6641
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего
образования «Нижегородский государственный архитектурно-
строительный университет»
Р.Х. Измайлов, В.И.Костин
Расчёт максимальных расходов воды дождевых паводков
Учебно-методическое пособие по практическим занятиям и курсовому проектированию по
дисциплине «Инженерные сооружения в транспортном строительстве» для обучающихся по направлению подготовки
08.03.01 Строительство, профиль Автомобильные дороги
Нижний Новгород ННГАСУ
2023
УДК
Измайлов Р.Х. Расчёт максимальных расходов воды дождевых паводков: учебно-методическое пособие: / Р.Х. Измайлов,
В.И.Костин; Нижегородский государственный архитектурно – строительный университет.– Нижний Новгород: ННГАСУ, 2023.-20 с; – Текст: электронный.
Приведены указания по выполнению практических задач,
связанных с определением максимальных расходов дождевых паводков заданной вероятности превышения.
Предназначено обучающимся в ННГАСУ для выполнения практических задач и курсового проектирования по направлению подготовки 08.03.01 – Строительство, профиль автомобильные дороги.
© Р.Х.Измайлов, В.И.Костин, ©ННГАСУ, 2023
2
В соответствии со СП 33-101-2003 “Определение основных расчетных гидрологических характеристик” максимальные мгновенные расходы вод дождевых паводков, м3/с (Q p%) расчетной вероятности превышения для водосборовс площадями менее 200 км2 следуетопределять по формуле предельной интенсивности стока.
Q A |
1% |
H' |
p% |
F, |
( 1 ) |
p% |
1% |
|
где A1%- относительный модуль максимального срочного расхода воды ежегодной вероятности превышения 1%;
- сборный коэффициент стока;
H1% - максимальный суточный слой осадков вероятности превышения 1%, мм;
- коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов проточными озерами. В курсовом проекте допускается принимать равным единице;
1% - переходный коэффициент от расходов ежегодной вероятности превышения 1% к расходам другой вероятности превышения;
F - площадь водосбора, км2.
Последовательность расчета.
1. По карте необходимо определить характеристики водосборного бассейна: площадь водосбора ( F ), длину главного лога ( L ),
средневзвешенный уклон лога (русла) ( Ip ), средний уклон склонов ( Iск ),
густоту русловой сети ( р ), среднюю длину склонов ( lск ).
Средневзвешенный уклон лога определяется по формуле
|
n |
|
|
I p I i(l i /L) , |
( 2 ) |
|
1 |
|
где |
Ii - частный уклон на участке |
l i ,‰; |
|
L - длина лога(русла), км; |
|
3
n - количество участков с различными уклонами .
Средний уклон склонов лога
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
I ск |
h |
li |
, |
( 3 ) |
|
|
|
i 1 |
|||
|
|
|
F |
|||
|
|
|
|
|
|
|
где h |
- |
сечение горизонталей, м; |
|
|||
l i |
- |
длина i-ой горизонтали в пределах водосбора, км; |
||||
n |
- |
количество горизонталей; |
|
|||
F |
- |
площадь водосбора. км2. |
|
|||
Густота русловой сети определяется как отношение суммарной длины частных русел (включая главное русло), расположенных в пределах водосбора, к его площади.
n
|
|
р |
|
|
l pi |
||
|
|
|
i 1 |
|
, |
||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
F |
|
где l pi |
- |
длина частного русла, км; |
|||||
n |
- |
количество частных русел на водосборе. |
|||||
Средняя длина склонов определяется по формуле |
|||||||
|
|
l ск |
|
1 |
, |
|
|
|
|
1,8 |
p |
|
|||
( 4 )
(5)
2. На основе полученных характеристик определяется сборный коэффициент стока .
|
|
C |
2 |
|
0 |
|
|
I |
ск |
n 2 |
(6) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
(F |
1) n 3 |
50 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||
где C 2 - эмпирический коэффициент, принимаемый для лесной зоны 1.2;
для степной и лесостепной – 1.3;
0 - сборный коэффициент стока , табл. 1
n 2 - показатель степени, зависящий от климатической зоны, типа и состава почв, табл.1
4
n 3 - показатель степени принимается для лесной зоны равным 0,07, для степной и лесостепной – 0,11.
Таблица 1(приложение 2, таблица 11 [2])
|
|
|
|
Состав почв |
|
|
||
Зона |
Тип почв |
Глины, тяжелые |
Суглинки |
Супесчаные и |
||||
суглинки |
песчаные |
|||||||
|
|
|
|
|||||
|
|
0 |
n 2 |
0 |
n 2 |
0 |
n 2 |
|
Лесная |
Подзолистые и |
0.56 |
0.50 |
0.38 |
0.65 |
0.30 |
0.80 |
|
серые лесные |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лесостеп- |
Подзолистые и |
0.66 |
0.60 |
0.54 |
0.70 |
0.27 |
0.90 |
|
серые лесные |
||||||||
ная |
|
|
|
|
|
|
|
|
Черноземы |
0.59 |
0.70 |
0.22 |
0.85 |
0.14 |
1.00 |
||
|
||||||||
3.Для заданного района проектирования по рис. 1 определяется максимальный суточный слой осадков вероятности превышения 1% (H1%).
4.Определяются гидроморфометрические характеристики русла
(Ф р) и склонов (Ф ск ).
|
Фр |
1000L |
, |
(7) |
|
|
mp Ipm F 0.25 H 1% 0.25 |
||||
где: |
mp |
|
- гидравлический параметр русла табл.2; |
|
|
|
m |
- параметр, определяемый по табл.2; |
|
||
|
Ip |
- уклон русла, ‰; |
|
|
|
|
L |
- |
длина русла, км; |
|
|
|
F |
- |
площадь водосбора, км2. |
|
|
5
Рис.1. Максимальный суточный слой осадков (Н1%) вероятности превышения Р=1% .
Рис.2. Районирование по типам кривых редукции осадков.
6
Таблица 2(таблица 27 [2])
Характеристика русла |
Уклон, %0 |
m |
mp |
Равнинные реки и периодические |
|
|
|
водотоки. |
|
|
|
Чистые русла |
<35 |
0,33 |
11 |
Сильно заросшие русла |
<35 |
0,33 |
7 |
Реки и периодические водотоки со |
|
|
|
средними уклонами |
35 |
1/7 |
10 |
|
|
Фск |
|
1000 lск 0,5 |
|
|
|
, |
|
(8) |
|
|
|
|
0,25 |
1% |
0,5 |
|
|||||
|
|
|
|
nск Iск H |
|
|
|
|
|||
где |
nск - |
коэффициент, характеризующий шероховатость скло- |
|||||||||
|
|
|
нов водосбора, принимается по табл.3; |
|
|||||||
|
Iск |
- уклон русла, ‰; |
|
|
|
|
|
|
|||
|
lск |
- |
длина склонов, км; |
|
|
|
|
|
|
||
|
F |
- |
площадь водосбора, км2. |
|
|
|
|
||||
Таблица 3(приложение 2, таблица 13 [2]) |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
Коэффициент ncк для склонов, на которых |
||||||
Характеристика поверхности |
|
|
травяной покров |
|
|||||||
склонов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
редкий или |
|
|
обычный |
|
густой |
|||
|
|
|
|
|
отсутствует |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Укатанная, спланированная |
0,40 |
|
|
0,30 |
|
0,25 |
|||||
грунтовая поверхность |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Поверхность без кочек, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
населенные пункты с застройкой |
0,30 |
|
|
0,25 |
|
0,2 |
|||||
менее 20 %. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Поверхность кочковатая, |
|
|
|
|
|
|
|
||||
таежные завалы, населенные |
0,20 |
|
|
0,15 |
|
0,10 |
|||||
пункты. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. По карте (рис.2) определяют номер района типовых кривых редукции
осадков.
7
|
6. По известному значению |
Фск и номеру района определяется |
||||||||||||
продолжительность склонового добегания ск табл.4. |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Таблица 4.( приложение 2, таблица 12 [2]) |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
|
Гидроморфометрическая характеристика склонов водосбора |
Фcк |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
9 |
10 |
|
12 |
|
|
района |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
Значение ск , мин |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3 |
5.3 |
12 |
22 |
34 |
47 |
62 |
80 |
100 |
|
120 |
150 |
|
200 |
|
5 |
5.2 |
11 |
20 |
30 |
43 |
58 |
76 |
93 |
|
115 |
140 |
|
190 |
|
Если Фск бльше 12, то продолжительность склонового добегания принимается по последнему столбцу.
7. По известным значениям Фр , ск и номеру района кривых редукции определяется относительный модуль максимального срочного расхода воды ежегодной вероятности превышения 1% А1% , таб.5.
Таблица 5.( приложение 2, таблица 9 [2])
|
Продол- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
житель- |
|
Максимальный модуль стока А1% при Фр равном |
|
|||||||||
Район |
ность |
|
|
||||||||||
кривых |
склоно- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
редукции |
вого |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
добега- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
150 |
|
|
ния ск |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
0.420 |
0.250 |
0.150 |
0.100 |
0.076 |
0.060 |
0.050 |
0.043 |
0.037 |
0.033 |
0.030 |
0.018 |
3 |
30 |
0.240 |
0.170 |
0.120 |
0.085 |
0.067 |
0.054 |
0.054 |
0.040 |
0.035 |
0.031 |
0.028 |
0.018 |
60 |
0.150 |
0.120 |
0.088 |
0.070 |
0.058 |
0.049 |
0.042 |
0.036 |
0.032 |
0.029 |
0.026 |
0.017 |
|
|
100 |
0.100 |
0.085 |
0.068 |
0.058 |
0.050 |
0.047 |
0.038 |
0.033 |
0.300 |
0.027 |
0.024 |
0.017 |
|
150 |
0.074 |
0.065 |
0.055 |
0.045 |
0.043 |
0.038 |
0.034 |
0.030 |
0.027 |
0.025 |
0.023 |
0.016 |
|
200 |
0.060 |
0.053 |
0.048 |
0.042 |
0.036 |
0.032 |
0.029 |
0.027 |
0.025 |
0.023 |
0.021 |
0.015 |
|
10 |
0.470 |
0.280 |
0.160 |
0.110 |
0.084 |
0.066 |
0.054 |
0.045 |
0.038 |
0.034 |
0.030 |
0.019 |
5 |
30 |
0.260 |
0.180 |
0.130 |
0.094 |
0.073 |
0.059 |
0.049 |
0.042 |
0.037 |
0.032 |
0.029 |
0.018 |
60 |
0.160 |
0.130 |
0.096 |
0.077 |
0.062 |
0.052 |
0.044 |
0.038 |
0.033 |
0.030 |
0.027 |
0.017 |
|
|
100 |
0.110 |
0.090 |
0.074 |
0.060 |
0.051 |
0.045 |
0.039 |
0.035 |
0.031 |
0.028 |
0.025 |
0.017 |
|
150 |
0.080 |
0.070 |
0.060 |
0.050 |
0.045 |
0.038 |
0.034 |
0.030 |
0.028 |
0.025 |
0.023 |
0.016 |
|
200 |
0.065 |
0.055 |
0.050 |
0.042 |
0.037 |
0.032 |
0.029 |
0.027 |
0.025 |
0.023 |
0.021 |
0.015 |
8.Если вероятность превышения максимального расхода не равна
1%, следует определить переходный коэффициент р% , табл. 6.
8
Таблица 6.(приложение 2, таблица 8 [2])
Номер района типовых кривых |
Переходные коэффициенты р% при |
|||||
|
вероятности превышения% |
|
||||
редукции осадков |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
3 |
|
5 |
10 |
|
|
|
|
||||
3 |
0,90 |
|
0,86 |
|
0,80 |
0,69 |
5 |
0.83 |
|
0.74 |
|
0.62 |
0,46 |
9. По известным значениям А1%, Н1%, , F и р% |
по формуле (1) |
|||||
определяется расход заданной вероятности превышения Qp%.
Для удобства все данные, полученные в результате расчетов или
измерений по карте, рекомендуется заносить в таблицу. Примерная форма таблицы приведена ниже.
Таблица 7.
Номер |
|
|
|
Расчетные параметры и характеристики |
||||||||
бассейна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
L |
Ip |
Iск |
lск |
|
Фр |
Фск |
ск |
А1% |
Н1% |
Qp%. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вприложении 1 показаны исходные данные, последовательность
ирезультаты расчета, выполненного на компьютере.
Список литературы
1.СП 33-101-2003 “Определение основных расчетных гидрологических характеристик” / Госстрой России. 2003, - 67с.
2.Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. – Ленинград: Гидрометеоиздат, 1984, - 448 с.
9
Приложение 1
Расчет стока ливневых вод по СНиП 2.01.14-83
1. Исходные данные.
Площадь водосбора, кв.км |
F |
0,56 |
|
Длина основного лога, км |
L |
0,8 |
|
Уклоны участков лога %0 и их длина, км |
i1 |
56 |
|
|
Если лог на всем своем |
L1 |
0,8 |
|
протяжении имеет примерно |
i2 |
1 |
|
постоянный уклон, то |
L2 |
1 |
|
эти значения заносятся |
i3 |
1 |
Длина |
в ячейки F7 и F8 |
L3 |
1 |
второстепенных русел, |
|
|
|
м |
l |
0 |
|
Площадь озер в пределах водосбора |
Fоз |
0 |
|
Площадь водосбора озер, |
|
|
|
кв.км |
|
0 |
|
Средний уклон склонов лога |
Iск |
79 |
|
Густота русловой сети |
|
2,3 |
|
2. Определение сборного коэффициента стока
Для заданного района проектирования, типа и состава почв по таблице 1 определяются значения (см лист Таблицы)
Коэффициент С2 |
С2 |
1,3 |
Сборный коэффициент стока |
|
|
Fо |
Fo |
0,66 |
Показатель степени n2 |
n2 |
0,6 |
Показатель степени n3 |
n3 |
0,11 |
3. Для заданного района проектирования по рис.1 (см. методические указания ) определить
Максимальный суточный слой осадков |
Н1% |
80 |
вероятность превышения 1%, мм. |
|
|
4. Определить гидроморфометрическую характеристику русла Фр и склонов Фск
В зависимости от характеристик русла и величины среднего уклона определить по таблице 2 значения
Гидравлические параметры русла |
m |
0,14 |
|
mp |
10 |
В зависимости от характеристик поверхности |
|
|
склонов |
|
|
определить по таблице 3 значение nск |
|
|
Коэффициент, характеризующий |
ncк |
|
шероховатость склонов водосбора |
0,25 |
|
10