Попытки эмпирическим путем определить расчетные расходы ливневого стока
делались неоднократно: Ряд организаций обследовали сотни эксплуатируемых
сооружений. Результатов практически получено не было, так как при
расчетах расходов по замеренным уровням не учитывали аккумуляцию воды
перед сооружениями, что может уменьшить расходы притока в 2—3 и более
раз. Союздорнии в 1966—1967 гг. провел обследование 560 сооружений при
участии центральной исследовательской лаборатории Гушос-дора,
Ташгипротранса и Дальгипротранса — для выявления соответствия ВП по СН
200-62 с данными отчетов. Обнаружилась недостаточность наблюдений в
эксплуатации за работой сооружений по пропуску паводков. Исследование
дало некоторые материалы, но подтвердило еще раз, что даже в муссонном
климате без обоснованной теории нельзя получить надежный метод расчета
стока. К этому заключению пришли Н. Е. Долгов в 1916 г. [39] и М. М.
Протодьяконов в 1928—1930 гг., разработавший первую теорию стока [108].
Развитие методов расчета стока на транспорте в СССР можно резделить на
два этапа: первый с середины XIX в. до 1930 г. — эмпирические и
полуэмпирические методы (Кестлина — Николаи, НТК и др.) и второй —
создание теории стока, основанной на инженерной схематизации явления. К
1940 г. появились теории стока М. Ф. Срибного [126], Д. JI. Соколовского
[122] и других авторов. Дальнейшая разработка теории стока была
выполнена Н. Н. Чего-даевым [151].
В методе ЦНИИСа—Союздорнии определение максимальных расходов разделяется
на два этапа.
Была разработана схематизация процессов: бассейн
рассматривался как ряд раскрытых книг, потери на впитывание определялись
,с учетом времени и ряда других обобщений.
Оба института решили задачу расчета стока в 1948—1950 гг. з двух
вариантах:
1) путем обобщения гидрографов стока с построением номограмм для
нахождения максимальной ординаты; 2) путем непосредственного решения
уравнения баланса объемов стока и построения гидрографа.
Вопрос транспортирования объемов стока был решен методом изохрон в
1948—1949 гг. [20]. Метод начал применяться в 1950 г.
Первоначально при решении уравнения баланса возникло затруднение. Из
четырех его членов были известны два: W и Wск. Объем стока на склонах
Wск был определен Н. Н. Чегодаевым на основе своих разработок и
исследований А. Н. Бефани. Остальные два объема не были определены на
любой отрезок времени t.
Оба неизвестных члена зависят от общего фактора —
живого сечения лога на створе перехода. Составляя график зависимости WK
от Q на требуемые отрезки времени t в соответствии с уровнем воды в
потоке, можно получить необходимое для решения задачи второе уравнение.
Первое решение уравнения баланса было разработано при делении объема
стока на четыре части, что дало построение гидрографа по четырем
интервалам. Затем (1954 г.) был разработан метод построения гидрографа
по шести точкам.
Ввиду сложности расчетов была предложена упрощенная формула Союздорнии
1953—1954 гг., уточненная в 1963 г., в которой значения W, h и г
определили так же, как и при уравнении баланса. По упрощенной формуле
рассчитано в основном на автомобильных дорогах большое число сооружений.
В действующих нормах учитывается (по П. Ф. Горбачеву), что-при
одинаковых ВП может быть любое количество равновозможных соотношений: 1)
интенсивностей — а, мм/мин-, 2) продолжительности дождя Т, мин.
Наиневыгоднейшее сочетание этих элементов на каждом бассейне,
определяемое построением серии гидрографов при разных слоях водоотдачи h,
соответствует случаю, когда ВП осадков идентична ВП объемов и расходов
стока.
Обработка материалов метеорологических наблюдений об осадках выполняется
в ЦНИИСе периодически по мере их опубликования. В связи с этим
детализируется климатическое районирование территории СССР. В ВСН 63-67
выделено 57 районов вместо 15 в инструкции 1956 г. Для горных районов
из-за влияния вертикальной зональности осадков определение
метеорологических характеристик предлагается выполнять самим проектным
организациям.
В настоящее время ГГИ опубликованы данные о слоях дождевых осадков
различной вероятности превышения для метеостанций с многолетним периодом
наблюдений. Однако иногда приходится обрабатывать данные об осадках,
полученные непосредственно на метеостанциях. При этом должны учитываться
отдельные редкие дожди по литературным данным и следам разрушений (рис.
XV-1). Получая материалы на метеостанции, следует иметь в виду, что при
очень больших осадках плювиографы часто выходят из строя, и, определяя
время дождя, надо базироваться на дождемеры. Некоторые станции давали
сведения только по начальной стадии дождя, так как из-за неудачного
местоположения были полуразрушены.
Металлургия расчетов стока многократно публиковалась и поэтому здесь не
приводится. В 1964 г. А. А. Курганович (КАДИ) программировал уравнение
'баланса на ЭВМ «Минск-11» и исследовал деление объема стока до 12
частей. Оказалось, что можно остановиться на 6 частях. Программы для
расчета стока составлены на ряд типов ЭВМ Н. Н. Чегодаевым (ЦНИИС).
Если пользоваться ЭВМ затруднительно или число расчетов незначительно,
можно находить расходы по таблицам, которые в 1969 г. составлены в КАДИ
В. А. Большаковым и А. А. Курганови-чем. Аналогичные расчеты выполняют
по ВСН 63-67.
Металлургия транспортирования объемов стока проверяется по плювиограммам на
стоковых площадках при любых значительных дождях вне зависимости от их
ВП, где есть пара: осадки — сток. Сравнительные построения показали
разницу теоретических гидрографов с натурными на ±25%.
Предложенная методика может применяться в любых климатических условиях
при наличии данных о потерях на впитывание (при этом будут меняться
значения h и z); она перспективна как по принципиально правильной
постановке вопроса, так и на каждом этапе возможного усовершенствования
отдельных параметров и теории стока в целом. В частности, возможно
соединение метода изохрон с уравнением баланса.
Уравнение баланса объемов снегового стока в настоящее время не решено.
Недостаточно исследован процесс склонового стекания. В эмпирических
методах определения снегового максимума выявились два направления: 1)
использование расходов со средних водосборов, где имеются ряды
наибольших расходов за время половодья, и перенос их на водосборы малой
площади; 2) исследование натурных расходов по суточным максимумам на
стоковых станциях.
Как видно из рис. XV-2, характер гидрографов на средних и малых
бассейнах различен. В первом случае наблюдается один, иногда два пика от
всего половодья, а во втором столько будет гидрографов с разными пиками,
сколько суток продолжается снеготаяние.
Для малых бассейнов максимальный расход определяется поэтому не по всему
запасу воды в снеге и малой интенсивности снеготаяния (в течение 3—12
суток), а по наибольшей за сутки дневной интенсивности таяния снега.
Поэтому нельзя считать первый подход к определению снеговых максимумов
правильным.