Факторы формирования максимальных расходов воды.
Максимальные расходы рек образуются:
1) От таяния зимних запасов снега на равнинах;
2) От таяния горных снегов и ледников;
3) От выпадения дождей и ливней;
4) От совместного действия снеготаяния и дождей;
5) От режима температур воздуха (дружность половодья);
6) От остаточной величины грунтового питания;
7) От суммы отрицательных температур за зимний период, которая характеризует и степень промерзания грунтов;
8) Высотная зональность, экспозиция склонов, формы водосбросов, наличия карста и т.д.
9) Синоптические процессы - основополагающие факторы в формировании величины и характера весеннего половодья.
10) Косвенные, но очень важные гидрометеорологические факторы - затененность снежного покрова лесом, наличие пойм, количество проток, характер подстилающей поверхности, наличие болот!, наличие озер!)
11) Многопиковость в гидрографе половодья - необходимо разделить (выделить) разнородные по происхождению максимальные расходы.
Многофакторность условий формирования максимального расхода не дает оснований говорить о существовании какой-либо зависимости между величинами наибольших расходов последующих лет ряда, поэтому ежегодно наблюдающийся наибольший расход и ряд, составленный из них, можно считать случайной величиной и случайным рядом.
Поэтому для расчетов Qmax применяются:
1. Статистические приемы исследования наибольших расходов воды, основанные на использовании многолетних или непродолжительных гидрологических наблюдений в расчетном или ближайших створах;
2. Расчеты по эмпирическим формулам (как метод предварительных решений);
При составлении проектных заданий и технических проектов сооружений (мостов, плотин и т.д.) для уверенности в правильности установления расчетного максимального расхода воды лучше принимать оба метода. Это диктуется тем, что при занижении Qmax будут разрушения объектов, а при завышении - увеличиваются финансовые расходы.
1.2. Вычисление максимальных расходов рек по гидрологическим наблюдениям
При наличии гидрологических наблюдений вычисление максимальных расчетных расходов воды в гидростворе (проектном створе) производится по кривой обеспеченности, определяемой по трем параметрам:
- среднему максимальному расходу Qср.max;
- коэффициенту вариации Сv;
- коэффициенту асимметрии Сs.
Кривая обеспеченности для рассматриваемого створа строится по ряду максимальных «секундных» расходов воды, определяемых по кривой Q=f(H) при наивысших уровнях и исторических, установленных по опросу старожилов и меткам высоких вод.
При непродолжительном периоде лет ряд в проектном створе должен быть удлинен по графику связи с ближайшим однородным створом (имеющим достаточный ряд).
Ряд наблюдений и расчетный ряд считается надежным, если:
а) период наблюдений расчетных Qmax составляет 20 и более лет;
б) стандартная ошибка определения расчетного максимального расхода (гарантированная поправка), определяемая по формуле DQ= м3/сек, где DQ - гарантированная поправка;
- максимальный расход, определенный по кривой обеспеченности максимумов;
a- коэффициент, равный 0,7- для рек в гидрологически изученных районах и 1,5- для рек слабо изученных областей;
Ер - средняя квадратическая ошибка ординаты кривой обеспеченности;
n - число лет наблюдений над максимальными расходами;
и она (DQ при а=1) должна не превышать 20% величины максимального расхода.
Средний максимальный расход вычисляется по формуле Qср.max= м3/сек;
Коэффициент вариации кривой обеспеченности Qmax определяется по формуле
СV= или Сv= .
Коэффициент асимметрии кривой обеспеченности максимальных расходов вычисляется по формуле: Сs= , где
- наинизший модульный коэффициент или отношение наинизшего из максимальных расходов к среднему расходу.
Рекомендуется принимать следующие соотношения между Сs и Сv:
а) для Qmax от снеготаяния Сs=2 Сv;
б) для Qmax дождевых паводков Сs =3 4 Сv.
1.3. Вычисление максимальных расходов дождевых паводков при отсутствии материалов наблюдений
При отсутствии гидрометданных для створа, где планируется строительство ГЭС, мостов и др. сооружений, расчеты выполняют по эмпирическим формулам Д.Л.Соколовского, А.В.Огиевского и других авторов.
1. Для бассейнов, площадью не более 50000 км2 используется формула:
Qmax= м3/сек;
где НТ- слой осадков в миллиметрах за расчетный ливень, продолжительностью Т часов;
Но- начальный слой осадков, при котором начинается сток, зависящий от предшествующего увлажнения почвы в миллиметрах. Определяется c таблицы.
a - коэффициент стока (берется с таблицы),
F- площадь бассейна в км2;
tn- продолжительность подъема паводка, принимаемая равной времени добегания tn воды в русле в часах;
f - коэффициент формы гидрографа;
d1- коэффициент снижения максимального расхода за счет озерно-болотной аккумуляции;
d2-коэффициент учета влияния леса и проницаемых почв;
d3 - коэффициент учета руслового регулирования;
Qгр.- расход грунтового питания, предшествующий паводку, в м3/сек.