§ IX,2. Определение объемов и расходов ливневых вод на малых водосборах

Количество воды, притекающей к сооружению с малого водосбора, поддается теоретическим расчетам, изучаемым в курсе гидрологии, в ходе которых неизбежны различные допущения (условности) и погреш­ности. Наиболее трудно учесть ход дождя во времени, ход снеготая­ния и впитывания воды в почву. Поэтому расходы и объемы воды с ма­лых бассейнов вычисляют по нормам стока, т. е. с одинаковой схемати­зацией для всех водосборов и со стандартной оценкой метеорологи­ческих факторов стока в определенных географических районах. Про­веркой норм стока является сопоставление расчетных величин стока с наблюдаемыми. Как правило,• таких наблюдавшихся величин стока оказывается немного, при этом наибольшие затруднения вызывает оценка вероятности их превышения еще большим стоком.

Обычно считают, что вероятность превышения объемов и расходов стока та же, что и 01 новных стокообразующих факторов, т. е. ливней и снеготаяния, вызывающих сток. На этом основании по результатам длительных наблюдений за осадками и снеготаянием на метеостанциях, дающих возможность оценить вероятность больших и выдающихся ливней и интенсивиостей снеготаяния, а также по величинам расходов воды, установленным по следам прохода паводков на местности, можно составить региональные (порайонные) нормы стока, которые являются обычно более надежными. Примером таких региональных норм явля­ются нормы ливневого стока, разработанные Дальгипротрансом для Приморского края и Союздорпроектом для Якутии, Непала и некото­рых других районов.

При отсутствии данных для составления региональных норм поль­зуются всесоюзными нормами стока. Общепризнанными для всех ви­дов инженерною проектирования в СССР в настоящее время являются нормы стока талых вод. Расчеты ливневого стока в проектных орга­низациях разных ведомств выполняют по разным нормам.

Ливневые воды притекают к сооружениям по почти треугольному гидрографу. Максимальный расход, определяемый формулой (IX. 1), наблюдается очень краткое время. Поэтому расчетный расход в соору­жении оказывается меньшим, чем максимальный расход притока к не­му, в связи с аккумуляцией части объема стока в пруду перед соору­жением. Учет аккумуляции подробно рассмотрен в § IX. 5.

Гидрологические расчеты в СССР производят в соответствии с «Ука­заниями по определению расчетных гидрологических характеристик» 156

СН 435-72. Однако приведенный в этом документе расчет ливневого стока не полон (отсутствует определение объема стока, необходимого для учета аккумуляции); в связи с этим для проектирования малых водопропускных сооружений при транспортном строительстве этот расчет не обязателен (см. СН 435-72, п. 4.28).

Принцип расчета стока о малых водосборов, так называемый метод предельных интенсивностей, использованный в СН 435-72, может быть реализован и в других модификациях, наиболее подходящих для рас­чета транспортных сооружений.

Одним из таких способов является расчет, разработанный МАДИ (А. Шахидовым) и Союздорпроектом.

(IX.1)

В основе расчета лежит общая формула ливневого стока

<2_Л = 1б,7ар_асч/аф,

где Ор_асч — расчетная интенсивность Ливия три же вероятности превыше­ния, что и искомый расход, мм/мий, зависящая от продолжительности Ливия; [ — площадь водосбора, км², определяемая по карте в горизонталях; а—коэф­фициент стока, зависящий от вида'грунтов на поверхности водосбора, определяе­мый по данным СН 435-72 (табл. IX.2); <р — коэффициент редукции, учиты­вающий неполноту стока, тем большую, чем больше водосбор

По данным Союздорпроекта, для площадей до 100 км'² коэффициент редукции может быть подсчитан по формуле

(IX .2)

Ф

= 1 :]/Тб?,

при этом для Р ^ 0,1 км² <р = 1.

Связь интенсивности ливня а с его продолжительностью I (мин) обычно принимается в виде

:

К

с = -

,2/3

(IX.3)

где К — климатический коэффициент.

Таблица 1Х.2

Коэффициент а при площадях водосбора

,

Вид и характер поверхности

1 — 10

Асфальт, бетон, скала без тре­щин

Жирная глииа, такыры Суглинки, подзолистые почвы, тундровые и болотные почвы

и

5. VI

Чернозем, каштановые почвы, лёсс, карбонатные почвы Супеси, степные'почвы Песчаные, гравелистые рыхлые каменистые 'почвы

1,0

0,7—0,95 0,6—0,9

0,55—0,75

0,3—0,55 0,2

1,0

0,65—0,95 0,55—0,8

0,45—0,7

0,2—0,5 0,15

1,0

0,65—0,9 0,5—0,75

0,35—0,65

0,2—0,45 0,1

0

Рис. IX. 1. Геометрические элементы бассейна

Вводя в расчет интенсивность ливня ча­совой продолжительности (эти ливни хорошо изучены), получаем

-«час. (IX .4)

С =

где о_час — средняя интенсивность ливня ча­совой продолжительности, мм/мин

(IX.5)

(IX.6)

собой

Принцип предельных интенсивностен за­ключается в том, что за. расчетную, самую опасную продолжительность ливня, принима­ют время добегания воды от наиболее удален­ной точки бассейна до дороги (рис. IX. 1): I

^иДоб

где Ь — длина бассейна, км, ч_по6 — скорость добегания, км/мин. Следовательно,

Рис. 1Х.2. Карта-схема лнвиевых районов СССР

^ПяГп

= = а_ч

_ /60ид_о(Л2/3

[-Т-)

- Безразмерная величина, стоящая в скобках, представляет коэффициент перехода от интенсивности ливня часово'1 продолжитель­ности к расчетной. Значения интенсивности часового ливня приведены в табл. IX. 3. Номер ливневого района устанавливается по карте-схе­ме, (рис. IX. 2). Таблица и карта разработаны Союздорпроектом.

Таблица 1Х.З Района	Интенсивности линия часовой продолжительности, мм/мни, при									в". %
	10	5	4	3	1 *	1 '	0,3	0, !
1		0,27	0,27	0.29	0,32	0,34	0,40	0,49	0,57
2		0,29	0 36	0,39	0 42	0,45	0,50	0,61	0,75
3		0.29	0 41	0,47	0 52	0,58	0 70	0,95	1,15
4		0,45	0,59	0,64	0,69	0,74	0 90	1,14	1,32
5		0,46	0,62	0,69	0,75	0,82	0,97	1,26	1,48
6		0,49	0,65	0,73	0,81	0,89	1.01	1,46	1,79
7		0,54	0,74	0,82	0,89	0,97	1.15	1,50	1,77
8		0,79	0,98	1,07	1,15	1,24	1,41	1,78	2,07
9		0,81	1 02	1.11	1,20	1,28	1 48	1,83	2,14
10		0,82	1 11	1.23	1 35	1,46	1 74	2,25	2,65

Скорость добегания может быть определена по данным Д. Л. Со­коловского, который показал, что главным фактором, определяющим скорость, является уклон бассейна /. При обработке данных Д. Л. Соколовского получено, что для обычных задернованных поверхностей бассейна скорость равна (рис. IX. 3).

»_доб = 3,5/"« (м/с), ил" ^доб ⁼ 0,2Л^/4 (км/мин). (IX.7)

Лля гладких поверхностей (дорожные одежды, асфальтированные дворовые территории в городах и пр.).

о_пос = К)/¹'⁴ (м/с), или с_иоб = 0,6/'/" (км/мин). (1Х.8)

Таблица значений переходных коэффициентов /(, (табл. IX.4):

составлена для задернованных поверхностен бассейнов. При продол­жительности ливня 5 мин и менее коэффициент /(, достигает предель­ного значения /<₍ = 5,24. Этому соответствует полный сток, т. е. длительный приток воды с посто­янным расходом <Э_ПС.

Для бассейнов с гладкими по­верхностями табличные значения К_г удваиваются, но они не могут быть более 5,24, что отвечает пол­ному стоку.

Таким образом, расчетная фор­мула расхода ливневого стока пос­ле подстановки уравнения (IX.6) в (IX.1) получает вид:

Рис. 1Х.З. Связь скорости стекания

с уклоном бассейна: 1 — задернованная поверхность водосбора; 2 — гладкая укрепленная поверхность

<Э_Л=16,7■а_поК,Р<Щ. (ВДТаблица 1Х.4

.Значения К^ при уклоне бассейна

| 0.2

О.з

0.5

0,0001

0,7

I

0,001 0,01

4,21

2,57 1,84 1,41 1,16 1,00 0,88 0,80 0,73 0,63 0,56 0,50 0,46 0,42 0,40 0,35 0,33 0,32 0,29 0,27 0,25 0,23 0,22 0,21 0,20 0,19 0,16

0,15 0,30 0 50

0. ' 5

1. О

1 25 1 50 1 75 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 6 5 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 20,0

3,86 2,76 2,08 1,71 1,49 1,30 1,18 1,07 0,92 0,82 0,74 0,68 0,62 0,58 0,52 О 49 0,47 0,43 0,39 0,37 0,34 0,32 0,31 0,29 0,28 0,23

3,93 2,97 2,53 2,20 1,93 1,75 1,59 1,37 1,21 1,10 1,0 0,93 0,86 0,76 0,73 0,69 0,63 0,58 0,54 0,51 0,48 0,46 0,43 0,41 0.34

4,50 3,74 3,24 2,82 2,58 2,35 2,02 1,79 1,62 1,48 1,37 1,27 1,13 1,07 1,02 0,93 0,86 0,80 0,75 0,71 0,67 0,64 0,61 0,50

5,05 4,18 3,60 3,15 2,84

64. 2,26 2,0 1,81

65. 1,53 1,42 1,26 1,20 1,14 1,04 0,96 0,90 0,84 0,79 0,75 0,72 0,68 0..56

4,50 3,90 3,40 3,06 2,85 2,44 2,16 1,95 1,78 1,65 1,54 1,36 1,29 1,23 1,12 1,04 0,97 0,91 0,86 0,81 0,79 0,74 0,61

Полный сток 5,24

4,90	5,18
4,23	4,46
3,70	3,90
3,33	3,52
3,09	3,27
2,65'	2,80
2,34	2,49
2,12	2,31
1,94	2,11
1,78	1,95
1,67	1,82
1 48	1,61
1,40	1,53
1 33	1,45
1,22	1,33
1 13	1,23
1,05	1,14
0,98	1.07
0,93	0,93
0,88	0,96
0,84	0,91
0,80	0,87
0,66	0.72

(IX. 10)

а формула расхода полного стока (при /С, = 5,24 и ср = 1): <2пс = ⁸⁷.5а_час^а.

Объем ливневого стока определяется как произведение слоя стока на площадь водосбора Р. При это

м

' смр.

^Диб

0Х.11)

Тогда объем стока (в м³):

(IX. 12)

— ССф.

УК,

Г =60 000с.,

Малые водопропускные сооружения рассчитывают обычно на пропуск лишь части расчетного ливневого расхода. На пропуск пол­ного ливневого расхода их следует рассчитывать только в случае пол­ного стока, т. е. при продолжительности расчетного ливня 5 мин и менее (см. табл. IX.4), когда переходный коэффициент Л', дояшает максимального значения 5,24. 160