Максимальный сток рек.

Максимальный сток - это речной сток в периоды высоких паводков и половодий. Его изучение и расчеты имеют исключительно важное значение, поскольку объем максимального стока составляет от 50 до 90% (а иногда и более) суммарного годового стока рек, а максимальные расходы являются определяющими при проектировании наиболее ответственных и дорогостоящих водосбросных и водопропускных гидротехнических сооружений.

2. Особенности формирования максимального стока. По своему генезису (происхождению) максимальный сток рек подразделяют на весеннее половодье, дождевые паводки и сток смешанного происхождения, обусловленный как таянием снега, так и дождями.

Весеннее половодье типично для большинства рек России. Формирование максимального стока во время половодья - сложный и многофакторный процесс. Основные факторы, определяющие количество воды, поступающей на водосбор в этот период, - высота и плотность снежного покрова, площадь и характер его распределения.

Существенное влияние на сток весеннего половодья оказывает интенстивность снеготаяния, то есть количество талых вод, образующихся в единицу времени. Она зависит главным образом от солнечной радиации и ряда других факторов (температуры воздуха, скорости ветра, характеристик ландшафта и т. д.). Не вся вода, образовавшаяся в результате таяния снега, поступает в речную сеть. Часть ее (до 10%) теряется на испарение с поверхности талых вод и снега, а часть расходуется на просачивание (инфильтрацию) в почву.

Дождевые паводки обусловлены ливнями и продолжительными дождями. Они могут наблюдаться повсеместно, но наиболее часто - на Дальнем Востоке, в Карпатах, на Кавказе, в Крыму.

Важнейшие факторы, влияющие на формирование максимального дождевого стока, - интенсивность дождя, его продолжительность и площадь, охватываемая дождем, инфильтрация воды в почву, добегание дождевых вод до русловой сети бассейна.

Формирование дождевого стока происходит под действием также таких физико-географических факторов, как рельеф, почвенно-геологические условия, озерность, заболоченность, залесенность и др.

3. Расчетные максимальные расходы воды. Под максимальными расходами понимают наибольшие в каждом году значения мгновенных или среднесуточных расходов воды, наблюдаемых во время прохождения весеннего половодья или дождевых паводков на реках или временных водотоках.

Ежегодные вероятности превышения (обеспеченности) расчетных максимальных расходов воды (табл. 1)

Таблица 1

ЕЖЕГОДНАЯ ВЕРОЯТНОСТЬ ПРЕВЫШЕНИЯ (%)

РАСЧЕТНЫХ МАКСИМАЛЬНЫХ РАСХОДОВ

назначают с учетом класса сооружения, на которые подразделяются все постоянные и временные гидротехнические сооружения в зависимости от их народнохозяйственного значения и возможных последствий нарушения нормативного режима эксплуатации или разрушения.

Расчетные максимальные расходы годовых максимумов устанавливают раздельно для талых и дождевых вод и из двух полученных значений для проектных целей выбирают наибольшее, то есть то, которое приводит к наиболее неблагоприятным условиям работы сооружения. Если невозможно разделить максимальные годовые расходы воды на дождевые и талые, то допускается строить кривую обеспеченности максимального стока независимо от его происхождения.

4. Расчет максимальных расходов воды при наличии данных наблюдений. При наличии гидрометрических данных по максимальному стоку за достаточно длительный период наблюдений расчетные максимальные расходы талых (снеговых) и дождевых вод определяют с помощью аналитических кривых обеспеченности. При этом необходимо, чтобы исходные данные удовлетворяли требованиям репрезентативности, а относительная средняя квадратическая ошибка расчетного значения гидрологической характеристики не превышала 10%. Параметры аналитической кривой обеспеченности - среднее значение , коэффициент вариации С_vи коэффициет асимметрии С_{s ,} максимальных расходов - вычисляют в зависимости от принятого типа кривой распределения методами наибольшего правдоподобия и моментов. Допускается применять также графоаналитический метод.

Методом наибольшего правдоподобия по формулам:

;

(1)

)

(2)

Методом моментов по формулам:

;

(3)

(4)

где Q_N - экстремальный расход, установленный по историческим данным, м³/с;

N- продолжительность периода, в течение которого значение Q_N является наибольшим

(N>n); n - продолжительность периода наблюдений.

По найденным параметрам , С_vи С_s строят аналитическую кривую обеспеченности максимальных расходов (трехпараметрического гамма- распределения или биноминальную) и сопоставляют ее с данными фактических наблюдений по формуле

(5)

Расчетный максимальный расход воды заданной обеспеченности (м³/с) :

(6)

где К_р - ордината кривой обеспеченности максимальных расходов. Значение расчетной обеспеченности принимают в зависимости от класса сооружения по таблице 1.

Для сооружения I класса к расчетному максимальному расходу вероятности 0.01% прибавляют гарантийную поправку

(7)

где a - коэффициент, характеризующий гидрологическую изученность рек; принимается равным 1.0 для гидрологически изученных и 1.5 для слабоизученных рек; Е_{р %} - величина, характеризующая случайную среднюю квадратическую ошибку расчетного расхода ежегодной вероятности превышенияР=0.01% определяется по таблице2; N- число лет наблюдений с учетом приведения к многолетнему периоду.

рИС.1. пОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ СМЕШАННЫХ РАСХОДОВ:

а и б - талых и дождевых вод;