ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ МОРФОМЕТРИИ ВОДОТОКОВ

  Главная       Учебники - География         Переходы через водотоки (Л. Г. Бергам)

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

 

 

Глава IV. МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ПЕРЕХОДОВ ЧЕРЕЗ ВОДОТОКИ

§ 13. ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ МОРФОМЕТРИИ ВОДОТОКОВ


Морфометрическими изысканиями при проектировании автомобильных и железных дорог называется комплекс работ по гидрологическому обследованию водотока, не включающий натурных наблюдений за проходом половодья или паводка. Термин «морфометрия», введенный в практику изысканий Е. В. Болдаковым, заимствован из геоморфологии. Он отражает существо метода — получение гидрологических характеристик через измерение формы речной долины (поперечного сечения и продольного уклона), дополненное определением геоботанических характеристик ее.

Необходимость в таких работах возникает при пересечении трассой водотока и трассировании дороги .в зоне возможного воздействия водотока на проектируемые сооружения. В первом случае задача морфометрических изысканий состоит в определении гидрологических данных, необходимых для проектирования сооружений мостового перехода. Во втором случае гидрологические данные должны обеспечить проектирование земляного полотна дороги, укреплений, обвалований и берегозащитных сооружений; объем этих данных и характер полевых работ, необходимых для их получения, отличаются от таковых для первого случая. Поэтому ниже раздельно рассматриваются морфометрия для проектирования мостового перехода (§ 14) и морфометрия для трассирования автомобильных и железных дорог в пределах речных долин (§ 16). Отдельно рассматривается морфометрия речных русел для производства русловых расчетов, поскольку необходимость в таких расчетах может встретиться при проектировании мостового перехода и трассировании долинных ходов (§ 17).

Морфометрия водотока должна заменить производство гидрометрических наблюдений в половодный или паводочный период. Точность гидрологических данных, полученных с помощью морфо-метрии, может оказаться достаточно высокой, если при выполнении работ 'будут использованы материалы стационарных наблюдений Гидрометеослужбы, а также методы гидрологической аналогии и генетические формулы максимальных расходов воды.

Несовпадение сроков изысканий автомобильных и железных дорог со сроками паводков и половодий на пересекаемых водотоках делает морфометрический способ получения гидрологических данных основным и массовым. Даже если такое совпадение бывает и возможно организовать наблюдения за проходом высоких вод на наиболее крупных водотоках трассы, то вероятность появления на них з данном году, высокого паводка или половодья весьма мала. Ценность натурных наблюдений в створе мостового перехода заключается в наблюдении скоростей и направления течений на поймах для выяснения распределения расчетного расхода воды между поймой и руслом, а также активности пойменных проток и староречий. Если же наблюдавшиеся в створе перехода паводок или половодье были невелики и пойма не затапливалась (или не работала при малом затоплении ее), то расчет пропускной способности пойм приходится выполнять морфометрическими методами.

При выполнении морфометрических работ во внепаводочный период полезно сделать несколько натурных измерений скоростей течения в русле методами, изложенными в гл. III.

По результатам этих измерений и данным о крупности русловых отложений оценивают размеры гидравлических сопротивлений руслового потока.

Качество морфометрических обследований водотоков во многом зависит от того, насколько хорошо производитель работ разбирается в морфологии пойм и русла и умеет оценить ее влияние на конечный результат расчета.

Не существует стандартного для всех рек подхода к получению нужных для проектирования расчетных гидрологических величин. Можно выделить лишь наиболее типичные случаи, с которыми встречается изыскатель при проектировании мостового перехода или трассировании долинного хода.

Если река хорошо изучена в гидрологическом отношении, и выше и ниже по течению от створа перехода или на участке долинного хода имеются многолетние водомерные посты и гидрометрические створы, расчетные значения расходов воды определяют для этих створов. Тогда задача морфометрии состоит в перенесении расходов на створы перехода и в нахождении уровней высоких вод, соответствующих известным величинам расчетных расходов воды.

При расчете уровней одновременно решается задача распределения расчетного расхода между руслом и поймой, от которого зависят величины размыва подмостового русла, подпора перед мостом и размеры струенаправляющих дамб..

Если режим реки изучен слабо и нельзя надежно установить для створа перехода или участка долинного хода величины расчетных расходов воды, их устанавливают лишь ориентировочно-. Тогда задачей морфометрии будет уточнение этих величин. Для такого уточнения используют уровни воды, установленные по опросам местных жителей или признакам прохождения высоких паводков или половодий.

Вероятности превышения установленных уровней в этом случае оценивают исходя из опроса и других косвенных данных.

Рассмотрим расчетные формулы, для определения параметров которых будут выполняться полевые обследования водотоков.
 

Естественные водотоки, как правило-, извилисты в плане, имеют подвижное, сложенное аллювием русло, в котором вместе с водой перемещаются взвешенные и влекомые наносы различной крупности, причем последние перемещаются обычно донными грядами. В паводок или половодье высокие воды затопляют прилегающие к руслу поймы, покрытые растительностью, причем глубина пойменного потока резко отличается от глубины руслового; ложе пойменных потоков обычно изобилует староречьями и грядами старых прирусловых валов, не параллельных общему направлению течения реки, что создает местную косоструйность, водовороты и мертвые пространства.

Эти местные условия влияют на величину силы сопротивления движению водного потока и не могут быть сведены к понятию шероховатости русла, которое определяет лишь характер поверхности стенок русла (размеры, густоту и расположение выступов негладкого ложа потока).

Исходя из этого М. Ф. Срибный [123] в 1932 г. предложил заменить термин коэффициент шероховатости на русловой коэффициент, понимая под ним сумму факторов, оказывающих воздействие на скорость течения естественных потоков. Им же была разработана на основе натурных данных новая классификация русловых коэффициентов в зависимости от категории русел, которая используется до настоящего времени (табл. IV-1). Термин русловой коэффициент не привился,, и теперь по-прежнему применяется термин коэффициент шероховатости.

Н. И. Носовым была предложена классификация коэффициентов шероховатости русел, в которой значения п были поставлены в зависимость от величины уклона водотока, его расхода и крупности аллювия. Для диапазона уклонов 0,0005<i<0,08 и расходов 1000<Q<50 значения п по этой классификации изменяются от 0,022 (песчаные русла) до 0,112 (валунные русла).

В практике проектирования применялись и другие классификации [96].

В США, где морфометрические расчеты при проектировании мостовых переходов широко применяются, Дж. Бредли [155] разработана классификация коэффициентов шероховатости для русел малых водотоков и пойм. Для русел крупных рек дается лишь общая рекомендация. Особенностью классификации Дж. Бредли являются рекомендации для пойм, где влияние растительности дается с учетом сезонности, деятельности человека и глубины затопления. Если сравним эту классификацию с классификацией М. Ф. Срибного, то увидим, что крайние значения n практически совпадают (0,025 0,20 у Срибного и 0,028 /г 0,20 у Бредли), но для пойм минимальное значение п у Бредли значительно меньше, чем у Срибного (0,03 вместо 0,05). Классификация Бредли ценна детализацией условий протекания потока по речным поймам, так как при отсутствии натурных наблюдений для пойм пока нет других путей определить их сопротивление течению, кроме визуальной оценки шероховатости. Поэтому наряду с классификацией М. Ф. Срибного в табл. IV—2 приведена классификация Бредли. Значения п могут быть иногда и меньше минимальных значений по таблицам IV. 1 и IV.2.