Приложение 12 (обязательное). Определение характеристик режима уровня воды

Приложение 12
Обязательное

Определение характеристик режима уровня воды

Получение исходных данных

1. Характеристики режима уровня в водоеме на участке расположения перехода трубопровода следует определять по данным многолетних систематических наблюдений за уровнем на ближайшем к участку репрезентативном гидрологическом посту УГКС.

2. Репрезентативность гидрологического поста УГКС можно оценить путем сопоставления графиков суточного хода уровня на данном посту и на временном посту, оборудованном в районе перехода трубопровода на период гидрологических изысканий. Признаком репрезентативности является сходство указанных графиков. Если пост УГКС не репрезентативен, но имеется качественное сходство графиков, следует построить график связи соответственных уровней на обоих постах и по этому графику осуществить переход от значений уровня на посту УГКС к значениям уровня на временном посту.

3. Если створ перехода трубопровода расположен между двумя примерно равнозначными (в отношении репрезентативности и длительности наблюдений) гидрологическими постами, например в зоне выклинивания подпора на речном водохранилище, то значения уровня на участке расположения перехода допускается определять путем интерполяции соответственных значений уровня на указанных постах.

4. Для получения ежегодной информации об уровнях воды на озерных гидрологических постах УГКС и обобщенных многолетних характеристик режима уровня следует использовать справочные издания Государственного комитета СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды.

Определение средних значений уровня

5. Средние суточные значения уровня определяют путем арифметического осреднения данных двухсрочных наблюдений или ежечасных значений уровня, снятых с ленты самописца, за сутки, средние месячные - путем осреднения средних суточных значений за месяц и средние годовые - путем осреднения средних месячных значений за год.

6. Средние месячные значения уровня в многолетнем разрезе определяют путем осреднения средних значений за один и тот же месяц всего ряда лет наблюдений. Среднее многолетнее значение уровня вычисляют путем осреднения средних месячных значений в многолетнем разрезе за все месяцы года.

7. По средним, а также максимальным и минимальным месячным значениям уровня за многолетний период следует построить график годового хода этих уровней, а по средним годовым значениям - график многолетнего хода уровня. На оба графика наносят горизонтальной линией средний многолетний уровень.

По средним суточным или средним месячным значениям уровня в многоводном, среднем по водности и маловодном годах следует построить графики годового хода уровня за указанные характерные годы.

8. Средние значения уровня за безледный период и периоды ледовых явлений (замерзание, ледостав, вскрытие) в отдельные годы определяют путем осреднения средних суточных значений за каждый из указанных периодов, а в многолетнем разрезе - путем осреднения полученных значений уровня по всему ряду лет наблюдений.

9. При определении средних многолетних значений уровня следует учитывать оптимальную точность их вычисления, равную точности измерений уровня ( см) на гидрологическом посту.

Среднюю квадратическую погрешность вычисления среднего многолетнего уровня оценивают по формуле

, (69)

где - среднее квадратическое отклонение средних годовых значений каждого i-того года от среднего многолетнего значения уровня за ряд n лет наблюдений, вычисленное по формуле

. (70)

10. Если продолжительность ряда наблюдений n на гидрологическом посту оказывается менее требуемой для вычисления среднего многолетнего значения уровня с заданной точностью , в соответствии с положениями п. 9 настоящего обязательного приложения, то для определения указанного значения уровня следует использовать метод аналогий.

11. Метод аналогий предполагает наличие корреляционной связи между средними годовыми или месячными значениями уровня в пункте А с коротким рядом n лет наблюдений и в пункте Б с длинным рядом N лет наблюдений. Средний многолетний уровень в пункте А за N лет вычисляют в данном методе по формуле

, (71)

где - средний уровень в пункте А за n лет; и - средние уровни в пункте Б соответственно за N и n лет; и - средние квадратические отклонения членов многолетнего ряда средних годовых значений уровня от среднего многолетнего уровня за N лет соответственно в пунктах А и Б; r - коэффициент корреляции между средними годовыми значениями уровня в обоих пунктах, вычисляемый по формуле

, (72)

где и - средние годовые значения уровня каждого i-го года из ряда n лет наблюдений соответственно в пунктах А и Б; и - средние квадратические отклонения этих значений уровня от среднего многолетнего уровня за n лет соответственно в пунктах А и Б.

Величину в формуле (71) вычисляют по формуле

, (73)

а другие значения среднего квадратического отклонения - , в формуле (72) и в формуле (71) - по формуле (70).

Определение экстремальных значений уровня

12. Максимальный и минимальный уровни в каждом году многолетнего периода наблюдений выбирают из данных ежесуточных дискретных наблюдений за уровнем или из данных регистрации уровня самописцем, а максимальный и минимальный уровни за весь многолетний период выбирают из полученных рядов соответственно максимальных и минимальных уровней каждого года.

13. Средние многолетние значения экстремальных годовых уровней определяют путем осреднения отдельно максимальных и минимальных годовых значений за многолетний период наблюдений.

14. Максимальный и минимальный уровни за безледный период и периоды ледовых явлений (замерзание, ледостав, вскрытие) отдельных лет и в многолетнем разрезе следует определять по аналогии с требованиями п. 12 настоящего обязательного приложения, а средние многолетние значения экстремумов в указанные фазы режима водоема - по аналогии с требованием п. 13.

15. Наивысшие уровни различной обеспеченности (вероятности превышения) следует определять по эмпирической кривой обеспеченности максимальных годовых уровней, которую строят по многолетнему ряду максимумов. Обеспеченность (в процентах) членов ряда при построении кривой рекомендуется вычислять по формуле

, (74)

где m - порядковый номер члена ранжированного (в порядке убывания значений) ряда максимальных годовых уровней; n - число лет наблюдений (количество членов в ряду).

16. Наинизшие уровни различной обеспеченности (вероятности положения ниже заданной отметки) определяют по эмпирической кривой обеспеченности минимальных годовых уровней, построенной по многолетнему ряду минимумов, ранжированному в порядке убывания его членов. Обеспеченность членов ряда P % при построении кривой рекомендуется вычислять по формуле

, (75)

где m и n соответствуют обозначениям в формуле (74).

17. Если продолжительность наблюдений за уровнем в заданном пункте А недостаточна, экстремальные значения уровня , различной обеспеченности в этом пункте рекомендуется вычислять с использованием сведений по пункту-аналогу Б с длинным рядом наблюдений по формуле

, (76)

где - экстремальный уровень заданной обеспеченности, определяемый по эмпирической кривой обеспеченности годовых экстремальных уровней в пункте-аналоге Б; и - средние многолетние значения годовых экстремумов соответственно в пунктах А и Б.

Величина определяется осреднением многолетнего ряда годовых экстремумов в пункте Б. Для нахождения нужно сделать выборку 10-15 наибольших (или наименьших) значений месячных экстремумов за период наблюдений в пункте А и такую же выборку за тот же период в пункте Б. Оба ряда полученных значений следует ранжировать в порядке убывания; затем нужно построить график связи между значениями экстремумов с одинаковыми порядковыми номерами в обоих рядах и по значению в пункте Б снять с графика искомое значение в пункте А.

18. Наивысший уровень проточного водоема при отсутствии наблюдений за уровнем рекомендуется определять по кривой расходов Q = f(Z) в истоке согласно СНиП 2.01.14-83 "Определение расчетных гидрологических характеристик".

19. Наивысший уровень бессточного водоема при отсутствии наблюдений за уровнем рекомендуется определять по кривой зависимости объемов данного водоема от отметки уровня. Расчетный уровень при этом принимают соответствующим расчетному объему притока в водоем за период половодья, вычисляемому согласно СНиП 2.01.14-83.

20. Значение наивысшего уровня, полученное расчетным путем при отсутствии наблюдений за уровнем, необходимо откорректировать путем введения поправки (со знаком плюс) на ветровой нагон. Высоту нагона м рекомендуется вычислять по формуле

, (77)

где - скорость ветра малой повторяемости на высоте 10 м над водной поверхностью, определяемая по требованиям обязательного приложения 13, м/с; - расстояние от расчетной точки в створе перехода до нормали к направлению ветра, проходящей через центр тяжести водоема, м; g - ускорение свободного падения, ; - средняя глубина водоема на участке протяженностью , м.

Расчет следует выполнять для двух точек, расположенных у противоположных берегов водоема в створе трубопровода. В качестве поправки в каждой точке необходимо принимать наибольшее значение из рассчитанных при различных направлениях ветра.

21. Обеспеченность экстремальных уровней при проектировании перехода необходимо задавать в соответствии со СНиП 2.06.04-82 "Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения".

Определение колебаний уровня и расчетных уровней малой повторяемости

22. Годовую величину колебаний уровня определяют как разность между максимальным и минимальным уровнями в году, а многолетнее значение колебаний - как разность между максимальным и минимальным годовыми уровнями за весь многолетний период наблюдений.

Среднюю годовую величину колебаний уровня находят путем осреднения годовых величин колебаний за многолетний период наблюдений.

23. Среднюю годовую величину колебаний уровня см при отсутствии данных наблюдений рекомендуется рассчитывать по формуле

, (78)

где - параметр, определяемый по данным наблюдений за уровнем на смежных морфологически однородных водоемах, для которых и известны ( равен 20 для Северо-Запада ЕТС и 32 для северных и центральных областей ЕТС); - коэффициент, равный отношению площади бассейна водного питания водоема к площади зеркала водоема.

Применение формулы (78) ограничено значениями . Формула неприменима для водоемов с аномальным и искаженным естественным режимом уровня.

24. Годовую величину колебаний уровня расчетной обеспеченности при отсутствии данных наблюдений следует определять по теоретической кривой обеспеченности, которая строится по значениям коэффициента асимметрии и коэффициента вариации , равного коэффициенту вариации годовых величин колебаний уровня изученных водоемов данного региона.

25. Годовые величины колебаний уровня различной обеспеченности при наличии многолетних наблюдений необходимо определять по эмпирической кривой обеспеченности.

Многолетнюю величину колебаний уровня заданной обеспеченности определяют по эмпирическим кривым обеспеченности годовых экстремальных уровней как разность между максимальным и минимальным значениями уровня, имеющими одинаковую обеспеченность, равную заданной.

26. Величины колебаний уровня в безледный период и периоды ледовых явлений необходимо определять в соответствии с требованиями пп. 22 и 25 настоящего обязательного приложения путем выборки данных наблюдений не за весь год, а за указанные периоды или фазы режима водоема.

27. Кратковременные колебания уровня (продолжительностью от нескольких часов до нескольких суток), вызываемые ветровыми сгонами-нагонами, сейшами и попусками ГЭС (на речных водохранилищах), определяют по записям уровня самописцем или по данным учащенных наблюдений на гидрологическом посту.

При отсутствии наблюдений величины сгона и нагона рекомендуется вычислять по формуле (77), величину сейшевых колебаний уровня допускается принимать приближенно равной величине сгонно-нагонных колебаний, а величину колебаний м, вызванных попуском ГЭС, вычислять приближенно по формуле

, (79)

где - изменение расхода за время попуска, ; - ширина и - средняя глубина водохранилища на участке расположения перехода, м; g - ускорение свободного падения, .

Формулу (79) целесообразно применять для руслового приплотинного участка протяженностью несколько десятков километров, а также для руслового участка в зоне выклинивания подпора, если водохранилище входит в каскад и ограничено гидроузлом в верхнем (входном) створе, через который осуществляются попуски.

28. Средний суточный уровень малой повторяемости - 1 раз в n лет - необходимо рассчитывать по многолетней эмпирической кривой обеспеченности средних суточных уровней в соответствии со значениями обеспеченности P % (табл. 29) при анализе режима уровня за весь год, а для безледного периода и периодов ледовых явлений (замерзание, ледостав, вскрытие) значения обеспеченности (табл. 29) следует умножить на частное от деления продолжительности года на продолжительность соответствующего периода (в сутках).

Таблица 29

      Годы            1         5        10        20        50       100

      P %       0,27384   0,05477   0,02738   0,01369   0,00548   0,00274

29. Значения среднего годового, среднего месячного уровней и средних уровней за безледоставный период и периоды ледовых явлений повторяемостью 1 раз в n лет (вероятностью превышения (1/n) 100%) следует определять по многолетним эмпирическим кривым обеспеченности названных уровней в соответствии с заданным значением обеспеченности (вероятности превышения).

30. Для построения надежных многолетних кривых обеспеченности уровней, указанных в п. 29 настоящего обязательного приложения, для гидрологического поста А с коротким рядом наблюдений n пользуются следующим приемом.

Выбирают ближайший к рассматриваемому посту А и участку расположения перехода трубопровода пункт-аналог Б с длинным рядом наблюдений N и строят многолетнюю за N лет кривую обеспеченности уровней в пункте Б, затем - кривые обеспеченности за период n лет синхронных наблюдений в обоих пунктах и график связи значений уровня, соответствующих одинаковой обеспеченности на обеих кривых. По графику связи осуществляют переход от ординат (значений уровня) многолетней кривой обеспеченности уровней в пункте-аналоге Б к ординатам искомой многолетней кривой обеспеченности в заданном пункте А.

31. Перечисленные в настоящем обязательном приложении характеристики режима уровня необходимо учитывать при оценке изменения глубин в створе перехода трубопровода, при расчетах элементов волн, при расчетах переформирования берегов и деформаций дна береговых отмелей, при расчетах вдольбереговых перемещений наносов и оценках заносимости прорезей, а также при выборе технических средств и сроков проведения строительных работ.