Задачи гидрологических расчетов

Чтобы сооружения перехода были запроектированы и построены правильно, т, е. были всегда устойчивы и их можно было нормально эксплуатировать в течение всего срока службы, необходимо расчет размеров и конструкций сооружений основывать на точном прогнозе возможных высот половодий и паводков. Каждое половодье на реке характеризуется несколькими показателями:

1. величиной максимального расхода Qmax, определяют по гидрографу реки.

2. отметкой наивысшего уровня воды Hmax

3. Максимальной скоростью течения.

4. продолжительностью паводка t.

Основным показателем является расход воды Qmax, который формируется на водосборе. Прогноз величин расчетных максимальных расходов выполняют на основе статистической обработки экспериментальных наблюдений. Только для рек с площадью водосбора менее 30000 км² разрешается проектировать мосты без наблюдений на водомерных постах по нормам СНиП 2.01.14-83. При больших площадях водосборов возможен только вероятностный прогноз характеристик стока. При этом каждый максимальный расход характеризуют вероятностью его превышения еще большим расходом.

Тип сооружения	Категории дорог	Вероятность превышения
Мосты и пойменные насыпи	I-III и городские	1:100 (1%)
IV-V	1:50 (2%)
трубы	I	1:100
трубы	II, III и городские	1:50
Трубы и дерев. мосты	IV и V	1:33

Т. е при 1% вероятности превышения паводка максимальный расход будет наблюдаться 1 раз в 100 лет, а при 2% вероятности превышения - 1 раз в 50 лет. Основной задачей гидрологического расчета является определение расчетного расхода вероятность превышения которого не более, чем нормированная ВП в данной таблице.

К нормам проектирования железнодорожных мостовых переходов предъявляют более высокие требования, чем к нормам для автодорожных переходов. Насыпи автомобильных дорог имеют достаточно широкую проезжую часть, укрепленную твердыми материалами в большинстве случаев с применением вяжущих веществ. Поэтому перелив через автодорожную насыпь менее опасен, чем через железную дорогу, и сопровождается меньшими повреждениями земляного полотна.

От величины максимального расхода зависят основные размеры мостового перехода. Мостовые переходы строят на длительный эксплуатационный срок, порядка 50-100 лет, поэтому при проектировании необходимо предусматривать возможность пропуска высоких вод редкой повторяемости.

Полностью устойчивые при любых паводках переходы имеют большую строительную стоимость, но перерывов движения по ним нет. Наоборот, переходы, запроектированные по низким половодьям, дешевы, но велики эксплуатационные расходы по перевозкам в связи с перерывами движения, а также расходы по восстановлению перехода, повреждаемого высоким паводками.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ И УРОВНЕЙ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ СТАТИСТИКИ

В отношении гидрологической группы все реки подразделяются на две группы. К первым относятся реки с водомерными постами, которые располагают наблюдениями более 15 лет за режимами реки. Ко вторым – реки, мало изученные в гидрологическом отношении и имеющие менее 15 лет наблюдений за режимами рек. В зависимости от степени гидрологической изученности рек, для определения величины максимальных паводковых расходов применяют один из двух существующих методов. Первый – метод математической статистики, базирующийся на теории вероятностей, который используют при наличии многолетних наблюдений за режимами реки. Второй метод включает в себя установление эмпирических связей (аналогий) при недостаточной изученности рек. В этом случае максимальный расход расчетной вероятности превышения определяют по аналогии с другими реками, имеющими многолетние данные наблюдений и находящиеся в одинаковых физико-географических условиях.

Величина максимального расхода в реке зависит от множества факторов, не поддающихся точному прогнозированию на длительную перспективу во времени: осадки, температура воздуха, испарение, направление и скорость ветра и др. В различные годы на одной и той же реке в зависимости от метеорологических условий максимальные расходы меняются от больших до малых значений. По этой причине максимальные расходы относят к гидрологическим величинам, имеющим случайный характер.

Однако, в изменении максимальных расходов имеется некоторая закономерность. Среднее значение максимальных расходов для данного створа реки является практически постоянным, не зависящим от периода наблюдений. Это дает возможность использования методов математической статистики.

- графо-аналитический способ

Методика прогнозирования максимальных расходов в реке следующая.

1. Наибольшие годовые максимальные расходы, зафиксированные за несколько лет изображают в виде столбчатых диаграмм в хронологическом и ранжированном порядке:

Хронологический порядок ранжированный порядок

2. Определяют среднюю величину расхода за период наблюдений:

3. Вычисляют модульные коэффициенты, как отношение каждого расхода к величине среднего расхода:

4. Определяют значение коэффициентов вариации расходов

5. Для каждого модульного коэффициента определяют вероятность превышения расхода по формуле Чегодаева Н.Н.:

где m – порядковый номер члена ряда в ранжированном ряду;

n – общее число лет наблюдений (число членов ряда).

6. На клетчатке вероятности строят интегральную эмпирическую кривую зависимости модульных коэффициентов К i от вероятности превышения P i.

7. На эту же клетчатку вероятности наносят три теоретические интегральные кривые распределения Крицкого и Менкеля для соотношений

где Сs – коэффициент асимметрии.

За расчетную принимают ту теоретическую кривую, которая наиболее совпадает с эмпирической кривой.

8. Строят интегральную теоретическую кривую до ординаты заданной обеспеченности (1% или 2% вероятности) и графически определяют расчетное значение модульного коэффициента (К_1%)

9. Определяют расчетный расход, соответствующий заданной вероятности его превышения:

1% 1%

Изложенный выше графоаналитический способ определения расчетного расхода воды в реке с использованием равномерных шкал Кi и Pi практически неосуществим в связи с резким подъемом и криволинейным очертанием левой ветви на рисунке. Поэтому для графической экстраполяции кривой вероятности ее строят на специальных клетчатках, называемых клетчатками вероятности.

Прогноз максимальных расходов может быть выполнен и аналитическим способом

Для этого задаются типом уравнения кривой вероятности, что вносит в расчет определенную ошибку, связанную с обязательным применением какого-либо уравнения кривой. Чаще всего применяют формулу трехпараметрического гамма- распределения, которое хорошо описывают максимальные расходы. Числовые параметры гамма -распределения представляют собой уже наблюдавшиеся максимальные расходы.

Последовательность расчета заключается в следующем:

1. Определяют среднюю величину расхода за период наблюдений

2. Вычисляют коэффициенты вариации по формуле:

где - модульные коэффициенты;

n – число лет наблюдений.

3. Определяют коэффициенты асимметрии Сs. Причем значения коэффициентов асимметрии правильнее всего определять подбором или задаваться по формулам:

Cs=2Cv – при стоке талых вод;

Cs=(3-4)Cv – при ливневом стоке.

4. Пользуясь таблицами Крицкого и Менкеля определяют модульный коэффициент Кр, величина которого по этим таблицам получается в зависимости от: р – вероятности превышения расчетного расхода;

Сs- коэффициента вариации;

Cv – коэффициента асимметрии, т.е.

5. На клетчатку вероятности наносят ряд теоретических интегральных кривых при различных соотношениях :

6. На эту же клетчатку вероятности наносят подобранное уравнение экспериментальной кривой.

7. Выбирают модульный коэффициент (Кр_1% ) соответствующий теоретической кривой и определяют расчетный расход по формуле:

1% 1%

Дата добавления: 2014-01-05