Приложение 2. Методика определения расчетного снегоприноса заданной обеспеченности

Приложение 2

Методика определения расчетного снегоприноса заданной обеспеченности

В основу аналитического метода расчета годового снегоприноса к линии защиты положены труды Всесоюзного научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Д.М. Мельник), Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства (В.Н. Ляховский) и накопленный опыт проектно-изыскательских работ института "Союзгипролесхоз" по защите автомобильных дорог от снежных заносов.

Сведения метеостанций по ветровому режиму преобразовывают в объемы переносимого снега на основании установленной Д.М. Мельником зависимости между осредненной интенсивностью горизонтального переноса снега и скоростью ветра на высоте флюгера:

,

где i - интенсивность горизонтального переноса снега, ; С - коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от плотности снега в метелевых сугробах; v - скорость ветра на высоте флюгера, м/с.

Для большей части европейской территории СССР (кроме восточных и юго-восточных районов), где плотность снега равна 0,25 , коэффициент пропорциональности С принимается в размере 0,00031; для районов Сибири, востока и юго-востока европейской части СССР - в размере 0,00026.

Количество переносимого снега W за время действия t метелевого ветра определенного направления можно вычислить по формуле

.

Практически для расчета снегоприноса из журналов наблюдений метеостанции выбирают сведения по скорости и продолжительности ветров не менее чем за 10 подряд идущих зим при определенных погодных условиях (температура воздуха ниже 0°С, скорость ветра на высоте флюгера более 6 м/с, высота снежного покрова не менее 10 см). Принятая в расчетах продолжительность периода наблюдений (не менее 10 зим) позволяет избежать экстраполяции при определении годового расчетного снегоприноса принятой обеспеченности.

Выбранные из журналов наблюдений метеоданные записывают в форму, приведенную в табл. 1 (приложение 2), а затем случаи ветра группируют по направлениям и скоростям (табл. 2 приложения 2).

При заполнении формы (см. табл. 2) разноску следует производить по восьми основным румбам. Случаи ветра, приходящиеся на промежуточные румбы, делят примерно пополам и относят к соседним основным направлениям. Это упрощение облегчает последующие расчеты и не имеет практического значения для конечных результатов(1).

На основании таблиц повторяемости метелевых ветров, составленных на каждую зиму, и таблиц расчетных объемов снегоприноса в зависимости от скорости ветра на высоте флюгера и повторяемости метелевых ветров (см. приложение 18) рассчитывают объемы переноса снега за каждую зиму по всем основным направлениям ветра (табл. 3). Для этого из табл. 2 данного приложения в форму ведомости объемов переноса снега (см. табл. 3) переписывают значения повторяемости t соответствующих скоростей ветра, а по таблицам приложения 18 определяют расчетный снегоперенос W. Следует иметь в виду, что таблицы расчетных объемов снегопереноса составлены для снега плотностью 0,25 и 0,30 при восьми срочных наблюдениях за ветром на метеостанциях. Если на метеостанции имеются многолетние данные (не менее чем за 5-7 лет) по плотности снежных отложений в предвесенний (февральский) период и средние их значения не совпадают с принятыми в таблицах, в расчеты вводится поправка на фактическую плотность снега. Для этого табличные значения снегопереноса умножаются на коэффициент, равный отношению плотности снега, принятого в таблице, к средней плотности по данным метеостанции. В случае использования для расчетов сведений метеостанций по ветру при четырех срочных наблюдениях в сутки продолжительность каждого случая принимается равной 6 ч, поэтому табличные значения снегопереноса следует увеличить в 2 раза.

Таблица 1

               Метеорологические элементы зимы 198 /8 г.

                 по наблюдениям метеостанции _________

Ноябрь 198 г. _____________ (месяц)
Чис- ла ме- ся- ца	Средне- суточ- ная темпе- рату- ра, °С	Направление и скорость ветра, м/с, в часы наблюдении #								Высо- та снеж- ного пок- рова, см
		0	3	6	9	12	15	18	21
8 9 12 14 27 28	-1,7 -4,9 -6,8 -6,2 -10,1 -7,0	- - - З-6 - ЮЗ-6	- - - ЮЗ-7 - ЮЗ-7	- ЮЮЗ-6 ЮЗ-7 ЮЗ-6 ЮЗ-6 ЮЮВ-7	ЮЗ-6 ЮЮЗ-7 ЮЗ-8 ЮЮВ-6 ЮЗ-7 ЮЮВ-9	З-8 ЮЗ-12 З-12 ЮВ-8 ЮЗ-9 ЮВ-13	З-7 ЮЗ-9 ЮЗ-9 ЮЮВ-10 Ю-10 ЮВ-12	- ЮЮЗ-6 ЮЗ-7 ЮЮВ-7 Ю-8 ЮЮВ-10	- - - - ЮЗ-6 Ю-8	10 10 12 12 19 19

Таблица 2

       Повторяемость метелевых ветров по направлениям и скоростям

             в зиму 1986/87 г. (метеостанция ______________)

Скорость ветра, м/с	Повторяемость ветров по направлениям (в случаях)
	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	3	СЗ
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20	1 - - - - - - - - - - - - - -	- - - - - - - - - - - - - - -	1 4 2 3 - - 2 - 1 - 1 - - - -	3 6 4 1 1 - 1 - - 1 - - - - -	3 4 3 4 1 1 1 - - - - - - - -	3 4 4 2 1 1 1 - - - - - - - -	- - - - - - - - - - - - - - -	- - - - - - - - - - - - - - -

Расчетные объемы снегопереноса за сезон по направлениям ветра определяются суммированием снегопереноса при всех скоростях метелевого ветра данного направления и указываются в итоге ведомости (см табл. 3). Они служат основой для вычисления объемов снегоприноса с каждой стороны участка автомобильной дороги, которые представляют собой геометрическую сумму расчетных объемов снегоприноса по всем румбам, относящихся к определенной стороне дороги данного направления. Например, для участка дороги с направлением С-Ю объем снегоприноса с левой стороны дороги выразится уравнением

,

а с правой

.

Практически итоговые объемы переноса снега по направлениям ветра, указанные в табл. 4, умножаются на коэффициенты, равные величине синуса угла подхода метелевых ветров к линии автомобильной дороги. Полученные результаты суммируются отдельно с левой и правой стороны дороги. При изменении направления дороги на обратное левая и правая стороны дороги меняются местами. Это учитывается в табл. 4.

Таблица 3

          Ведомость объемов переноса снега W за зиму 1986/87 г.

     по основным направлениям ветра (метеостанция _________________)

Ско- рость ветра v, м/с	Объемы переноса снега, м(3)/м, по направлениям ветра
	С		СВ		В		ЮВ		Ю		ЮЗ		3		СЗ
	t	W c	t	W св	t	W в	t	W юв	t	W ю	t	W юз	t	W з	t	W с
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17	1 - - - - - - - - - - -	0,2 - - - - - - - - - - -	- - - - - - - - - - - -	- - - - - - - - - - - -	1 4 2 1 - - 2 - 1 - 1 -	0,2 1,3 1,0 0,7 - - - - 2,6 - 3,8 -	3 6 4 1 1 - 1 - - 1 - -	0,6 1,9 1,9 0,7 0,9 - 1,6 - - 3,1 - -	3 4 3 4 1 1 1 - - - - -	0,6 1,3 1,4 2,7 0,9 1,2 1,6 - - - - -	3 4 4 2 1 1 1 - - - - -	0,6 1,3 1,9 1,4 0,9 1,2 1,6 - - - - -	- - - - - - - - - - - -	- - - - - - - - - - - -	- - - - - - 1 - - - - -	- - - - - - 1,6 - - - - -
Итого:	-	0,2	-	-	-	9,6	-	10,7	-	9,7	-	8,9	-	-	-	1,6

Таблица 4

                      Расчет объмов  снегоприноса за зиму 1986/87 г.

              с левой и правой сторон дороги при различном ее направлении

                  относительно стран света (метеостанция______________)

                                                           /------------------------------------\

                                                           |W  |W   |W   |W   |W  |W   |W  |W   |

                                                           | С | СВ | В  | ЮВ | Ю | ЮЗ | З | СЗ |

                                                           |---+----+----+----+---+----+---+----|

                                                           |0,2| -  |9,6 |10,7|9,7|8,9 | - | 1,6|

                                                           \------------------------------------/

Направление дороги

С-Ю

СВ-ЮЗ

В-З

ЮВ-СЗ

Сторона снегоприноса

левая

правая

левая

правая

левая

правая

левая

правая

sin W

0,7W СВ W В 0,7W ЮВ

0,7W Ю3 W З 0,7W C3

0,7W В W ЮВ 0,7W Ю

6,7 10,7 6,8

0,7W З W СЗ 0,7W С

0 1,6 0,1

0,7W ЮВ W Ю 0,7W ЮЗ

7,5 9,7 6,2

0,7W СЗ W С 0,7W СВ

1,1 0,2 0

0,7W Ю W ЮЗ 0,7W З

0,7W С W СВ 0,7W В

Сумма

Сумма

Сумма

Сумма

24,2

Сумма

1,7

Сумма

23,4

Сумма

1,3

Сумма

Сумма

Сторона снегоприноса

правая

левая

правая

левая

правая

левая

правая

левая

Направление дороги

Ю-С

ЮЗ-СВ

З-В

СЗ-ЮЗ

Продолжение табл. 4

Направление дороги

ССВ-ЮЮЗ

ВСВ-ЗЮЗ

ВЮВ-ВСЗ

ЮЮВ-ССЗ

Сторона снегоприноса

левая

правая

левая

правая

левая

правая

левая

правая

sin W

0,4W СВ 0,9W В 0,9W ЮВ 0,4W Ю

0 8,6 9,6 3,9

0,4W Ю3 0,9W З 0,9W C3 0,4W С

3,6 0 1,4 0,1

0,4W В 0,9W ЮВ 0,9W Ю 0,4W ЮЗ

3,8 9,6 8,7 3,6

0,4W З 0,9W СЗ 0,9W С 0,4W СВ

0 1,4 0,2 0

0,4W ЮВ 0,9W Ю 0,9W ЮЗ 0,4W З

0,4W СЗ 0,9W С 0,9W СВ 0,4W В

0,4W Ю 0,9W ЮЗ 0,9W З 0,4W СЗ

0,4W С 0,9W СВ 0,9W В 0,4W ЮВ

Сумма

Сумма

22,1

Сумма

5,1

Сумма

25,7

Сумма

1,6

Сумма

Сумма

Сумма

Сумма

Сторона снегоприноса

правая

левая

правая

левая

правая

левая

правая

левая

Направление дороги

ЮЮЗ-ССВ

ЗЮЗ-ВСВ

ЗСЗ-ВЮВ

ССЗ-ЮЮВ

Таблица 5

Расчеты объемов снегоприноса рекомендуется выполнять только для тех направлений дороги, на которых будут производиться изыскания с целью разработки проекта мероприятий (по каждой зиме отдельно).

Снегозащитные насаждения автомобильных дорог принято рассчитывать на задержание объемов переносимого снега заданной обеспеченности. Для этого строятся кривые вероятности превышения (обеспеченности) снегоприноса с левой и правой сторон дороги на основе применения методов математической статистики, используемых в гидрологических расчетах.

С целью построения этих кривых рассчитанные объемы снегоприноса за ряд последовательно идущих зим округляют до целых величин и группируют по направлениям отдельно по каждой стороне дороги. Для вычислений цифровой материал в статистических рядах располагают в убывающем порядке (табл. 5), а обеспеченность вычисленных по метеоданным величин снегоприноса определяют по таблице (см. приложение 19), составленной на основании формулы Н.Н. Чегодаева:

,

где Р - обеспеченность величины снегоприноса, %; m - порядковый номер члена ряда величин снегоприноса, расположенных в убывающем порядке; n - общее число членов ряда.

Объемы снегоприноса наносятся на клетчатку вероятностей (см. приложение 17) в соответствии с вычисленной обеспеченностью (см. табл. 5) в принятом масштабе оси ординат. Сглаживание нанесенных точек достигается биномиальной кривой обеспеченности, положение которой на графике определяется тремя параметрами: среднеарифметическим значением объема снегоприноса за ряд зим , коэффициентом вариации объемов и коэффициентом асимметрии .

Средняя величина снегоприноса за ряд зим

,

где - объем снегоприноса за зиму с порядковым номером m в статистическом ряду; n - общее число зим, включенное в расчеты.

Коэффициент вариации и коэффициент асимметрии вычисляют методом моментов:

;

,

где - модульный коэффициент, равный отношению снегоприноса за зиму с порядковым номером m к средней величине снегоприноса за весь ряд зим:

.

Включенный в расчеты ряд зим считается достаточным для установления средней расчетной величины снегоприноса в том случае, когда величина средней относительной средней квадратичной ошибки ее превышает 25-30%.

В случае если относительная средняя квадратичная ошибка превышает указанные пределы, величина среднего снегоприноса, коэффициенты изменчивости и асимметрии приводятся к более длительному периоду, для чего в расчеты вводятся метеоданные по ветровому режиму за следующие зимы.

Если метеостанция не располагает достаточным числом лет наблюдений за ветром и при этом в расчетах не обеспечивается выполнение условия %, расчетная величина снегоприноса определяется на основании данных, имеющихся на метеостанции.

Относительная средняя квадратичная ошибка среднего снегоприноса за ряд зим

.

Ординаты кривой обеспеченности определяют по известным параметрам , , с использованием формулы

,

где - ординаты для обеспеченности Р; Ф - относительные отклонения ординат биномиальной кривой обеспеченности от середины (единицы) при = 1,0 и заданном значении .

При этом значения Ф берутся в соответствии с вычисленным коэффициентом асимметрии по таблице (см. приложение 20).

Вычисленные значения наносят на клетчатку вероятностей и соединяют кривой, которая должна пройти в соответствии с общим расположением ранее нанесенных на график точек снегоприноса, рассчитанных по данным метеостанции. Из-за возможных больших ошибок вычисления коэффициента асимметрии это условие может быть нарушено. В таких случаях рекомендуется путем изменения соотношения параметров за счет коэффициента асимметрии подобрать кривую, удовлетворяющую указанному условию. Допустимо любое соотношение и , лишь бы кривая обеспеченности соответствовала точкам снегоприноса, рассчитанным по данным метеостанции.

По кривой в соответствии с заданной обеспеченностью определяют годовой расчетный снегопринос, на задержание которого проектируются насаждения. На каждом графике, составленном по направлениям автомобильной дороги, показывают кривые обеспеченности с левой и правой сторон.

______________________________

(1) Определение расчетного объема снегоприноса можно осуществлять с помощью ЭВМ по специально разрабатываемым программам.