости от коэффициента шероховатости n по табл. 1.

g - у с корение с вободного падения, м/с2 .

Таблица 1

H , м

n

0,015

0,020

0,025

0,030

0,040

0,050

0,080

0,10

0,20

1 ,0

66,7

50,0

40,0

3 3,3

25,0

20,0

1 2,5

1 0,0

5,0

1 ,2

68,2

5 1 ,4

4 1 ,3

34,5

26, 1

2 1 ,0

1 3,3

1 0,8

5,56

1 ,4

69,4

52,6

42,4

35,6

27, 1

2 1 ,9

1 4,1

11 ,4

6,07

1 ,6

70,5

53,6

43,4

3 6 ,5

27,9

22,7

1 4,8

1 2,1

6,55

1 ,8

7 1 ,5

54,5

44,3

37,4

28,7

23,4

1 5,4

1 2,6

7,00

2,0

72,4

55,4

45, 1

38, 1

29,4

24, 1

1 6,0

1 3,2

7,43

2,5

74,3

57, 1

46,8

39,8

3 1 ,0

25,6

1 7,2

1 4,4

8,4 1

3,0

75,8

58,6

48,2

4 1 ,1

32,2

26,8

1 8,3

1 5,4

9,2 8

3,5

77, 1

59,9

49,4

42,3

33,3

27,8

1 9,3

1 6,3

1 0,1

4,0

78,3

6 1 ,0

50,5

43,3

34,3

28,3

20,2

1 7,1

1 0,8

4,5

79,3

6 1 ,9

5 1 ,4

44,2

35,2

29,6

20,9

1 7,9

11 ,5

5,0

80,2

62,8

52,2

45, 1

36,0

30,4

2 1 ,6

1 8,6

1 2,1

5,5

8 1 ,0

63,6

53 ,1

45,8

36,7

3 1 ,1

22,3

1 9,2

1 2,7

6,0

8 1 ,8

64,4

53,7

46, 5

37,4

3 1 ,7

22,9

1 9,8

1 3,2

6,5

82,5

65,0

54,4

47,2

38,0

32,3

23,5

20,4

1 3,8

7,0

83, 1

65,6

55,0

47,8

38,6

32,9

24,0

2 1 ,0

1 4,2

7,5

83,7

66,2

55,6

48,3

39, 1

33,4

24,5

2 1 ,4

1 4,7

8,0

84, 3

66,8

56, 1

48,8

39,6

33,9

25,0

2 1 ,9

1 5,2

8,5

84,8

67,3

56,6

49,4

40, 1

34,4

25,4

22,3

1 5,6

9,0

85,4

67,8

57, 1

49,8

40,6

34,8

25,9

22,7

1 6,0

9,5

85,8

68,3

57,6

50,3

4 1 ,0

35,3

26,3

23, 1

1 6,4

1 0,0

86,3

68,7

58,0

50,7

4 1 ,4

35,7

2 6 ,7

23,5

1 6,8

11 ,0

87, 1

69,6

58,8

51 ,5

42,2

36,4

27,4

24,2

1 7,5

1 2, 0

87,9

70,3

59,5

52,2

4 2,9

37,2

28, 1

24,9

1 8,1

1 3,0

88, 6

7 1 ,0

60,2

5 2, 9

43,6

37,8

28,7

2 5,5

1 8,7

1 4,0

89,3

7 1 ,6

60,9

53,5

44,2

38,4

29,3

26, 1

1 9,3

15,0

89,9

72,2

6 1 ,5

54, 1

44,8

39,0

29,9

26,7

1 9,8

1 6,0

90,5

72,8

62,0

54,6

45,3

39,6

30,4

27,2

20,4

1 7,0

9 1 ,0

73,3

62,5

55, 2

4 5,8

40,0

30,9

27,7

20,8

1 8,0

91,6

73,8

63,0

55,7

46,3

40,5

3 1 ,4

28,2

2 1 ,3

1 9,0

92,0

74,3

63,5

5 6,1

46,8

40,9

3 1 ,8

28,6

2 1 ,8

20,0

92, 5

74,8

64,0

56,6

47,2

4 1 ,4

32,2

29,0

22,2

1 .1 0. Рас четная вероятнос ть превышения наивысш их з аторны х уровней в оды при п роектиров ании мос тов и насы пей на прижимных учас тках рек принимаетс я равной рас четной вероятн ос ти превышения рас ходов воды, ус тан овленной с оответс твующими СНи П.

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

2. 1 . При нал ичии гидрометрических наблю дений рас чет ные з начения заторных уровней воды определяютс я по ус еченным эмпиричес ким кривым обес печеннос ти выс ших заторных уровней.

2.2. При пост ро ении э мпиричес кой кривой обес печеннос ти вероятнос ть пре вышения выс ших заторных уровней оп реде ля ется по формуле

,

где m - поря дко вый но мер члена ряда, сос тоящего из рас положенны х в убывающем порядке н аблюд енных высших заторн ых уровн ей воды, чис ло которых обычно меньше общего чис ла лет наблюдени й.

n - общее число членов ряда.

2.3. Выборку высших за т орн ых уровней с ледует производить, используя хроноло гически е графики колебания уровней (по сроч ным наблюде ни ям) и рас ходов воды (с редних с уточных) в пер иод весенн его половодья.

С помощью этих же графиков за г оды с з аторами льда определя ют ся з начения з аторных подъемов Δ H зтр над уровнями, соответ с твующими расходам и воды во время заторов льда, опре деляемыми по кривой Q = f ( H ) ( рис. 1) .

Рис. 1. Схе м а оп ределени я ос новных хара ктеристик заторов льда:

1 - уровни, соответств у ющие расходам воды во время затора; 2 - минимальный 30-дневный (с реднемес ячн ый) з имний уро вень

2. 4. При выявлен ии случае в образова ния за торов льда и опре дел ении величин ΔНзтр с ледует руков одствоваться принципа ми, изложенн ыми в « Методике определения ос новн ых сведений» , приведен ной в « Ка талоге затор ных и заж орны х участк ов ре к СССР» [ 6] .

Д л я пол ного учета с лучае в образ ования за торов льда , вызва вших изм енен ия в ходе уровн я воды на гид рологичес ком пост у, с ледует производить анализ с овмещенных по дл ине реки гра фиков колебания уровня по с рочным наблюде ниям или по с редним суточным их значениям.

На э ти х же графиках изображают ледовые явлен ия, коле бания рас ходов и температуры воздуха.

Резкие изменения хода уровня на посту, не подтвер жд енные наблю дениями на смежных пунктах, служат одни м из осн овных признак ов образ ован ия затора льда.

2.5. При а н ализе дан ных натурных наблюдений, использ уемых для определ ения заторных уровней, следует обращат ь особое внимание н а пр ав ильн ость рас чета расхода воды в пе риод образования заторов льда в районе гидрологических постов.

2.6 . Пе ренос расчетных наивысших зат орны х уровней воды в пред ел ах до 2-3 км на мал ых и с редних реках и до 1 0-20 км на бол ьших рек ах, т.е . в предел ах расп рост ранения подпора от заторов льд а, которые рег истр ир уют ся урове нными наблюд ениям и на гидро логиче ском п ос ту, произ водят по уклон у водной п ове рхности при высок их з ат орны х уровнях.

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

3. 1 . Возможност ь форм ирования заторов льда на неизученном в гидрологичес ком отношении участке реки устанавливаетс я на основе а нализа обще го характера водного и ледового режима реки, а также да нн ых опрос а местных жителей, полученн ых в пери од изыс каний.

П ри эт ом сле дуе т учитывать, что образованию заторов льда благоприятс твуют:

боле е позднее вскрытие участка реки, рас положенн ого ниже по течению, по сравнению с учас тк ом реки в районе рас четного створа мос тового перехода, чт о выз ывает наличие н иже по течен ию кромки л ьда, с пос обствующей задержанию ледяного материала. Наиболе е часто это наблюдаетс я на реках или больших по протяженнос ти участках рек, имеющих направление теч ения с юга на север и вскрывающихс я св ерху вниз по течению, а также на устьевых учас тках ре к и при впадении реки в озеро или водохранилище;

интен с ивное с неготаяние в басс ейне рек и быс трое пос туплен ие воды в рус ловую сеть;

наличие в пределах ра с сматриваемого уч ас тка или непос редс твенно ниже его перелома продольного профиля от учас тка с большим уклоном к уч астк у с меньши м уклоном, сужения речной долины , крутых поворотов рус ла, островов, кос , перекатов, отмелей, порогов, больших притоков, вс крывающихс я раньше основной реки, а также ис кусс твенных препятс твий, затрудняющих с вободное перемещение масс льда, с тесняющих жи вое с ечение и уменьшающих его пропус кную способность;

большая толщина и з начительная прочнос ть ледяного покрова при вскрытии реки, интен сив ное пос тупление льда с вышерасположенного учас тк а.

3.2. Ра с четный наивыс ший заторный уровень Нзтр и наибольший з аторный подъем воды ΔH зтр (ри с . 2) определяютс я по формулам [ 7]:

;                                                           (1 )

ΔНзтр = Нзтр - Н Q зтр ,                                                           (2)

где AQ зтр = Нзтр - 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 стесне ние русла реки при заторе;

Н Q зим - уровень, соответствующий минимальн 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 сле дует проводить в следующ ей пос ледовательнос ти:

испо л ьзуя р екомендации « Указаний по определению расчетных гидрологичес ких характеристик СН 435-72» [ 1] и справоч ны е издания, определить максим альный рас ход воды вес еннего половодья Q т вероятно с тью превышения Р = 50 % и минимальный с реднемес ячный (з имний) рас ход воды Q зим ;

Ри с . 2. Схема определения ур овня Н Q зтр по чи с лу Fr при уровне Н Q т для различн ы х типов заторных учас тков рек

по у с тан овленным з начен 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 завис имос тей Frv ср = f ( H ) · Fr ΄v ср = f ( H ); Frv 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 корос тях течени я по формулам:

 и

где h ср и B , с оответс твенно, средняя гл убина и ширина русла в рас четном створе.

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

по найденному зн а чен ию коэффицие нта η, ис пользуя данные та бл. 2, ус тановить тип заторного учас тка и расчетное в ыражение д ля опре дел ения уро вня Н Q зтр (с м. р ис. 2), а за тем гра фичес ким путем, исп ол ьзуя к ривые Fr = f ( H ) и Fr ΄ = f ( H ), опр е делить урове нь HQ зтр и AQ зтр = Н Q зтр - Н Q зим .

Та б лиц а 2

Тип заторного участка

Характеристика участка

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

I

Пр еимущественно глубокие и узкие участки рек с отн осительно небольшими скоростями течен ия во ды

<1 ,3

0,5 ( Fr ΄HQ зтр v ср + Fr ΄HQ зтр v макс ) = Fr ΄HQ т v ср

II

Переходной тип участков (наиболее распространенный)

1 ,3-2,0

0,5 ( FrHQ зтр v ср + FrHQ зтр v макс ) = FrHQ т v ср

III *

Преимущест в енно н еглуб окие и широкие участки рек с бол ьшими скоростями течения

>2,0

FrHQ зтр v макс = FrHQ т v ср

*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, Алд ана, Яны и д р.), при η > 2 уровень HQ зтр определяется по соотношен ию FrHQ зтр v макс = 0,5 FrHQ т v ср .

3.4. В тех с лу чаях, когда значения коэффициента η близки к 1 ,3 (1 ,25-1 ,35) или 2,0 (1 ,95-2,05), рас чет уровня HQ зтр следует выполнять для двух типов заторных уча с тков (соответственно I и II или II и III ). При этом , ес ли относ ительная водность реки при заторе

д л я обоих рас 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 оси тельна я водность реки во время з атора β менее 0,3 или более 0,9 не принимается во внима ние.

3.5. Для определения наибольшего заторного уровня воды Нзтр по з авис имости ( 1) необходимо ус тановить з начен ие относ ительн ого с теснения русла затором льда δ.

Параметр δ определяет с я в завис имос ти от чис ла Ф ру да Fr , площ ад и водосбора F , км2, уклона водн ой поверхнос ти J , ‰, по формуле

δ = 0, 3 0 + 0,21 Fr0,5 Fr0,11 + 0,52 ,                                                 (3)

где J - уклон водной поверхности,

.                                                                (4)

Н е завис имо от типа заторного учас тка (см. т абл. 2) рас четное значен ие Fr в выражениях ( 3) и ( 4) принимает с я равным FrHQ т v ср .

Ли ш ь для некоторых участков III т ипа в рас чет принимае тся знач ение, равное 0,5 FrHQ т, v ср (с м. та бл. 2).

3.6. Уклон водной пове р хнос ти J с л едует определ ять в ус ловиях отк рытого рус ла при уровне воды, близком к Н Q т . Ра с стояние между уклонными постами должно включать зна чительную часть зоны заторного с копления льда.

При определении уклона водной поверхно с ти н а учас тках больши х и средн их рек, кроме данных непосредственн ых измерений в районе мостового перехода, с ледует использовать данные параллельных наблю дений на близко располож ен ных гидрологических постах Госкомгид ромет а.

Учитывая особен н ос ти э мпирических зависим остей ( 3) и ( 4), а также возможные неточности при определен ии входящих в них параметров, предел ьное значение относительного стеснени я русла следует принимать равным 0,90 .

3.7. Переход от ра с четных заторных уровней воды Нзтр в ероятн остью превышения Р = 1 % к рас четным зато рным уровням Нзтр вероятнос тью превышения Р = 2 % с ледует произ водит ь в зависимости от значений относительного тесн ени я русла при з аторе льд а δ и вел ичин заторных подъемов уровня воды ΔНзтр вероятностью превышения Р = 1 %, ис пользу я средние значения разностей между заторн ыми уровня ми воды вероятнос тью превышения равной 1 и 2 % (т абл. 3).

Табл ица 3

Относительное стеснение русла

Заторные подъемы уровня воды ΔНзтр 1 %, см

≤300

301-500

501-1000

>1000

0,50

1 5

35

55

75

0 ,51-0,6 0

20

40

60

90

0,6 1 -0,70

25

45

70

1 20

0,70

30

50

80

1 50

П римечание . В зависимости от формы рус ла при выс оких уровнях воды к приведенным средним з начениям разнос тей м ежду Нзтр 1 % и Нзтр 2 % могут вводитьс я поправки в размере   ±30 % от табличных значений.

3.8. Рекомендации по определению на и высших заторных уровней воды при отс утс твии данных гидрометрических набл юд ен ий, приведе нные выше, не рас прос траняются на определение заторных уровней н а учас тках рек с сильно разветвленным (мн огорукавны м) руслом, а также на учас тки с о значительной протяженностью очень широких (в десятк и раз превы шающ их ширину рус ла реки до выхода воды на пойму) н изких пойм, по которым могут проходить большие рас ходы воды.

3.9. Для ре к крайнего севера Азиатской час ти СССР, на к оторых ледоход и заторы льда наблюд аются незадолго до наступления макс имальны х расходов воды весеннего п оловодья, расче тные з аторные уровни воды рекомендуетс я принимать равными:

при средних и с лабых заторах - рас четным уровня м в оды периода открытого русла;

при м ощн ых заторах и близос ти мест образ ования заторов к рас четным створам - на 1 ,0-1 ,5 м прев ышающими рас четные уровни откры того рус ла (той же вероятнос ти превышения).

Хар а ктер заторов льда устанавлив ается по аналогии с изученным и участками рек и на основании анализ а материалов полев ых исследований.

4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

О п ределение наивысших заторных уровней Нзтр заторных подъемов уровней воды ΔНзтр при н аличии данных многолетних гидрометрических измерений

И с ходные данные . Мо с товой переход, являющийс я учас тком железнодо рожной линии 1 категории, проек тируется чер ез реку А у г. Т.

По данным мн о го летних наблюдений на водомерном посту в этом мес те (1 926-1 93 3, 1 935-1 978 гг.) заторы льда, образ ующиес я на учас тке реки, расположенном в 5-1 5 км ниже поста, имеют повто ряемость 42 %. Наивысший заторный уровень Нзтр = 71 0 см (з дес ь и далее все уровни п риводятс я над нулем графи ка водомерн ого пос та) был зарегис трирован 1 6.05.1 929 г. Наибольший заторный подъем уровня воды Нзтр = 31 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 ΔНзтр над уровнями, соответствующими по кривой Q = f ( H ) расхода воды во время заторов льда.

Располагают наблюденные значения з аторных у ровней и подъемов уровней воды в убывающем порядке (ряды не приводятс я), определяют их эмпирическую вероятность превышения и, используя клетчатку вероятностей, строят ус еченные кривые обеспеченности высши х зат орных уровней и подъемов уровней воды (рис. 3).

По с оответс твующим ус еченным кривым обесп еченнос ти у станавливают рас четные значения з аторного уровня и подъема уровня воды вероятностью превышения 1 %: Нзтр 1 % = 770 см и ΔНзтр 1 % = 360 см.

Определение наивысших заторных уровней Нзтр и заторных подъемов уровне й воды ΔНзтр при отс утс твии данных многолетних гидро метрических набл юдений

Определим Нзтр и ΔНзтр в створе мос тово го пере хода через реку А у г. Т в предположении отсутствия на водомерном посту дан ных многоле тн их гидром етрических наблюдений.

Ри с . 3. Усеченн ые кривые обес печеннос ти выс ших заторных уровней и подъемов уровн ей воды

И с ходны е данные. На о с нове анализа материалов, приведенн ых в « Каталоге заторн ых и зажорн ых учас тков рек СССР» [ 3] , морфологических п риз наков участка реки А у г. Т., опрос а мес тных жителей установлена возмож ность формирования заторов льда на учас тке реки, п ри легающем к району мос тового перехода.

В результате прове де нны х изысканий мостового перехода, в процессе которых вып олнялис ь инж енерно-гидрологическ ие (м орфоме трическ ие) обследования и гидравлически е расчеты был и пос трое ны кривые зависи мостей расходов воды Q = f ( H ), средних и мак с имальных скоростей течен ия v ср = f ( H ) и v макс = f ( H ), ср е дни х глубин и ширины русла h ср = f ( H ) и B = f ( H ) (рис. 4, 5), а также оп реде лены пл ощ адь водосбора F = 49500 км2 и уклон водной поверхно с ти при вы соких уровнях воды в район 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 правочн ых из даний и « Указ аниям по определ ени ю рас четн ых ги дрологи чес ких хар ак теристик» ( СН 435-72) опре делены:

максима л ьный расход воды вес енн его половодья вероятнос тью пр евышения P = 50% - Q т = 50 % = 6120 м3/с;

мин и мальный с ре дн емес ячный (з имний) рас ход воды Q зим = 60 м3/с.

Расчет . По приведе н ным рас ходам Q т и Q зим , ис пользуя кривую Q = f ( H ), определяют с оответс твующие им уровни воды Н Q т = 710 см и Н Q зим = 40 с м.

Затем под с читывают чис ла Ф руда при с редних с корос тях течения, с оот ветству ющи х уровням Н Q т и Н = 0,5 AQ т + Н Q зим

П о кривым v ср = f ( H ) и h ср = f ( H ) (см . р ис. 5) находят при Н Q т = 710 см

v ср = 1,9 м/с: h ср = 7,5 м,

при Н = 0, 5 AQ т + Н Q зим = 0,5 (Н Q т - Н Q зим ) + Н Q зим = 0,5 (710 - 40) + 40 = 375 см

аналогично определяют:

v ср = 1,1 7 м/с , h ср = 4,5 м

.

Значения Frv ср для Н Q т и Н = 0,5 AQ т + Н Q зим могут б ы ть получены непос редс тве нно по графикам Frv ср = f ( H ).

Отношен и е

.

В с оответс твии c п олученным значение v отноше н ия η по т абл. 2 устанавливают, что рассматриваемый участо к реки относ ится ко II типу з аторных учас тков.

По аналогии со с хемой определения уровн я, с оответс твующего рас ходу воды при заторе Н Q зтр , прив е денной на рис. 4, и спользуя кривые Fr = f ( H ), гр а фическ им путем находят (см. р ис. 5)

Н Q зтр = 4 1 0 см.

Уровень воды (над зи мн ей межен ью) в период формировани я затора льда равен AQ зтр = Н Q зтр - Н Q зим = 4 1 0 - 40 = 370 см.

Для определения ра с четного наивыс шего з аторного уровня воды Нзтр 1 % ис поль зуют за висимость ( 1).

,

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

;

δ = 0,30 + 0,21 · 0,0490,5 · 495000,17 + 0,52 = 0,51;

 с м.

Ра с четный наибольший заторный подъем воды определяют, ис польз уя завис имость ( 2):

ΔНзтр 1 % = Нзтр 1 % - Н Q зтр = 795 - 41 0 = 385 c м.

Отно с ительные ошибки определения величин наивыс ших заторны х уровней и наибольших заторных подъемов воды при их ра счетах при наличии и отсутс твии данных многолетних гидрометрических наблюд ений с ос тавляют:

 %;

 %.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ук аз ания по опре делению рас четных гидрологичес ких харак теристик (СН 435-72). Л., Гидрометеоиздат, 1 972.

2. Руковод с тво п о определ ен ию рас четных гидрологичес ких характерис тик. Л., Гидрометеоиздат, 1 973.

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

4. На с тавление по изыс каниям и проектированию железнодорожных и ав тодорожных мос товых переходов ч ерез водотоки. М., Транспорт, 1972.

5. Ж елезн яков Г.В. Гидрология и ги д рометрия. М., Высшая школа, 1 981 .

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

7. Жукова М.А. Заторы л ьд а на реках басс ейна Северного Ледовитого океана и рас чет наивыс ших заторных уровней воды. Труды ГГИ, вып. 248, Л., Гидрометеоиздат, 1 978.

8. Даеев Ю .А., Попов А.Ф. Вес енни е заторы льда в рус ловых потоках. Л., Гидрометеоиздат, 1 978.

9. Мефодиев В.А. Заторы и з ажоры на реках Северо-Вос 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 овалов И.М., Б ала нин В.В. Ос новн ые характеристики з аторов льда на реках и с пособы их предупрежден ия. Труды ЛИ ВТ, вып. XXX . Л ., Речной транс порт, 1 962.

1 2. Лисер И.Я. Закономернос ти весенн его заторообразования на реках Сибири, их учет при органи зации борьбы с заторами. Труды КСГ, вып. 56, 1 970.

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

14. Нежиховский Р.А ., Бузин В.А. Ус ловия о бразо ван ия и про гнозы заторов льда на реках. - Метеорология и гид рологи я, 1 977, № 5.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . 1

1. Общие положения . 1

2. Определение наивысших расчетных заторных уровней воды при наличии данных гидрометрических наблюдений . 3

3. Определение наивысших заторных уровней воды 1 % вероятности превышения при отсутствии данных гидрометрических наблюдений . 5

4. Примеры расчета . 8

Список литературы .. 11