Общие сведения

И РАСЧЕТНОГО РАСХОДА СТОКА

Примерно три четверти земного шара покрыто водной оболочкой ─ Мировым океаном.

С поверхности морей и океанов благодаря солнечной радиации испаряется огромное количество воды (505 тыс. км³ в год). Поднимаясь в верхние слои атмосферы, испарившаяся влага конденсируется и выпадает в виде дождя, снега или града. Однако на сушу переходит относительно небольшое количество влаги ─ около 8 % всего испарения с морей и океанов. Это количество воды и является активным в общем круговороте воды. Вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на поверхность земли и на предметы, называется осадками. Эти осадки, стекая с возвышенных мест в понижения рельефа, оказывают неблагоприятное воздействие на преграждающие им путь дорожные сооружения.

Воды, находящиеся на поверхности суши в виде различных водных объектов, называются поверхностными водами, а находящиеся под земной поверхностью ─ подземными водами. Изучением их занимаются науки гидрология и гидрогеология.

Основным понятием в гидрологии суши считается водный объект. Водные объекты подразделяются на водотоки и водоемы.

Водный объект, в котором вода движется в направлении уклона в углублении земной поверхности, называется водотоком. Различают постоянные водотоки (движение воды происходит в течение всего года или большей его части) и временные (движение воды происходит меньшую часть года или эпизодически).

Водный объект в углублении суши, характеризующийся замедленным движением воды или полным его отсутствием, называется водоемом.

Для разработки проектов транспортных сооружений, подверженных воздействию водных объектов, необходимо собрать ряд гидрологических данных. Эти данные должны характеризовать поведение водных объектов, которые пересекаются дорогой или вдоль которых она проходит. Размеры отверстий труб и мостов, поперечных сечений канав и быстротоков, перепадов и кюветов определяются по расходу воды. Расход является исходной величиной для таких гидрологических параметров, как скорость и глубина потока. Расход воды ─ объем воды, проходящий в данном сечении реки (трубы, моста или другого искусственного сооружения) в единицу времени, как правило, в дорожных гидрологических расчетах измеряется в кубических метрах в секунду (м³/с). Значение гидрологических данных, необходимых для проектирования дорожных сооружений, принимают к расчету по результатам обработки многолетних рядов наблюдений (например, за расходом или уровнем реки или ручья). В случаях, когда на обследуемых водных объектах не велись гидрометрические измерения, данные получают по аналогии с ранее 4

изученными водными объектами, находящимися в районе расположения проектируемой дороги.

Количество воды, поступающее в водный объект, зависит, в основном, от площади, с которой она собирается, получившей название ''бассейн''.

Бассейном, или водосбором, называется площадь земной поверхности, находящаяся выше по течению от замыкающего створа этого бассейна (проектируемого искусственного сооружения), с которого возможен к нему сток по склонам, логам и долинам.

Бассейн в общем случае состоит из поверхностного и подземного водосборов. Поверхностный водосбор представляет собой участок поверхности, с которого поступают воды в водный объект, а подземный водосбор образуют толщи почвогрунтов. Как правило, подземный и поверхностный водосборы по площади не совпадают. Однако из-за больших затруднений в определении границы подземного водосбора обычно в расчетах размеры бассейна принимают в пределах только поверхностного водосбора и вследствие этого не делают различия между терминами ''бассейн'' и ''водосбор'' или объединяют их термином ''водосборный бассейн''.

Гидрографические характеристики водосборных бассейнов определяются, как правило, по имеющимся топографическим материалам (картам, планам), а при их отсутствии ─ по данным полевых рекогносцировочных обследований местности. В результате этого собираются следующие сведения, позволяющие учесть основные особенности стока:

- название и местоположение водосборных бассейнов по трассе дороги;

- площади водосборных бассейнов;

- длины водотоков;

- отметки истока и у расчетного створа;

- общий характер рельефа бассейна (равнинный, холмистый и гористый);

- уклон лога;

- типы почв, видовой состав растительности и их распространение по направлению дороги и площади каждого водосбора;

- наличие и местоположение озер, болот, марей, бессточных впадин, пахотных земель, карстовых, мерзлотных и других явлений;

- наличие и местоположение прудов, водохранилищ, каналов, арыков, плотин, запруд, мостов и других искусственных сооружений.

Для определения площади водосборного бассейна и указанных выше характеристик устанавливают границы каждого из пересекаемых водосборных бассейнов. Границы бассейнов определяемые по горизонталям на картах и проводят в виде плавных линий.

Водоразделом называется линия, проходящая по наивысшим точкам данного рельефа местности, сток воды с которого происходит в смежные бассейны (рис.1.1). Стрелками показаны направления течения воды. 5

Одной из границ водосборного бассейна является трасса проектируемой дороги.

Рис. 1. 1. План водосборного бассейна

Площадь водосборного бассейна является его основной характеристикой. Измеряется она в квадратных километрах и определяется по картам или планам различного масштаба. При определении границ водосборных бассейнов площадью до 100 км следует пользоваться картами масштаба крупнее 1:1000000. При их отсутствии, а также при площадях бассейнов менее 0,25 км следует производить натурную съёмку. При выборе масштаба карт следует стремиться к тому, чтобы бассейн изображался площадями не менее 5 см².

По трассе дороги производится разбивка пикетажа с выделением всех точек перелома рельефа местности: наивысших, называемых водораздельными, и наинизших точек тальвега, которые отмечаем как плюсовые точки. Через каждую водораздельную точку, намеченную по оси дороги, начинается построение границы водосборного бассейна с верховой стороны от дороги. Проводится плавная водораздельная линия, которая в промежутке между горизонталями может изгибаться в соответствии с рельефом местности, но всегда перпендикулярна горизонталям в месте её пересечения.

Проводимые по соседним водоразделам границы водосборного бассейна могут соединяться на склоне в одну наиболее высокую точку водосборного бассейна, либо выходить к так называемому верховому или главному водоразделу. Главный водораздел проводится в виде плавной линии по цепи возвышенностей, холмов или гор, отделяющих бассейн одного большого водного объекта (реки, озера, моря) от другого.

Далее штриховой линией проводится в каждом водосборном бассейне тальвег (в переводе с немецкого ─ долинный путь), т.е. линия, соединяющая наинизшие точки рельефа местности (дно долины) в бассейне. Линия в промежутке между горизонталями может плавно изгибаться в соответствии с рельефом местности, но всегда проводится перпендикулярно к месту пересечения горизонтали в наиболее удалённой по линии тальвега точке.

горизонтали

водораздел

дорога

тальвег 6

В случаях, когда направление лога, тальвега или границ водосборного бассейна трудно определить, необходимо принимать направление стока по линиям, перпендикулярным горизонталям.

Рис. 1. 2. Сводный план водосборных бассейнов

После установления границ всех водосборов, пересекаемых трассой дороги, составляют общий план бассейнов (рис.1. 2), на котором показывают проектируемую дорогу, намечаемые варианты, границы бассейнов, русла водотоков, логов и тальвегов со всеми притоками и ответвлениями, существующие дороги и другие искусственные сооружения, озера, болота, мари, границы лесов, пашен и других угодий, а также населённые пункты.

На каждом бассейне указывают порядковый номер, по ходу пикетажа или километража, площадь бассейна в квадратных километрах и название водотока. Сводный план бассейнов ─ основной изыскательский документ, на основании которого выполняют гидрологические расчёты мостов и труб.

На водосборных бассейнах с неясно выраженными водоразделами производят уточнение границ бассейнов путем аэровизуальных или наземных рекогносцировочных обследований либо инструментальными измерениями с разбивкой в натуре оси тахеометрических ходов и обязательной фиксацией следующих контрольных точек: истоков, смежных водоразделов, мест переливов из одного бассейна в другой, имеющих в некоторых случаях самостоятельные русла, изменение характера растительности и т.п.

Способ полевых обследований неясно выраженных водоразделов определяют в каждом конкретном случае, исходя из их стадии, сроков выполнения и объёмов изыскательских работ, наличия топографических материалов, характера местности и степени залесенности.

При необходимости определения границ бассейнов путём непосредственного их обследования в незалесенной и открытой местностях с хорошо выраженными водоразделами целесообразна прокладка теодолитных ходов по боковым и верховым водоразделам с замером расстояний и углов или магнитных азимутов (рис. 1. 3).

f₁

26,3

f₂

17,9

f₃

34,1

f₄

37,0

11 7

Рис. 1. 3. Схема теодолитных ходов

В случаях хорошо выраженного верхового водораздела прокладывают теодолитный ход по этому водоразделу, а также аналогичные ходы по дну логов от трассы дороги до этого водораздела. Боковые границы водоразделов устанавливают по водораздельным точкам продольного профиля дороги и общим начертаниям верхового водораздела и соседних логов. В наиболее сложных случаях целесообразно уточнить границы бассейнов путём их обхода вдоль боковых водоразделов или прокладками теодолитных ходов.

В районах, где наблюдаются случаи образования во время паводков отдельных водотоков при переливе воды через водоразделы, также необходимо выполнить теодолитные ходы вдоль этих русел с целью определения длины водотока и режима стока.

При наличии на водосборных бассейнах существующих автомобильных дорог границы бассейнов определяют с учетом их положения. Ось дороги принимают за искусственный водораздел, ограничивающий собственно площадь бассейна. На плане бассейнов обозначают все водопропускные сооружения на существующих дорогах и устанавливают границы бассейнов, в которых формируются максимальные расходы для этих сооружений.

При гидравлическом изучении водотоков устанавливают границы районов или участков дороги с однородными морфологическими признаками по типам почвогрунтов, растительности и рельефа.