Глава III. ГИДРОМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ МОСТОВЫХ
ПЕРЕХОДОВ
§ 8. ЗАДАЧИ ГИДРОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ МОСТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ. ИЗУЧЕНИЕ
ЛЕДОВОГО РЕЖИМА
Особенностью изысканий мостовых переходов является их краткосрочность,
составляющая обычно один полевой сезон, который может не совпадать с
паводочным периодом и годом прохождения больших паводков, а также
необходимость проведения полевых работ одновременно на нескольких
водотоках.
Поэтому большое распространение получили морфометрические изыскания,
которые выполняют без производства наблюдений за проходом паводков.
Морфометрические изыскания в полном объеме выполняют на водотоках, на
которых постановка гидрометрических наблюдений технически и
организационно не выполнима.
При наличии устойчивой межени, а также при выполнении изысканий в период
прохода небольших паводков производят морфо-метрические изыскания с
постановкой гидрометрических наблюдений. Задача этих наблюдений состоит
в получении натурных данных по расходам, скоростям течения, продольным
уклонам водной поверхности и коэффициентам шероховатости, а также в
использовании этих характеристик для получения натурных зависимостей от
уровней воды.
Такие наблюдения проводят только по створу перехода желательно на каждом
значительном водотоке.
Гидрометрические изыскания в полном объеме проводят на наиболее крупных
.переходах при наличии большой водности реки и ширине разлива, а также
на переходах со сложным режимом протекания паводковых вод и неизученным
распределением потока между руслом и протоками. Такие условия возникают
на переходах в устьевых участках рек, в подпоре, на участках рек,
подверженных воздействию приливов и отливов и сгонно-нагонных явлений,
на участках рек с несколькими мостовыми переходами, расположенными в
непосредственной близости друг от друга, и на переходах с несколькими
отверстиями.
Гидрометрические изыскания проводят также для получения натурных данных
ло существующим мостовым переходам. Цель этих изысканий заключается в
проверке работы моста по пропуску паводковых вод и накоплении натурных
данных для уточнения и совершенствования методов расчета.
Необходимость проведения гидрометрических наблюдений возникает при
производстве изысканий в отдаленных и неизученных районах СССР и на
зарубежных объектах. Цель этих наблюдений состоит в изучении режима
наиболее характерных рек, установлении приближенных аналоговых
гидрологических характеристик речного стока для представления о
гидрометеорологических особенностях района изысканий и их учета при
проектировании. Такие наблюдения выполняют в паводковый период на одном
или двух наиболее крупных водотоках.
Гидрометрические наблюдения при изысканиях переходов через водотоки
назначают для определения:
расчетного расхода и скоростей потока по створу перехода; продольных и
поперечных уклонов водной поверхности в районе перехода;
натурных коэффициентов шероховатости русла и характерных участков поймы;
направлений струй потока, ледохода, карчехода, сплава и траекторий
движения судов и караванов;
изменений очертания русла и проток, перемещений русловых форм в виде
побочней, меандр и т. д.;
изменения глубин размывов в русле в период прохождения паводка;
уровенного режима водотоков в паводок;
характера волновых, сгонно-нагонных, приливно-отливных и других явлений;
ледового режима и условий наледообразований;
связи € водпостами и другими пунктами гидрометеорологических наблюдений
за режимом рек:
Учитывая, что гидрометрические наблюдения на переходах отражают
ограниченные во времени условия прохождения паводков, для более
уверенного использования полученных данных необходимы методы их
нормативной вероятностной оценки. Гидрометрические наблюдения
дополняются материалами морфометрических обследований водотоков,
учитывающих следы паводков прошлых лет.
Для проведения гидрометрических изысканий в требуемом объеме составляют
программу наблюдений с учетом данных прежних изысканий, многолетних
наблюдений на водотоках и других пунктах, а также материалов
морфометрических обследований.
Гидрометрические изыскания на больших мостовых переходах предусматривают
производство всего комплекса работ, как правило, в один паводочный
сезон. Продолжительность наблюдений зависит от сложности перехода и
природных условий района изысканий и в отдельных случаях может
составлять несколько сезонов. При разработке программы гидрометрических
наблюдений необходимо учитывать применение аэрометодов и эхолотов, что
во многих случаях обеспечивает упрощение и удешевление работ.
На существующих или реконструируемых переходах необходимо
предусматривать гидрометрические работы с целью учета влияния
искусственного стеснения водотоков этими сооружениями на природные
деформации русел, режим протекания и устойчивость сооружений. При
составлении программы изысканий необходимо обратить внимание на изучение
ледового режима водотоков, поскольку размеры отверстий водопропускных
сооружений и их конструктивные особенности на многих реках СССР зависят
от их зимнего режима. Зимний режим рек характеризуется тремя периодами:
лёдообразование, зимний ледостав и весеннее вскрытие. В период
ледообразования происходит осенний ледоход и образование устойчивого
ледяного покрова, в период ледостава — нарастание толщины ледяного и
снегового покрова, образование торосов, наледообразование, промерзание
некоторых рек до дна. В период вскрытия начинаются процессы разрушения
поверхности ледяного покрова, весенний ледоход, заторы и очищение водной
поверхности от льда.
При изучении ледового режима выявляют особенности и изменения процессов
возникновения, развития и разрушения ледяных образований «а реках и
других водных преградах, пересекаемых дорогой, от которых зависит
устойчивость и размеры сооружений на проектируемых переходах.
Методы работ по изучению ледового режима зависят от наличия исходных
данных по ледовому режиму, типа перехода, района изысканий, сроков
работ. В зависимости от этого находит применение метод прямой аналогии,
географической интерполяции, полевого обследования в периоды
ледообразования и ледостава, гидрометрические наблюдения в период
вскрытия.
Задачей изучения- ледового режима является получение данных по
характеристикам зимнего режима реки, необходимых для расчетов и
проектирования сооружений переходов.
В результате изучения ледовых явлений необходимо иметь характеристику
условий образования и движения льда в районе перехода, сроки появления
отдельных ледообразований, их местоположение, размеры и формы в
различные периоды ледохода, характеристику ледяного покрова, наличие и
места заторов, их мощность и влияние на уровенный режим реки, уровни
ледохода и образования ледяного покрова.
Эти сведения получают ,в период изысканий с привлечением данных
-близлежащих водпостов, материалов прошлых изысканий, путем опросов
старожилов.
В период ледостава необходимы наблюдения за толщиной льда и шуги,
высотой торосов, причин образования, размеров и местонахождения наледей,
донного льда, а также исследования прочности льда. Эти данные могут быть
получены путем обследования в зимний период с использованием метода
аналогии по данным ближайшего водпоста, методов географической
интерполяции некоторых метеорологических величин, а также данных опроса
старожилов.
Толщину льда определяют по промерам на створах выше и ниже перехода на
расстоянии не менее 0,5 км в каждую сторону. По каждому створу
необходимы промеры по середине реки и у берегов. Промеры толщины льда
необходимо производить также в местах, где могут произойти изменения
мощности ледяного покрова: на перекатах и плесах, в местах сужений и
расширений русел, зажоров и заторов, на участках скопления торосов и т.
п. Обследованию подлежат пойменные озера, староречья, которые могут быть
источником поступления льда в период весеннего ледохода. Толщина льда
имеет максимальную величину к началу снеготаяния, а к весеннему ледоходу
она составляет 70—80% годового максимума. В водоемах толщина льда может
-быть «а 15—20% больше, чем на реках.
Данные полевых обследований необходимо дополнять путем опроса местных
жителей, а также привлечением данных близлежащих водпостов.
Для расчетов опор моста используют максимальную толщину льда при первой
подвижке, а при ее отсутствии принимают наибольшие толщины льда к началу
ледохода.
На реках с небольшим зимним стоком наблюдается промерзание русла реки до
дна и проход весеннего паводка по донному льду. При полевых
обследованиях необходимо установить часть живого сечения, которая занята
льдом. Для этого необходимо промерить толщину льда по всей ширине русла,
занятой льдом, и нанести верхнюю -границу льда на расчетный створ
перехода. Морфометрические расчеты производят в этих случаях с учетом
занятости части русла льдом.
В 'период ледостава выявляют местоположение и условия образования «аледей
в районе перехода, а также возможность их влияния на мостовой переход в
период строительства и эксплуатации. В состав полевых работ входит
съемка контуров наледи с привязкой к плану перехода, измерение размеров
наледи, описание причины возникновения и изменений наледи в период
наблюдений. Обследование наледей производят в пределах съемки
ситуационного плана перехода, но не менее чем на 1 км выше и 0,5 км
«ниже створа перехода.
При выборе вариантов мостового перехода преимущество отдается варианту,
находящемуся вне влияния наледей.
В период вскрытия рек изучают условия образования и размеры ледохода,
определяют причины и места образования заторов льда, их .влияние на
уровенный режим, сроки и продолжительность ледовых процессов, а также
условия 'пропуска ледохода через створ мостового перехода.
В состав работ, проводимых ,в период весеннего вскрытия рек
дополнительно к гидрометрическим работам, входят:
установление дат появления (воды на поверхности льда и ее уход под лед,
образование закраин, промоин и трещин на льду;
установление времени прекращения движения по льду транспорта и людей;
начало и конец подвижек льда и их размеры по нескольким створам;
начало и конец ледохода, его интенсивность, размеры наибольших льдин и
скорость их движения;
наблюдение за траекториями движения льдин и корчехода во время ледохода;
мостоположение и размеры заторов и навалов льда, а также даты их
образования и разрушения, наблюдения за режимом заторных уровней.
Ледоход обычно сопровождается резким подъемом уровней воды, поэтому
наблюдения следует назначать как можно чаще, чтобы не пропустить
максимальных уровней ледохода и половодья. В этих случаях желательно
поддерживать связь с близлежащими постами наблюдений УГМС. Необходимо
организовать также одновременные наблюдения на створе перехода и
водпосту. Наблюдения за уровнями начинают за одну-две недели до
предполагаемого вскрытия реки. Наиболее характерные моменты ледового
режима желательно фотографировать.
По результатам наблюдений составляют пояснительную записку с описанием
произведенных работ и характеристикой зимнего режима реки.
После выполнения полевых работ производится обработка материалов
наблюдений и их анализ с целью установления расчетных
гидрометеорологических характеристик для проектирования переходов.
При отсутствии многолетних наблюдений на реке, отсутствии населенных
пунктов ,и невозможности .постановки непосредственных наблюдений
применяется метод географической интерполяции. Этим способом могут быть
получены значения дат появления характерных ледовых явлений, толщины
льда, высоты снегового покрова, максимальной интенсивности снеготаяния,
вычисленные по опорным бассейнам. Целесообразно использование
эмпирических соотношений между характерными уровнями на опорных
бассейнах для переноса их на переход. Учитывая 'приближенность
характеристик ледового режима, из-за недостаточной изученности рек
целесообразно внедрение в 'практику гидрологических расчетов мостовых
переходов принципа вероятностной оценки характеристик зимнего режима рек
и дат их установления, влияющих на конструктивные размеры проектируемых
переходов.
Для определения расчетных величин ледового режима при наличии
многолетних наблюдений рекомендуется построение эмпирических кривых
вероятностей и графическая экстраполяция расчетных уровней до требуемой
повторяемости.
Анализ кривых вероятностей некоторых характеристик ледового режима
показал, что они обладают небольшой асимметричностью, что облегчает
графическую экстраполяцию, а также позволяет аналитически оценивать
вычисленные величины по теоретическим кривым.