С целью выполнения расчетов стока и последующего проектирования
водопропускных сооружений в полевой период, помимо
топографо-геодезических работ, производят гидрологическое обследование
водотоков.
При обследовании собирают сведения по гидрологии водосборных бассейнов и
составляют описания, на основании которых принимают значения параметров,
необходимых для гидрологических расчетов.
В зависимости от топографии, растительности и
других морфологических характеристик, а также характера собираемых
данных, обследование может выполняться как для одного, так и для группы
однородных бассейнов.
Рассматриваемый бассейн должен быть отнесен к категории по рельефу. По
ВСН 63-67 установлены следующие категории: горные, средние, равнинные и
заболоченные бассейны.
Обследование должно позволить назначать коэффициенты шероховатости
главного лога и склонов бассейна. Ложе главного лога по значениям
коэффициентов шероховатости характеризуется как ровное земляное,
извилистое или заросшее, сильно заросшее и, наконец, русло в завалах.
Поверхность склонов для назначения коэффициентов шероховатости
характеризуется густотой травяного покрова или подлеска, а также
характером поверхности склонов (невпитывающая, укатанная,
спланированная, хорошо обработанная вспашкой и боронованием, грубо
обработанная поверхность — глыбы, завалы).
К малым водотокам, для которых расчеты стока выполняют по инструкции ВСН
63-67, относятся водотоки с площадями бассейнов до 100 км2.
В результате влияния различных факторов (распределения осадков по
площади бассейнов, их схематизации и др.) методика расчета стока по
инструкции с увеличением бассейна становится все менее точной.
Следствием этого является рекомендация инструкции ВСН 63-67 при площадях
бассейнов более 50 км2 производить проверку расходов по натурным данным.
Практика показывает, что такую проверку нужно производить и при меньших
бассейнах.
Поэтому при гидрологическом обследовании водотоков выделяют наиболее
крупные из бассейнов площадью до 100 км2. Для тех из них, на которых
имеются населенные пункты и могут быть найдены старожилы и установлены
следы прохода паводков, должно быть произведено морфометрическое
обследование.
Данные морфометрических обследований по следам паводков и опросам
старожилов являются наиболее достоверными для оценки величины стока на
любом водотоке. Этим объясняется наметившаяся в последнее время в
практике проектирования тенденция к сплошному морфометрическому
обследованию малых сооружений по всей трассе изыскиваемой дороги.
Наличие данных морфометрических обследований по группе водосборов
различной величины позволяет обобщить их результаты для установления
натурных зависимостей максимальных расходов, по которым могут 'быть
выполнены расчеты стока на тех водотоках, где морфологические
обследования не могут быть произведены или не дают надежных результатов.
К таким относятся односкатные водосборы и водотоки с неясно выраженным
или неустойчивым руслом.
В состав обследования входит сбор сведений о времени прохода паводков и
отметках максимальных уровней. На горных и предгорных реках определяют
наибольший и средний диаметр камней, принесенных потоком,
характеризующий скорости течения (см. § И).
При обследовании необходимо обратить внимание на особые условия режима
водотока (подпор от реки или гидротехнического сооружения- и др.). Более
подробно методы гидрологического обследования для целей их применения
при обосновании натурных зависимостей максимальных расходов (Приведены в
§ 63.
Особую ценность эти обследования приобретают в неизученных,
малоосвоенных и зарубежных районах, в которых действующие нормы стока
нуждаются в уточнении или они вообще отсутствуют, а также для всех
водотоков, независимо от района, с площадями более 50 км2.
Для расчетов стока с малых бассейнов определяют впитывающую способность
почв бассейна путем установления номенклатуры почв в бассейне и
процентного содержания песка в них, после чего категорию впитывания
устанавливают по таблице, приведенной в ВСН 63-67. С этой целью собирают
почвенные карты по району обследуемой линии. Для установления
процентного содержания песка в почвах и их наименования (при отсутствии
почвенных карт) берут пробы грунта в бассейне с глубины 0,2—0,3 м весом
около 0,5 кг и лабораторным путем определяют механический состав грунта.
К песку относят фракции от 2 до 0,05 мм.
Пробы отбирают для каждой почвенной разности, имеющей развитие в
бассейне или в группе бассейнов в количестве не менее двух. В
зависимости от пестроты почвенных условий и размеров бассейнов
количество отобранных образцов может составлять от одного до десяти на 1
км2 площади бассейна. Анализы удобно производить в полевых условиях,
используя комплект оборудования полевой лаборатории ЦНИИСа, который
отличается малым весом и портативностью.
При установлении категорий почв по впитыванию необходимо учитывать,
помимо заболоченности, также засоленность и трещиноватость почв и
толщину растительного покрова, которые действуют в разных направлениях.
Заболоченность и трещиноватость впитывание увеличивают; засоленность
(при наличии солончаковых пятен на значительной части бассейна)
впитываемость уменьшает, а растительный покров на слабовпитывающих
почвах увеличивает впитывание, на сильно впитывающих — уменьшает.
Помимо указанного способа определения категорий почв по впитыванию, ВСН
63-67 рекомендует для получения наиболее точного результата производить
искусственное дождевание в натуре на характерных участках бассейнов.
В настоящее время дождевание, по предложению Н. Н. Чегодаева, выполняют
в следующем порядке. Отмечается на местности квадратная площадка обычно
площадью 0,5 м2. Для этого на поверхности земли укладывают проволочную
квадратную рамку со стороной 71 см. В нескольких местах (обычно в
четырех) на площадке (в центре и по краям) устанавливают мерные
стаканчики.
Далее вручную площадку равномерно орошают из
насадки (рис. XIV-6), которая резиновой трубкой соединена с напорным
бачком с водой. Во избежание засорения мелких отверстий в насадке
соединение резиновой трубки с бачком для воды осуществляется через
сетчатый фильтр.
При начале дождевания включают секундомер или замечают время по часам.
Дождевание заканчивают, когда интенсивность осадков (дождевания) равна
интенсивности впитывания. К этому моменту на площадке появляется
невпитавшаяся вода, т. е. появляется поверхностный сток. При этом
останавливают секундомер или замечают время .по часам и определяют время
дождевания.
Воду, набравшуюся в мерных стаканчиках, сливают в мензурку и определяют
объем воды. Средний объем воды в мерном стаканчике к концу дождевания,
деленный на его площадь, равен слою выпавших осадков, а частное от
деления этого слоя на время дождевания равно их интенсивности. По
времени дождевания и его интенсивности по графику, приведенному в ВСН
63-67, определяют категорию почвы по впитыванию.
В комплект дождевальной установки входит четыре-пять насадок,
отличающихся количеством отверстий, а следовательно, и интенсивностью и
временем дождевания. Из насадок выбирают такую, чтобы продолжительность
опыта составляла 10—15 мин. Для выбора насадки выполняют пробное
дождевание.
В настоящее время в ЦНИИСе разрабатывается метод определения категорий
впитывания почв путем дешифрирования аэроснимков. Метод может иметь
применение, если аэрофотосъемкой засняты бассейны на всей линии.
На основании анализа снимков выделяют характерные контуры, имеющие
одинаковые или близкие изображения растительности, состояния
поверхности, цветности и т. д.
Затем на нескольких контурах, каждый из которых представляет группу
характерных контуров, выполняют дождевание по изложенному выше методу и
определение категорий впитывания. Подученные категории распространяют на
всю группу характерных контуров. Предварительные опыты поприменению
этого метода дают положительные результаты.
Согласно указаниям ВСН 63-67 с целью использования’1 данных
об осадках, не учтенных при составлении таблиц интенсивности водоотдачи
и слоя стока по ливневым районам, а также при расчете стока в горных
районах, должны быть собраны метеорологические данные. Эти данные
используют для уточнения ливневых зависимостей. К этим данным относятся
суточные максимумы и месячные суммы осадков. В выборку включают
наибольшие значения указанных величин по одному в каждом году
по'метеостанциям, расположенным в пределах рассматриваемого участка
дороги.
При уточнении метеорологических данных следует использовать последние
исследования ГГИ по ливневым характеристикам.
При наличии вблизи проектируемой линии существующей железной или
автомобильной дороги, а также при проектировании вторых путей или
реконструкции линии необходимо собрать сведения и о работе существующих
сооружений за период их эксплуатации для уточнения норм стока. В
процессе обследования должны быть выявлены условия работы сооружений по
пропуску паводков. Если за достаточно длительный период (при
преобладающем ливневом стоке — 40 лет, а при снеговом стоке и в
муссонном климате— 25 лет) сооружение работало нормально, т. е. не
наблюдалось подмывов конусов, размывов выходных русел, переливов через
насыпь подходов и т. д., то проектируемое сооружение может быть принято
того же отверстия, что и существующее. В противном случае отверстие
проектируемого сооружения должно быть увеличено.
Гидрологическое обследование водотоков выполняют на стадии технического
проекта: при рабочем проектировании собирают лишь недостающие данные и
вносят изменения, если изменилось положение трассы или проект
сооружения.