Головна

гідрологічні розрахунки

  1.  I. Розрахунки за рівняннями реакцій
  2.  У третю чергу проводяться розрахунки за обов'язковими платежами до бюджету і в позабюджетні фонди;
  3.  Висновок хімічних формул і розрахунки за рівняннями реакцій
  4.  Гідравлічний і конструктивні розрахунки водоскиду.
  5.  Глава 46. Розрахунки
  6.  Кінематичні розрахунки механізмів різання і настройки

Паводки на річках рік у рік не залишаються однаковими. При цьому періоди проходу порівняно невисоких паводків (маловодні періоди) змінюються періодами проходу високих (багатоводні періоди). Закономірне чергування маловодних і багатоводних періодів пов'язано з опосередкованим впливом Сонячної активності на циркуляцію навколоземній атмосфери і обов'язково повинно враховуватися при обгрунтуванні генеральних розмірів споруд мостових переходів.

Ступінь небезпеки пошкодження тих чи інших споруд мостових переходів виявляється тим більшою, чим більші по висоті паводки проходять на річках. Мостові переходи повинні безпечно функціонувати протягом всього терміну його служби, тобто протягом століть. Природно, що протягом цього тривалого терміну на річці можуть пройти дуже високі паводки, в тому числі навіть такі, які ще не були зафіксовані на водомірних постах даного водотоку.

кожен i-й паводок може бути охарактеризований найбільшим його витратою Qi, Найвищим рівнем високої води УВВi, Тривалістю паводку tпвi, Його формою (повнотою Пi) і т.д. Основними характеристиками водності річки на даному її ділянці є найбільші річні витрати води Qi і відповідні їм максимальні рівні високої води УВВi.

Прогноз величин максимального стоку (гідрологічні розрахунки) виконують, як правило, на основі статистичних даних про режим водного стоку за період гідрометричних спостережень, що передував проектування мостового переходу. Прогноз водного стоку базується на наступних основних положеннях:

1. Річний цикл водного стоку закономірний і відображає зміну пір року і тип харчування річки.

2. Щорічні коливання генетично однорідних характеристик паводків підкоряються закону великих чисел, тобто середні величини цих характеристик стійкі в часі і практично мало залежать від тривалості спостережень.

3. Закономірності коливань характеристик стоку вільних (НЕ зарегульованих) річок стійкі протягом періодів порівнянних зі століттями.

4. Величини характеристик стоку для кожного року можна вважати випадковими і не залежними один від одного. Тому не представляється можливим прогнозувати термін їх появи, але можна оцінити лише ймовірність їх перевищення більш високими величинами.

Для встановлення середніх величин характеристик паводків за тривалий період часу і встановлення закономірностей їх коливань щодо цієї середньої величини використовують статистичні багаторічні дані спостережень за максимально тривалий період, що передував проектування мостового переходу. При цьому не можна об'єднувати в єдиний ряд спостережень генетично різнорідні характеристики стоку. Наприклад, якщо на річці спостерігаються паводки як від сніготанення, так і від випадання злив, то багаторічні ряди спостережень за максимальним стоком потрібно будувати окремо для кожної фазово-однорідної характеристики (скажімо, витрати і рівні тільки від сніготанення, або тільки від злив і т. д.).

Максимальні витрати або рівні паводків можуть бути охарактеризовані ймовірністю перевищення їх ще більш високими. При цьому, якщо будь-якої витрата або рівень є розрахунковим для даного мостового переходу, то при проході паводку такий (розрахункової) висоти запаси стійкості споруд мостового переходу будуть повністю вичерпані.

Ймовірність перевищення тієї чи іншої характеристики паводку (перш за все максимальних річних витрат Qi, І рівнів води Нi) Обчислюється в частках одиниці і справедлива для кожного року, так як перевищення розрахункового паводка може статися в будь-який рік служби мостового переходу. Чим більше максимальна витрата або рівень води в даному створі водотоку, тим менше ймовірність їх перевищення ще більш високими.

Якщо ймовірність перевищення повені віднести не до одного року, а до тривалого періоду спостережень, то вже можна говорити про частоту (або повторюваності паводків тієї чи іншої висоти). Так, якщо ймовірність перевищення повені дорівнює 0,01, то це одночасно означає, що цей паводок буде перевищуватися вищими в середньому 1 раз в 100 років, при цьому будуть мати місце небезпечні умови роботи споруд мостових переходів з можливими їх ушкодженнями або навіть руйнуваннями.

Розрахункову ймовірність перевищення паводків нормують відповідно до народногосподарським значенням проектованого об'єкта, що означає, що кожен об'єкт на річці проектують з певним ступенем інженерного ризику (таблиця 16.1). При цьому, чим вище народногосподарське значення об'єкта, тим меншу ймовірність перевищення розрахункового паводка приймають при проектуванні.

Таблиця 16.1.

Нормовані ймовірності перевищення паводків

 споруди  Категорія доріг  Ймовірність перевищення максимальних витрат,%
 Великі і середні мости  I, I-б, II, III, міські вулиці і дороги  1 *
 те ж  IV, V  2 *
 Малі мости і труби I  1 * *
 теж I-б, II, III, міські вулиці і дороги  2 * *
 те ж  IV, V, внутрішньогосподарські дороги  3 * *

Примітки: * У районах з нерозвиненою мережею автомобільних доріг для споруд, що мають особливо важливе народногосподарське значення, при техніко-економічному обгрунтуванні ймовірність перевищення допускається приймати 0,33 замість 1% і 1 замість 2%.

 * * У районах з розвинутою мережею автомобільних доріг для автодорожніх малих мостів і труб при техніко-економічному обгрунтуванні ймовірність перевищення допускається приймати 2 замість 1%, 3 замість 2% і 5 замість 3%.

Наприклад, чим вище категорія автомобільної дороги, на якій проектують мостовий перехід, тим меншу ймовірність паводок приймають в якості розрахункового. Залізничні мостові переходи, де практично неможливо організувати об'їзд в разі їх руйнування і народногосподарські втрати, пов'язані з вимушеними перервами руху, виявляються величезними, проектують, використовуючи більш жорсткі норми і вимоги, ніж для автомобільних доріг, де такий об'їзд організувати можна.

Деякі найбільші гідротехнічні споруди гідроенергетики і водопостачання проектують на паводки, які взагалі не можуть бути перевищені більш високими, тобто мають ймовірність перевищення 0% (паводки «максимум-максіморум»). Практична повторюваність таких паводків становить 1 раз в 10 000 років при терміні зміни клімату на земній кулі в 12 000 років, що дорівнює періоду коливання земної осі.

Однак вартість споруд, запроектованих на фізично можливий граничний паводок, надзвичайно велика, тому виявляється економічно доцільним обмежувати величини розрахункових паводків, хоча і вельми рідкісними, але реально перевищує протягом розрахункового терміну служби паводками, тобто проектувати мостові переходи з економічно виправданою ступенем інженерного ризику.

Ряди максимальних річних витрат і рівнів води на річках, зафіксованих протягом ряду років безперервних спостережень на водомірних постах Гідрометеослужби, можуть бути зображені у вигляді стовпчастий діаграми: хронологічній (рис 16.1, а), або ранжированого в порядку спадання (рис. 16.1, б) . Середня висота ряду і характерне увігнуто-опукле обрис не змінюються зі збільшенням тривалості спостережень на водомірних постах річки. Чим більше тривалість спостережень, тим плавніше обрис набуває ранжированная діаграма. При гіпотетично нескінченної тривалості ряду безперервних спостережень і незмінній довжині діаграми остання приймає плавне криволінійний обрис для максимальних річних витрат (рис. 16.1, в) і максимальних річних рівнів води (рис. 16.1, г).

Мал. 16.1. Діаграми спостережених максимальних річних витрат і рівнів води на водомірному посту річки:
 а - хронологічна; б - ранжированная; в - крива ймовірностей витрат; г - крива ймовірностей рівнів
 - - Точки перегину

Ранжирування діаграми гідрометеорологічних величин при необмеженої тривалості ряду безперервних спостережень називають кривими ймовірностей.

Якщо тривалість ряду спостережень (довжину діаграми) прийняти за одиницю, то ймовірність перевищення конкретного витрати Qp буде визначена тією частиною одиниці, якій відповідають більш високі витрати. Для наближеного обчислення ймовірності перевищення витрат по обмеженому числу років спостережень можна взяти відношення порядкового номера шуканого витрати m в ранжированном ряду до загальної кількості років спостережень п. Таку ймовірність перевищення рэ називають емпіричною:

На практиці найбільш часто ймовірність перевищення визначають в%. В цьому випадку емпірична ймовірність перевищення дорівнюватиме:

Загальною формулою, що відображає можливість включення у відносно короткий ряд безперервних спостережень, витрат з частотою перевищення дещо меншою, ніж 1 раз за період спостережень, є:

де (16.1)

- Емпіричний параметр С. М. Блікштейна

Рівняння кривої ймовірності підбирають для кожного створу річки самостійно, як звичайну емпіричну формулу.

Зазвичай в якості кривої ймовірності застосовують так звану биноминальную трипараметричної криву гамма-розподілу (Пірсон III), при використанні якої визначають:

середнє значення максимальних витрат Qcp;

коефіцієнт варіації або мінливості Сv;

коефіцієнт асиметрії Cs.

Середнє значення максимальних витрат Qcp визначають за звичайною формулою арифметичного середнього:

де

Qi - Значення максимальної витрати паводку i-го року;

п - Число років спостережень.

коефіцієнтом варіації Сv називають відношеннясереднє відхилення максимальних витрат до цього середнього значення:

якщо прийняти

то остаточно отримаємо:

коефіцієнт асиметрії Cs, Що залежить від коефіцієнта варіації і найменшого з максимальних витрат, визначається:

Коефіцієнт асиметрії характеризує розподіл максимальних витрат щодо середнього значення. Наприклад, якщо із загального числа років спостережень 100 років, 40 витрат більше середнього, а 60 - менше, то коефіцієнт асиметрії має позитивне значення.

Остаточно витрата розрахункової ймовірності перевищення може бути визначений за формулою:

Qp% = Qcр(СvФ + 1), де

Ф = f(Cs, P%) - коефіцієнт, що визначається за таблицею 16.2.

Таблиці 16.2.

значення коефіцієнта Ф

Cs  значення Ф при ймовірності перевищення Р,%
   0,1  0,33
 0,00  3,09  2,75  2,33  2,04  1,28  0,67  -0,00  -0,67  -1,28  -2,33
 3,23  2,82  2,40  2,10  1,29  0,66  -0,02  -0,68  -1,27  -2,25
 3,38  2,93  2,47  2,15  1,30  0,65  -0,03  -0,69  -1,26  -2,18
 3,52  3,04  2,54  2,20  1,31  0,64  -0,05  -0,70  -1,24  -2,10
 3,66  3,15  2,61  2,25  1,32  0,63  -0,07  -0,71  -1,23  -2,03
 3,81  3,27  2,68  2,30  1,32  0,62  -0,08  -0,71  -1,22  -1,96
 3,96  3,36  2,75  2,34  1,33  0,61  -0,10  -0,72  -1,20  -1,88
 4,10  3,48  2,82  2,37  1,33  0,59  -0,12  -0,72  -1,18  -1,81
 4,24  3,60  2,89  2,43  1,34  0,58  -0,13  -0,73  -1,17  -1,74
 4,38  3,70  2,96  2,48  1,34  0,57  -0,15  -0,73  -1,15  -1,66
 1,00  4,55  3,81  3,02  2,53  1,34  0,55  -0,16  -0,73  -1,13  -1,59
 4,67  3,83  3,09  2,56  1,34  0,54  -0,18  -0,74  -1,10  -1,52
 4,81  4,04  3,15  2,61  1,34  0,52  -0,19  -0,74  -1,08  -1,45
 4,95  4,08  3,21  2,64  1,34  0,51  -0,21  -0,74  -1,06  -1,38
 5,09  4,12  3,27  2,67  1,34  0,49  -0,22  -0,73  -1,04  -1,32
 5,23  4,28  3,33  2,71  1,33  0,47  -0,24  -0,73  -1,02  -1,26
 5,37  4,33  3,39  2,73  1,33  0,46  -0,25  -0,73  -0,99  -1,20
 5,50  4,45  3,44  2,78  1,32  0,44  -0,27  -0,72  -0,97  -1,14
 5,64  4,53  3,50  2,82  1,32  0,42  -0,28  -0,72  -0,94  -1,09
 5,77  4,62  3,55  2,85  1,31  0,40  -0,29  -0,72  -0,92  -1,04
 2,00  5,91  4,70  3,60  2,89  1,30  0,39  -0,31  -0,71  -0,90  -0,99
 6,06  4,80  3,65  2,93  1,29  0,38  -0,32  -0,70  -0,88  -0,94
 6,20  4,91  3,70  2,96  1,28  0,37  -0,33  -0,69  -0,85  -0,90
 6,34  4,98  3,75  2,99  1,27  0,35  -0,34  -0,68  -0,82  -0,87
 6,47  5,08  3,79  3,02  1,25  0,33  -0,35  -0,66  -0,79  -0,83
 6,60  5,19  3,83  3,04  1,24  0,32  -0,36  -0,65  -0,79  -0,80
 6,73  5,31  3,87  3,06  1,23  0,31  -0,37  -0,64  -0,78  -0,77
 3,00  7,22  5,55  4,02  3,16  1,18  0,25  -0,40  -0,60  -0,65  -0,67
 4,00  8,17  6,08  4,34  3,30  0,96  0,01  -0,41  -0,49  -0,50  -0,50
 5,00  9,12  6,52  4,54  3,37  0,78  -0,10  -0,38  -0,40  -0,40  -0,40

Обчислення параметрів ряду витрат ведуть в табличній формі, або обчислюють на комп'ютері. Точність обчислення параметрів кривої ймовірностей залежить від тривалості безперервного ряду спостережень. Зазвичай ряд вважають репрезентативним при тривалості безперервних спостережень на водомірному посту п ? 15.

Визначення величин максимальних витрат розрахункової ймовірності перевищення більш високими може бути виконано не тільки викладеним вище аналітичним способом, але графоаналитическим, тобто з графічною екстраполяцією кривої ймовірностей в область малих ймовірностей перевищення. Однак фактичне обрис кривої ймовірностей максимальних витрат є настільки складним (наявність двох точок перегину, див. Рис. 16.1, в), що надійна безпосередня графічна екстраполяція кривої ймовірності практично неможлива. Ще складніше екстраполювати в область малих ймовірностей перевищення криві ймовірностей рівнів, які мають вже три точки перегину (див. Рис. 16.1, г). Тому, подібно до того, як використовують логарифмічні клітковини для вирівнювання статечних залежностей, для вирівнювання кривих ймовірностей максимальних витрат і рівнів води використовують спеціальні клітковини ймовірностей (рис. 16.2).

Мал. 16.2. Криві на клітковині ймовірностей:
 1 - витрат (Cs > 0); 2 - рівнів (Cs <0); 3 - витрат і рівнів при Cs »0;

Однак, на відміну від логарифмічною клітковини, вісь ординат клітковини ймовірностей приймають рівномірної, а нерівномірне функціональну шкалу абсцис будують за рівнянням нормального розподілу Пірсон III при коефіцієнті асиметрії Cs = 0.

Отримувані на клітковині ймовірностей плавні криві, що мають опуклість вгору для максимальних рівнів води (Cs <0) або опуклість вниз для максимальних витрат (Cs > 0), а також практичні прямі ймовірностей витрат і рівнів при Cs »0 дозволяють виконати досить точну екстраполяцію в область малих ймовірностей перевищення. При графічної екстраполяції не задаються типом рівняння кривої ймовірності, тому помилки, пов'язані з обов'язковим використанням рівняння кривої розподілу певного типу, на результати розрахунку не впливають. Чим крутіше нахил кривих ймовірностей, тим більшим коефіцієнтом варіації Cv (Мінливістю) характеризується ряд, тим небезпечніше річка для життя мостового переходу.

Після визначення витрати води розрахункової ймовірності перевищення Qр% викладеним вище аналітичним або графо-аналітичним методом переходять до визначення розрахункового рівня високої води тієї ж ймовірності перевищення РУВВр%. Такий розрахунок може бути легко виконаний при наявності в створі переходу гідрометричної кривої витрат Н = f(Q), Побудованої за даними безпосередніх гідрометричних вимірювань.

На існуючої мережі водомірних постів Росії в більшості випадків водомірні спостереження систематично проводяться тільки за рівнями води в річках. Тому, визначення розрахункових рівнів води, абсолютно необхідних для розробки проектів мостових переходів, як правило, виконують самостійно.

Безпосереднє використання теоретичного методу із застосуванням рівняння ймовірності Пірсон III, викладеного вище для максимальних витрат, для ймовірнісної обробки рівнів води неприпустимо. У цих випадках необхідно враховувати збіг ймовірностей перевищення величин максимальних витрат і рівнів і виробляти самостійне опрацювання рядів максимальних рівнів спеціальним, викладеним нижче, статистичним методом.

Графо-аналітичний розрахунок максимальних рівнів води розрахункової ймовірності перевищення здійснюють в такій послідовності (рис. 16.3):

1. Ряд максимальних спостережених рівнів води в річці ранжируют в порядку спадання.

2. Кожному члену рангового ряду привласнюють відповідні емпіричні ймовірності перевищення, що визначаються за формулою (16.1).

3. За отриманими парам значень Нi и Pе%i наносять точки на клітковину ймовірностей.

4. Здійснюють графічну апроксимацію отриманого поля точок плавною кривою, яку екстраполюють в область малих ймовірностей перевищення.

Мал. 16.3. Приклад визначення розрахункових гідрологічних величин по клітковині ймовірностей:
Нп - Відмітка заплави; Pп% - Ймовірність затоплення заплави; Pе% - Емпірична ймовірність перевищення

5. За отриманою таким чином кривою ймовірностей, перш за все, визначають розрахунковий рівень високої води (зазвичай в отсчетах рейки водомірного поста, см) Нр%, розрахунковий будівельний рівень Н10% і ймовірність (частоту) затоплення заплав Pп% в паводки в місці переходу.

Безпосереднє визначення розрахункових рівнів води застосовується для мостових переходів в зонах ерозії або акумуляції, де відповідно протікають процеси незворотного врізання русла в корінні породи з відповідним зниженням рівнів води (річки-каньйони) або відкладення наносів з відповідним підвищенням рівнів води (блукаючі річки).

Слід особливо відзначити, що при проектуванні мостових переходів розрахунковий рівень води РУВВр% є характеристикою істотно більш важливою, ніж розрахункова витрата Qр%. Так, встановивши розрахунковий рівень води по клітковині ймовірностей, можна обчислити процентний розподіл розрахункової витрати між характерними елементами живого перетину долини річки (руслом і заплавами), що є основною характеристикою при обгрунтуванні всіх генеральних розмірів споруд мостового переходу. Такий розрахунок називають морфометричних.



 Основні відомості про проектування переходів через великі водотоки |  морфометрические розрахунки

 Стійкість положення плити з вільними краями при навантаженні від транспортних засобів |  Система поверхневого і підземного дорожнього водовідводу |  Норми допустимих швидкостей течії води |  Визначення обсягів і витрат зливових і талих вод з малих водозборів |  Гідравлічний розрахунок дорожніх канав |  Гідравлічний розрахунок отворів малих мостів і труб |  Косогірний споруди поверхневого водовідведення |  Укріплення русел за спорудами |  розрахунок дренажу |  Деякі рекомендації до розробки регіональних норм стоку |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати