К определению максимального относительного модуля срочного расхода воды во время дождевых паводков в формуле предельной интенсивности


To determine the maximum relative module term consumption of water during rain floods in the formula of the marginal intensity


УДК 556:627.11

30.09.2016
 928

Выходные сведения:
Наумов В.А. К определению максимального относительного модуля срочного расхода воды во время дождевых паводков в формуле предельной интенсивности // СтройМного, 2016. №3 (4). URL: http://stroymnogo.com/science/tech/k-opredeleniyu-maksimalnogo-otnosit/

Авторы:
Наумов В.А., д.т.н., заведующий кафедрой водных ресурсов и водопользования, ФГБОУ ВО «Калининградский государственный технический университет», Калининград, Россия (236022, Россия, г. Калининград, Советский пр., 1), e-mail: van-old@mail.ru

Authors:
Naumov V.A., Doctor of Technical Science, Head of the water resources and water use Department, FSEI HE «Kaliningrad State Technical University», Kaliningrad, Russia (236022, Russia, Soviet ave., 1), e-mail: van-old@mail.ru

Ключевые слова:
реки, дождевые паводки, максимальные расходы, расчет, формула предельной интенсивности

Keyword:
rivers, rain floods, maximum flow rates, calculation, marginal intensity formula

Аннотация: 
Рассмотрен один из аспектов расчета максимальных расходов дождевых паводков заданной обеспеченности по формуле предельной интенсивности при инженерно-гидрометеорологических изысканиях. С помощью сплайн-функций в среде Mathcad построены зависимости максимального относительного модуля срочного расхода воды от гидроморфометрической характеристики русла при различных значениях продолжительности склонового добегания. Метод может быть использован при компьютерной обработке данных инженерно-гидрометеорологических изысканий и повысить достоверность определения максимальных расчетных расходов воды при летне-осенних паводках.

Annotation: 
One aspect of calculating the maximum discharges of rainfall floods according to the formula limit of intensity for engineering-hydrometeorological surveys was considered. Based on maximum relative module term consumption of water from hydromorpholigical channel characteristics at different values of the length and slope of lag was built with spline-functions in Mathcad at different values of duration and slope seeking. The method can be used computer data processing engineering-hydrometeorological surveys and increase the accuracy of determining the maximum design water flow during summer-autumn floods.

К определению максимального относительного модуля срочного расхода воды во время дождевых паводков в формуле предельной интенсивности


При проведении инженерно-гидрометеорологических изысканий необходимо рассчитать максимальные расходы дождевых паводков Qр% заданной обеспеченности [1] (обеспеченность – это вероятность того, что рассматриваемое значение гидрологической характеристики может быть превышено среди совокупности всех ее возможных значений [2]). Различным аспектам определения максимальных расходов на реках посвящено большое количество исследований (см. [3-11]  и библиографию в них). Тем не менее, при отсутствии данных систематических гидрологических наблюдений в действующем нормативном документе [2] для определения Qр% на водосборах площадью менее 200 км2 предписано пользоваться формулой предельной интенсивности (расчетная формула типа III), которая имеет следующий вид:

                                                              ,       (1)

где φ – сборный коэффициент стока; А  – площадь водосбора для исследуемой реки, км2;   – переходный коэффициент от вероятности превышения Р = 1 % к значениям другой вероятности превышения; H1% — максимальный суточный слой осадков вероятности превышения Р = 1 %, мм по данным ближайших метеорологических стан­ций; δ1 – коэффициент, учитывающий снижение расходов из-за лесных массивов водосбора;  – относительный модуль максимального срочного расхода воды ежегодной вероятности превышения Р = 1 %, представляющий собой отношение

                                                               ,      (2)

Определение коэффициентов, входящих в формулу (1) является непростой задачей, различные аспекты которой обсуждаются в работах [3, 7-9] и других. В данной статье рассматривается зависимость максимального относительного модуля срочного расхода воды от гидроморфометрической характеристики русла Фp и продолжительности склонового добегания tск: .

В [12] рекомендуется до утверждения региональных норм гидрологических расчетов определять  по таблице 9 приложения 2 [13]. При этом складывается странная ситуация. Указанная таблица имеется в предыдущем нормативном документе [14], в действующем нормативном документе [2] таблица  отсутствует, предлагается пользоваться [13]. На наш взгляд, в нормативно-технических документах ссылки на иные источники недопустимы. Все необходимые материалы должны быть либо в приложениях данного документа, либо в других нормативных документах. Заметим, что таблица 9 приложения 2 [13, с. 176] и таблица приложения 21 [14, с. 26] идентичны. Здесь остановимся только на части указанной таблицы, относящейся к районам № 7, № 8, № 10, показанным на рис. 1 из приложения 22 [14, с. 28].

По табл. 1 были рассчитаны коэффициенты парной корреляции

                                                                            ;

при τск = 10 мин., 30 мин., 60 мин.,100 мин., 150 мин., 200 мин., соответственно.

Между максимальным относительным модулем срочного расхода воды  и гидроморфометрической характеристикой русла существует значимая отрицательная корреляция, усиливающаяся с ростом τск. Между  и продолжительностью склонового добегания стохастическая связь еще более тесная, рассчитанные коэффициенты парной корреляции находятся в диапазоне (–0,862; –0,998).


Рисунок 1 – Районы 7, 8, 10 на карте кривых редукции осадков по [14, с.28]        

 

Таблица 1 – Относительный модуль максимального срочного расхода воды дождевого паводка ежегодной обеспеченности Р = 1 % [14, с. 26]

пп.

Фр

Продолжительность склонового добегания tск, мин.

10

30

60

100

150

200

1

0

0.53

0.35

0.19

0.12

0.088

0.07

2

1

0.51

0.33

0.18

0.12

0.086

0.068

3

5

0.41

0.26

0.16

0.11

0.08

0.065

4

10

0.31

0.21

0.14

0.10

0.075

0.06

5

20

0.19

0.14

0.11

0.084

0.065

0.055

6

30

0.12

0.10

0.082

0.07

0.055

0.05

7

40

0.093

0.08

0.066

0.058

0.047

0.039

8

50

0.072

0.064

0.054

0.048

0.04

0.034

9

60

0.059

0.053

0.047

0.041

0.035

0.031

10

70

0.05

0.045

0.04

0.036

0.031

0.028

11

80

0.041

0.038

0.035

0.032

0.028

0.025

12

90

0.036

0.034

0.031

0.028

0.026

0.023

13

100

0.031

0.03

0.028

0.026

0.023

0.021

14

150

0.019

0.018

0.018

0.017

0.016

0.015

15

200

0.013

0.013

0.013

0.012

0.012

0.011

16

250

0.01

0.01

0.01

0.0097

0.0094

0.0091

17

300

0.0083

0.008

0.0083

0.0081

0.0079

0.0076

 

Пока не удалось получить уравнение нелинейной регрессии, дающее приемлемую величину погрешности аппроксимации, можно в расчетах использовать сплайны, которые легко реализуются в среде Mathcad:

                                                     

На рис. 2-4 представлено сравнение результатов расчетов по (3) с экспериментальными данными [14]. По рис. 2 видно, что при небольших значениях Фр относительная разница между кривыми заметно выше; по рис. 3 прослеживается ее уменьшение. На рис. 4 экспериментальные точки не показаны, так как они мало различаются для разных значений τск; линии 2 и 3, практически, сливаются. Разница между линиями 1-3 в пределах погрешности экспериментальных данных, можно считать при Фр > 240  зависимость fр) одинаковая для продолжительности склонового добегания τск < 60 мин.

                                                                                       

Рисунок 2 – Зависимость максимального относительного модуля срочного расхода воды (ежегодной вероятности превышения Р = 1 %) от гидроморфометрической характеристики русла (при Фp < 90 ):

1 – τск = 10 мин.;  2 – 30 мин.; 3 – 60 мин.; 4 – 100 мин.; 5 – 200 мин.

Точки – данные [14], линии – результаты расчета по (3)

    

Рисунок 3 – Зависимость максимального относительного модуля срочного расхода воды (обеспеченности Р = 1 %) от гидроморфометрической характеристики русла (при Фp = 80-240). Обозначения, как на рис. 2


Рисунок 4 – Зависимость максимального относительного модуля срочного расхода воды (обеспеченности Р = 1 %) от гидроморфометрической характеристики русла (при Фp = 240-300): 1 – τск = 10 мин.;  2 – 30 мин.; 3 – 60 мин.; 4 – 100 мин.; 5 – 150 мин. 6 – 200 мин.

 

Таким образом, предложенный метод расчета может быть использован при компьютерной обработке данных инженерно-гидрометеорологических изысканий и повысить достоверность определения максимального относительного модуля срочного расхода воды при дождевых паводках (ежегодной вероятности превышения Р = 1 %) в формуле предельной интенсивности.


Библиографический список


1. СП 47.13330.2012. Свод правил. Инженерные изыскания для строительства. Утвержден приказом Федерального агентства по строительству и жилищно-коммунальному хозяйству от 10.12.2012 г., № 83/ГСг.
2. СП 33-101-2003. Свод правил. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. Одобрен для применения в качестве нормативного документа постановлением Федерального агентства по строительству и жилищно-коммунальному комплексу от 26.12.2003 г., № 218.
3. Горшков И.Ф., Самохин А.А., Соловьева Н.Н. Максимальные расходы дождевых паводков на реках бассейна Амура и методика их расчета // Вопросы расчетов и прогнозов стока: сборник научных трудов. – Вып. 35. – Л.: Изд-во Ленинградского гидрометеорологического института, 1969. – С. 3-31.
4. Евстигнеев В.М. Речной сток и гидрологические расчеты. – М.: Изд-во МГУ, 1990. – 304 с.
5. Владимиров А.М. Гидрологические расчеты. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990. – 365 с.
6. Гопченко Є.Д., Романчук М.Є. Теоретичні аспекти існуючих формул максимального стоку // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. – 2003. – Т. 5. – С. 92-100.
7. Мельникова Т.Н. Максимальный сток дождевых паводков рек Северо-Западного Кавказа // Вестник Адыгейского государственного университета: сетевое электронное научное издание, 2006. - № 2. - С. 237-240.
8. Рабешко С.М., Ступаченко Ю.В. Гидрологическое обоснование необходимости защиты г. Керчь от паводков // Строительство и безопасность: сб. науч. трудов. Симферополь: Изд-во Национальной академии природоохранного и культурного строительства, 2007. – С. 195-198.
9. Василенко Н.Г., Банщикова Л.С. Региональная оценка максимальных расходов дождевых паводков // Метеорология и гидрология. – 2011. – № 12. – С. 78-87.
10. Наумов В.А., Маркова Л.В. Статистический анализ максимальных годовых расходов реки Неман (Смалининкай) в среде Mathcad // Инженерно-техническое обустройство территории региона: Сборник научных трудов. – Калининград: Изд-во ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2014. – С. 84-89.
11. Наумов В.А. Материалы инженерно-гидрометеорологических изысканий в бассейне реки Преголи. Максимальные расчетные уровни воды // Вестник науки и образования Северо-Запада России: электронный журнал, 2015. – Т. 1, № 3. – С. 42-48. URL: http://vestnik-nauki.ru/wp-content/uploads/2015/11/2015-№3-Наумов.pdf.
12. Методические рекомендации по определению расчетных гидрологических характеристик при отсутствии данных гидрометрических наблюдений. – СПб: Изд-во «Нестор-История», 2009. – 193 с.
13. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик / Под ред. А.В. Рождественского и А.Г. Лобановой. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 448 с.
14. СНиП 2.01.14-83. Строительные нормы и правила. Определение расчетных гидрологических характеристик / Государственный комитет СССР по делам строительства. – М.: Стройиздат, 1985. – 36 с.

References


1. SP 47.13330.2012. Svod pravil. Inzhenernye izyskanija dlja stroitel'stva. Utverzhden prikazom Federal'nogo agentstva po stroitel'stvu i zhilishhno-kommunal'nomu hozjajstvu ot 10.12.2012 g., No 83.GSg.
2. SP 33-101-2003. Svod pravil. Opredelenie osnovnyh raschetnyh gidrologicheskih harakteristik. Odobren dlja primenenija v kachestve normativnogo dokumenta postanovleniem Federal'nogo agentstva po stroitel'stvu i zhilishhno-kommunal'nomu kompleksu ot 26.12.2003 g., No 218.
3. Gorshkov I.F., Samohin A.A., Solov'eva N.N. Maksimal'nye rashody dozhdevyh pavodkov na rekah bassejna Amura i metodika ih rascheta Voprosy raschetov i prognozov stoka: sbornik nauchnyh trudov. – Vyp. 35. – L.: Izd-vo Leningradskogo gidrometeorologicheskogo instituta, 1969. – P. 3-31.
4. Evstigneev V.M. Rechnoj stok i gidrologicheskie raschety. – M.: Izd-vo MGU, 1990. – 304 P.
5. Vladimirov A.M. Gidrologicheskie raschety. – L.: Gidrometeoizdat, 1990. – 365 P.
6. Gopchenko Є.D., Romanchuk M.Є. Teoretichnі aspekti іsnujuchih formul maksimal'nogo stoku Gіdrologіja, gіdrohіmіja і gіdroekologіja. – 2003. – T. 5. – P. 92-100.
7. Mel'nikova T.N. Maksimal'nyj stok dozhdevyh pavodkov rek Severo-Zapadnogo Kavkaza Vestnik Adygejskogo gosudarstvennogo universiteta: setevoe jelektronnoe nauchnoe izdanie, 2006. - No 2. - P. 237-240.
8. Rabeshko P.M., Stupachenko Ju.V. Gidrologicheskoe obosnovanie neobhodimosti zashhity g. Kerch' ot pavodkov Stroitel'stvo i bezopasnost': sb. nauch. trudov. Simferopol': Izd-vo Nacional'noj akademii prirodoohrannogo i kul'turnogo stroitel'stva, 2007. – P. 195-198.
9. Vasilenko N.G., Banshhikova L.P. Regional'naja ocenka maksimal'nyh rashodov dozhdevyh pavodkov Meteorologija i gidrologija. – 2011. – No 12. – P. 78-87.
10. Naumov V.A., Markova L.V. Statisticheskij analiz maksimal'nyh godovyh rashodov reki Neman (Smalininkaj) v srede Mathcad Inzhenerno-tehnicheskoe obustrojstvo territorii regiona: Sbornik nauchnyh trudov. – Kaliningrad: Izd-vo FGBOU VPO «KGTU», 2014. – P. 84-89.
11. Naumov V.A. Materialy inzhenerno-gidrometeorologicheskih izyskanij v bassejne reki Pregoli. Maksimal'nye raschetnye urovni vody Vestnik nauki i obrazovanija Severo-Zapada Rossii: jelektronnyj zhurnal, 2015. – T. 1, No 3. – P. 42-48. URL: http: vestnik-nauki.ru.wp-content.uploads.2015.11.2015-No 3-Naumov.pdf.
12. Metodicheskie rekomendacii po opredeleniju raschetnyh gidrologicheskih harakteristik pri otsutstvii dannyh gidrometricheskih nabljudenij. – SPb: Izd-vo «Nestor-Istorija», 2009. – 193 P.
13. Posobie po opredeleniju raschetnyh gidrologicheskih harakteristik . Pod red. A.V. Rozhdestvenskogo i A.G. Lobanovoj. – L.: Gidrometeoizdat, 1984. – 448 P.
14. SNiP 2.01.14-83. Stroitel'nye normy i pravila. Opredelenie raschetnyh gidrologicheskih harakteristik . Gosudarstvennyj komitet SSSR po delam stroitel'stva. – M.: Strojizdat, 1985. – 36 P.

Возврат к списку