книги / Переходы через водотоки

ментов на каждом бассейне, определяемое построением серии гидрографов при разных слоях водоотдачи Л, соответствует слу­ чаю, когда ВП осадков идентична ВП объемов и расходов стока.

Обработка материалов метеорологических наблюдений об осад­ ках выполняется в ЦНИИСе периодически по мере их опубликова­ ния. В связи с этим детализируется климатическое районирование территории СССР. В ВСН 63-67 выделено 57 районов вместо 15 в инструкции 1956 г. Для горных районов из-за влияния вертикаль­ ной зональности осадков определение метеорологических характе­

но на метеостанциях. При этом должны учитываться отдельные редкие дожди по литературным данным и следам разрушений {рис. XV-1). Получая материалы на метеостанции, следует иметь в виду, что при очень больших осадках плювиографы часто выхо­ дят из строя, и, определяя время дождя, надо базироваться на дождемеры. Некоторые станции давали сведения только по началь­ ной стадии дождя, так как из-за неудачного местоположения были полуразрушены.

Техника расчетов стока многократно публиковалась и поэтому здесь не приводится. В 1964 г. А. А. Курганович (КАДИ) програм­ мировал уравнение баланса на ЭВМ «Минск-11» и исследовал деле­ ние объема стока до 12 частей. Оказалось, что можно остановить­ ся на 6 частях. Программы для расчета стока составлены на ряд типов ЭВМ Н. Н. Чегодаевым (ЦНИИС).

Если пользоваться ЭВМ затруднительно или число расчетов не­ значительно, можно находить расходы по таблицам, которые в 1969 г. составлены в КАДИ В. А. Большаковым и А. А. Кургановичем. Аналогичные расчеты выполняют по ВСН 63-67.

Техника транспортирования объемов стока проверяется по плювиограммам на стоковых площадках при любых значительных дождях вне зависимости от их ВП, где есть пара: осадки — сток. Сравнительные построения показали разницу теоретических гидро­ графов с натурными на ±25% .

Предложенная методика может применяться в любых климати­ ческих условиях при наличии данных о потерях на впитывание (при этом будут меняться значения Ли г ) ; она перспективна как по принципиально правильной постановке вопроса, так и на каж­ дом этапе возможного усовершенствования отдельных параметров и теории стока в целом. В частности, возможно соединение метода изохрон с уравнением баланса.

Уравнение баланса объемов снегового стока в настоящее время не решено. Недостаточно исследован процесс склонового стекания. В эмпирических методах определения снегового максимума выяви­ лись два направления: 1) использование расходов со средних водо­ сборов, где имеются ряды наибольших расходов за время поло-

351

14 ч.

Расчеты стока от снеготаяния также могут производиться в соответствии с Указаниями по определению расчетных гидрологи­ ческих характеристик (СН 435-72), а также по рекомендациям ВСН 63-67 для районов,.которые охвачены нормами СН 435-72 [142].

353

§ 67. СЁЛЕ&ОЙ СТОК

Селевые па-водки или сели наблюдаются в горных районах, где склоны водосборных бассейнов лишены растительности и покрыты рыхлыми продуктами разрушения торных пород. Термин сель, про­ исходящий от арабского слова сейл (горный поток), хотя и -обще­ принят, но не имеет одинакового толкования у различных иссле­ дователей (М. Ф. Срибный, Д. Л. Соколовский, И. И. Херхеулидзе, И. С. Гогошидзе, С. М. Флейшман и др.).

Некоторые исследователи под селем 'понимают густые грязека­ менные потоки, двигающиеся сплошной массой, другие же считают селевым любой водный -поток, в котором содержание наносов пре­ вышает определенную норму. Последнее определение селя наибо­ лее распространено.

Определение селя, содержащее необходимые для практических целей количественные характеристики, дал Д. Л. Соколовский:

«Сель — это паводок, насыщенный большим количеством на­ носов, свыше 100 кг на 1 м3 воды, и имеющий турбулентный ха­

рактер движения и пульсационный заторный режим. При содержа­ нии наносов свыше 500 кг на 1 м3 воды сели приобретают характер

связных или структурных потоков, движущихся как одно сплошное тело с ламинарным характером режима».

Селевые потоки характерны внезапностью своего возникнове­ ния, стремительностью и прерывностью движения — па-водок идет несколькими волнами.

Так, на ip. Малой Алмаатинке 8—9 июля 1921 г. прошло после­

довательно около 80 валов селя. Эти валы — результат временных заторов, создаваемых крупными камнями на поворотах русла, и их прорывов накопившейся массой селя.

В СССР сели распространены главным образом на Кавказе (бассейны рек Терека, Алазани, Аракса и др.) и в Средней Азии (бассейны рек Сырдарьи, Чирчика, Или и др.), вызываемые ливня­ ми, а иногда и таянием ледников.

Сели ливневого происхождения встречаются также на малых речках, текущих с хребта Хамар-Дабан в о. Байкал, и в горных районах Забайкалья.

Сели в период снеготаяния 'наблюдаются в районах Полярного Урала от прорывов снежных запруд на малых реках. Это явление еще недостаточно изучено.

Наблюдались случаи прохода катастрофических селей в ре­ зультате прорыва озер, образовавшихся в верховьях горных речек вследствие завалов их русел -после землетрясений, выноса селей из боковых притоков, оползания ледников и по другим причинам.

Образование таких озер и их прорывы, вызывавшие мощные селевые валы, по данным, собранным Е. В. Болдаковым, наблю­ дались в бассейнах р. Терек (1910 г., 1934 г. и 1967 г.), в долинах рек Гунт и Ванч на Памире (1962 г.), на р. Иссык в Заилийском Алатау (1963 г.) и других местах. Такие селевые потоки произво­ дят особенно большие разрушения.

354

Сели не могут образоваться на очень малых и очень больших бассейнах, так как в первом случае на малом бассейне не может образоваться достаточно больших запасов рыхлообломочногб ма­ териала, а во втором случае этот материал не может транспорти­ роваться потоком на значительные расстояния и откладывается в верховьях большого бассейна. Наиболее часто селевые паводки об­ разуются ,на горных бассейнах с площадями .примерно от 5 до 250 км2.

Для образования селя необходимо скопление на эродированных горных склонах бассейна достаточных запасов рыхлообломочного материала, который может быть смыт в результате интенсивного поверхностного стока. При этом осадки исключительной силы мо­ гут не вызвать исключительной силы селя, если в момент их вы­ падения запасов рыхлообломочного материала мало. Поэтому в зависимости от интенсивности денудационных процессов на неко­ торых селеносных бассейнах наблюдается определенная периодич­ ность селей. Например, если на данном бассейне образование за­ пасов рыхлообломочного материала происходит примерно за 10 лет, то и средняя повторяемость селей близка к указанной циф­ ре. Но величина каждого данного селя зависит от сочетания обоих факторов — запасов рыхлообломочного материала и силы стока. Такая периодичность была установлена нами на р. Либраждит в бассейне р. Шкумбини в Албании.

Селеносные бассейны обычно имеют три участка: селеобразующий цирк горных склонов (рис. XV-3), транзитное русло перед вы­

355

ходом к базису эрозии данного бас­ сейна (рис. XV-4) и конус выноса селевого материала, непосредствен­ но сопрягающийся с базисом эрозии (рис. XV-5).

Если селеносный водоток имеет постоянный сток, то конус выноса прорезает глубокое русло с отвес­ ными берегами, которое образуется в межселевой период и заваливает­ ся выносами при прохождении оче­ редного селя. Если водоток имеет лишь периодический сток, то поверх­ ность конуса выноса обычно изре­ зана сетью мелких сухих русел, по которым растекается водная часть

стока; при прохождении очередного селя сеть этих мелких русел пол­ ностью меняет свою конфигурацию. Вышедший из ущелья сель может пройти в стороне от меженного русла и расширить конус выноса.

У малых селеносных логов, впа­ дающих в крупную горную реку, иногда не образуется конусов выноса, так как отложенный селем

материал уносится быстрым течением реки. Установить селеносность таких логов можно только, поднявшись по транзитному руслу до селеобразующего цирка.

Селевые выносы поступают в русло потока с активной селеносной части бассейна. Эти выносы могут достигать очень большой величины — от 50 000 до 80 000 мъс 1 км2 активной площади. Однако

в расчет объема селевых выносов обычно вводят всю водосборную площадь бассейна F.

где hM— разовый слой смыва рыхлообломочного материала, рав­ ный от 5— 10 мм для предгорных и низкогорных бассейнов до 30—40 мм для высогорных селеносных бассейнов (типа р. Ма­

лой Алмаатинки).

В зависимости от насыщения водного потока наносами осуще­ ствляется переход его в селевой; провести определенную границу между ними затруднительно. Условно ее принимают при объемном весе потока ус~ 1,05.

Максимальный расход селевого паводка Qmax.c. определяют по

уточненной формуле М. Ф. Срибного [125, 127]

Qmax.c == Qmax.B ( 1 ~f" фн) Азат» (X V -8 )

356

где Qmax.B— максимальный расход воды заданной вероятности превышения, м3/сек; срн — объемное содержание наносов в 1 ж3

воды (табл. XV-1); /Сзат — коэффициент заторности; наибольшее значение его может быть равно ~ 4 —5.

Иногда турбулентные сели называют водно-каменными потока­ ми в отличие от грязе-каменных связных селей, но такое название не отражает специфики турбулентных селей, которые могут быть насыщены и мелкоземом вместе с камнями.

Отношение срн можно приближенно определить, пользуясь фор­ мулой (XV-7) и зная объем водной части стока Wc. Объемный вес

смеси ус можно определить по формуле

Для турбулентных жидких селей Н. Н. Чегодаев [140] предло­ жил определять весовое содержание наносов /?н% в водном потоке по эмпирической формуле

уклон селеносных склонов, %0.

Для максимального расхода селевого паводка Н. Н. Чегодаев предложил формулу, по структуре близкую к формуле (XV-8), но без учета заторности. Заменяя в этой формуле объемный вес на­ носов в воздушно сухом состоянии и пористость наносов на объем­ ный вес материала наносов YH~ 2,65, получим

357

ное отношение на пике паводка при поступлении в поток дополни­ тельного объема воды из смываемого водонасыщенного грунта. Значение определяется по специальной таблице и для турбу­ лентных селей не превышает 1,5— 1,7.

Е. В. Болдаков [21] предложил увеличивать расчетный слой лив­ невого стока на коэффициент в зависимости от содержания твер­ дого материала в селевом потоке, различая водокаменные и гря­ зекаменные турбулентные потоки. Считая, как и многие исследова­ тели, что в водно-каменном потоке содержание твердой фазы 15— 20%, а в грязекаменном — 40—45%, он предложил соответственно увеличивающие коэффициенты 1,2 и 1,7, а при отсутствии данных о типе селя — один обобщенный коэффициент 1,5. Последний может уточняться при наличии натурных данных.

Принимая для расчета водной части селевого стока упрощенную формулу Союздорнии, полагая слой потерь на смачивание расти­ тельности 2 = 0, Е. В. Болдаков получил для средних условий фор­

Эти параметры так же, как и величины степеней т и п , прини­

мают по таблицам [21], которые здесь не приводятся.

Как видим, рассмотренные формулы расчета селевого стока имеют одну структуру: все они рассматривают расход селевой мас­ сы как расход воды заданной вероятности превышения, умножен­ ный на некоторый коэффициент, больший единицы.

В формуле (XV-8) этот коэффициент равен (1+срн)Кзат, в фор­

муле (XV-11) равен \ J___ а в формуле (XV-12) — 1,5т .

^100 — ри

Каждый коэффициент носит эмпирический характер, и если в одном случае для его определения нужно задаваться слоем смыва грунта или визуальной характеристикой склонов, то в другом слу­ чае— не более точным процентом содержания твердой фазы в по­ токе

358

Рис. XV-6. Запруды на селеносном водотоке

За отсутствием натурных данных сопоставить результаты и оценить точность той или другой формулы в настоящее время нельзя. В проектных организациях железнодорожного транспорта более распространена формула (XV-11), а в автодорожных — фор­ мула (XV-12) и метод И. И. Херхеулидзе.

Расчет связных (структурных) селевых потоков не относится к расчетам водного стока, так как здесь движется не вода, насыщен­ ная наносами, а грунт, насыщенный водой, потерявший свою устой­ чивость на крутых горных склонах. Структурный сель движется как одно целое, не растекаясь, взвешивая крупные глыбы камней, и, останавливаясь, застывает как грязе-каменная лава. Вследствие огромной разрушительной силы таких селей стеснение их опорами мостов и тем более подходами к ним невозможно; они должны пе­ ресекаться в наиболее узком месте и полностью перекрываться одним пролетом моста.

Для проектирования моста на местности необходимо установить наличие такого типа селя, -его вертикальные и горизонтальные раз­ меры, а не объем и расход выносов грунта. Поэтому эти вопросы здесь не рассматриваются.

Стеснение жидких турбулентных селей сооружениями мостово­ го перехода возможно при условии пропуска селевого потока только мостом с наименьшим количеством массивных опор; приме­ нение свайно-эстакадных мостов не допускается.

Как указывает Е. В. Болдаков, стеснение бытовой ширины се­ левого потока допустимо не более 30% для водно-каменных селей и 20% для грязе-каменных при обязательном устройстве направ­ ляющих дамб.

При переходах на конусе выноса отметку низа пролетного строе­ ния моста назначают с учетом возможного наращивания конуса по высоте 1—3 см в год.

Для задержки наносов на селевом логу выше створа дорож­ ных сооружений устраивают системы запруд (рис. XV-6). Эти ме­ роприятия, несмотря на капитальность запруд (мощные подпор­ ные стенки высотой 10 м и более), носят временный характер, так

359

как создание после заноса запруд ступенчатого профиля лога хотя и гасит силу селя, но не исключает поступление части наносов к створу моста.

§68. ОСОБЫЕ СЛУЧАИ РАСЧЕТА СТОКА

Кособым случаям стока относятся: сток с бассейнов, имеющих транзитные (бесприточные) участки русла на подходе к проекта* руемому сооружению; сток с бассейнов, состоящих из горной и рав­ нинной части; сток в районе вечной мерзлоты; сток от выплеска из озер; сток от прорыва малых плотин. Для большинства из этих ви­

дов стока имеются приближенные решения ввиду слабой изучен­ ности рассматриваемых явлений. К особым случаям (расчета стока также можно отнести и расчеты стока, выполняемые советскими специалистами за рубежом, в районах с климатом и другими ландшафтными условиями, резко отличными от условий © СССР.

Паводок, проходя по транзитному руслу (рис. XV-7), расплас­ тывается. Это явление вызывается разностью скоростей продвиже­ ния лобовой и тыловой частей паводочной волны по бесприточному руслу; максимальная ордината гидрографа паводка при этом сни­ жается.

Для одномодальных ливневых паводков, характерных для ма­ лых водосборов [75], предложена следующая приближенная фор­ мула, определяющая снижение максимальной ординаты гидрогра­ фа паводка для створа проектируемого сооружения

42,5ta

360