РОЗДІЛ 2
АНАЛІЗ СУЧАСНОЇ НАУКОВО-МЕТОДИЧНОЇ БАЗИ В ГАЛУЗІ
РОЗРАХУНКІВ МАКСИМАЛЬНОГО СТОКУ ВЕСНЯНОГО ВОДОПІЛЛЯ
Максимальний стік займає особливе місце в практиці гідрологічних розрахунків.
Величина максимального стоку використовується при проектуванні гідротехнічних
споруд і їх експлуатації. Недостатньо обґрунтовані розрахунки максимального
стоку можуть привести до значних збитків у народному господарстві та до
катастрофічних наслідків для населених пунктів, які розміщені в долинах річок.
З іншого боку, завищення розрахункових характеристик максимального стоку можуть
обумовити невиправдані витрати при побудові гідротехнічних споруд і, як
наслідок, зменшити їх рентабельність. З ними пов’язані надзвичайно високі рівні
і витрати води , які ведуть до затоплення територій.
Враховуючи важливість формування максимального стоку на річках , проблема
вивчення його природи завжди привертала увагу дослідників. Була запропонована
велика кількість формул, які ґрунтувались на емпіричній обробці матеріалів
спостережень, а також методик, що спирались на ті чи інші уявлення про
формування паводків. Зрозуміло, що точність розрахунку характеристик
максимального стоку буде залежати у першу чергу від надійності обґрунтування
головних розрахункових параметрів натурними даними і від точності вихідних
даних, а також від можливості корегування параметрів по мірі збільшення обсягів
інформації за максимальним стоком. З іншого боку, не менш важливою вимогою ,
яка пред’являлась до розрахункових формул, є простота обраної формули і методів
визначення її параметрів. Крім того, не дивлячись на складність схематизації
природних процесів, розрахункові формули і їх параметри повинні враховувати
основні фактори формування максимальних витрат води під час паводків і
водопіль.
В наукових працях А.М.Бефані [2,3] показано, що Д.Л.Соколовський,
М.П.Чеботарьов, В.І.Мокляк та інші прагнули узагальнити формули визначення
ма-ксимального стоку і привели їх до декількох принципових типів: редукційних,
у
яких трансформація максимального модуля стоку реалізується через площу
водозборів або час руслового добігання, об’ємних формул, які виражають
максимальні витрати води в залежності від об’єму або шару стоку, тривалості і
геометричної форми весняного водопілля чи паводка та генетичних формул, які
ґрунтуються на гідромеханічному уявленні відносно процесів формування стоку.
Але у своїй більшості загальної математичної моделі реалізації ланцюжка ,,
опади - схиловий стік - русловий стік ’’ поки-що не має.
На наш погляд, більш вдалою виявилася класифікація розрахункових формул
максимального стоку, надана Є.Д.Гопченком [4]. Усю нормативно-розрахункову базу
в галузі стоку паводків і водопіль він умовно поділяє на дві групи. До першої
відносяться ті з них, що ґрунтуються на схематизації схилового та руслового
гідрографів. Це - редукційні та об’ємні формули. Другу групу складають ті , що
спираються на модель руслових ізохрон , тобто засновані на гідромеханічних
уявленнях про процеси формування максимального стоку (,,генетичні’’ та формули
граничної інтенсивності).
2.1. Формули, що ґрунтуються на схематизації гідрографів стоку
2.1.1. Редукційні формули. Однією з перших розрахункових методик в галузі
максимального стоку весняного водопілля була формула О.О.Карачаєвського-Волк
(1899), яка ґрунтувалась на 37 максимумах, визначених при будівництві
залізничних мостів за формулою Шезі і найвищих горизонтах у різних районах,
починаючи від Сибірської залізничної дороги і закінчуючи басейном Південного
Бугу. Він запропонував емпіричне рівняння
, (2.1)
де - максимальний модуль весняного водопілля;
- площа водозбору .
Зрозуміло, що формула (2.1) мала невелику обґрунтованість, оскільки була
виведена як гранична поза залежністю від географічного положення басейнів. Але
для свого часу вона мала й практичне значення, бо давала змогу орієнтуватись в
питаннях про можливі максимуми весняного водопілля. Детальний аналіз процесів
стоку і спроба розробки більше загальної розрахункової формули максимальних
витрат весняного водопілля виконана Ф.Г.Зброжеком [5]. Зокрема, для
максимальних витрат води поталих вод запропоновані рівняння для середніх витрат
води
(2.2)
і максимальних термінових
, (2.3)
де - середньодобові максимальні витрати води весняного водопілля;
- витрати води перед початком водопілля;
- коефіцієнт стоку весняних вод;
- площа водозбору;
- тривалість водопілля;
- шар опадів (запаси води у снізі);
- коефіцієнт, який враховує нерівномірність інтенсивності сніготанення протягом
часу і за площею;
- коефіцієнт розмірності.
Якщо враховувати, що , де - середня інтенсивність сніготанення, а також
зневажаючи незначною величиною , то можна формулу (2.3) записати у вигляді
. (2.4)
До групи редукційних емпіричних відноситься і формула Г.І. Тарловського, у
якій максимальний модуль стоку виражається у вигляді функції площі водозбору.
Аналізуючи усі формули дореволюційного періоду і нормативи по розрахунку
максимального стоку (без поділу на дощовий і сніговий стік), а саме: формули
Кестліна, Ішковського, Спарро, а також усі редукційні формули степеневого
вигляду
. (2.5)
Г.І.Тарловський дійшов висновку, що всі вони дають різні величини (або норми
стоку з одиниці площі) і відбивають різні закони редукції максимального модуля
зі збільшенням площі водозборів. Більш того, оскільки він виконував дослідження
для водозливів, то вважав, що їх потрібно розраховувати на максимальний стік
поталих, а не зливових вод.
Формула Г.І.Тарловського для великих водозборів виявилась мало обґрунтованою,
- Київ+380960830922