Введение к работе
Актуальность темы. Развитие лесной отрасли полностью зависит от создания развитой транспортной инфраструктуры, обоснованность размещения которой в лесном массиве предопределяет эффективность всего лесозаготовительного процесса. В свою очередь, рациональность размещения дорожной сети определяется на стадии предпроектных изысканий. В технологической цепи строительства лесовозных и лесохозяиственных дорог, изыскания регламентируются СНиП 11-02-96 (инженерные изыскания), в т. ч. СП 11-103-97 (гидрометеорологические изыскания). Для расчета расходов заданной вероятности при проектировании водопропускных сооружений используется СП 33-101-2003 (расчетные гидрологические характеристики); для оценки возможного воздействия проектируемого сооружения на окружающую среду - СП 11-101-95.
В зависимости от местоположения лесной автодороги на конкретном участке (для 2 дорожно-климатической зоны) - в приводораздельной или склоновой части водосбора - количество пересекаемых временных и постоянных водотоков в среднем составляет от 0,25 до 8 переходов на километр дороги. Около 10 % пересекаемых водотоков являются малыми, с площадью водосбора менее 50 км , и 85 % - очень малыми, с площадями менее 5 км (ГОСТ 19179). Такие водотоки практически не охвачены сетью гидрологических наблюдений, обеспеченные расчетные ливневые паводки на них всегда превышают паводки весеннего половодья той же обеспеченности и СП рекомендует проводить расчеты по формуле метода предельной интенсивности ливня (п.7.44 СП 33-101-2003).
В этом методе такие важнейшие особенности местности как залесен-ность и заболоченность не учитываются, в то время как они являются определяющими при определении размеров водопропускных и водоотводных сооружений. В результате, расхождение между рассчитанными обеспеченными расходами в сравнении с наблюденными, достигает тысячи и более процентов.
Альтернативой подобному подходу является построение физически обоснованных математических моделей, способных на основании параметрически заданных характеристик индивидуального бассейна дать не только расчетные характеристики заданной вероятности прохождения стока, но и спрогнозировать их изменение под воздействием проектируемого сооружения и хозяйственной деятельности на территории бассейна (например, сплошных рубок). Такая возможность предусмотрена в существующем СП, где рекомендуется для контроля при проведении альтернативных методов расчета, проведение анализа, включающего сравнитель-
ную оценку погрешностей расчетов по различным методам (п. 4.1 ОП СП 33-101-2003).
Актуальность реализации разрабатываемой методики, как одного из приоритетных направлений развития естественных наук в текущем десятилетии, отмечается и Международной ассоциацией естественных наук (2003-2013 гг.). Главной целью международного проекта РUB (Predictions in Ungauged Basins) является создание математических моделей для прикладных расчетов на территориях, не охваченных гидрометрическими наблюдениями для решения хозяйственных задач.
Таким образом, методика, способная учесть ландшафтные особенности водосбора при расчетах расходов заданной вероятности в створе пересечения лесовозной дороги, отвечала бы любым запросам проектировщиков, работающих в сфере проектирования водоотводных и водопропускных дорожных сооружений.
Целью работы является обоснование характеристик водопропускных и водоотводных сооружений на основании учета физико-географических особенностей местности.
В соответствии с поставленной целью, в диссертации последовательно решались следующие задачи:
Анализ принципов, на которых основаны существующие методики расчета стоковых характеристик.
Разработка физически обоснованной математической модели стока воды с малых бассейнов.
Разработка алгоритма модели.
Разработка методики расчета характеристик стока заданной обеспеченности и соответственно параметров водопропускных отверстий гидротехнических сооружений в створе пересечения проектируемой лесовозной дорогой с учетом ландшафтных особенностей местности.
Разработка принципов построения информационной базы ландшафтных характеристик, необходимых для оценки параметров модели.
Разработка методики оценки параметров модели.
Оценка влияния хозяйственной деятельности в бассейне на условия формирования стока.
Объект исследования - водопропускные сооружения лесных дорог на малых лесных бассейнах.
Предметом исследования является характеристики водопропускных и водоотводных сооружений лесных дорог.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
- теоретическом обосновании математической модели расчета стока с
малых лесных бассейнов для целей проектирования водопропускных гид-
ротехнических автодорожных сооружений, учитывающей конкретные почвенно-грунтовые, растительные и географические особенности местности;
разработке методики расчета характеристик стока воды с малых водосборов заданной обеспеченности при проектировании водопропускных и водоотводных гидротехнических автодорожных сооружений;
обосновании метода оценки и назначения физических параметров модели, характеризующих индивидуальные особенности местности;
получении возможности оценить влияние хозяйственной деятельности или изменений климата на работоспособность проектируемого гидротехнического сооружения.
Практическая значимость. Разработанная методика внедрена и использована при расчетах отверстий водопропускных сооружений для малых водотоков лесной зоны Европейской части РФ в ряде проектно-изыскательских организаций (ЛенТИСИЗ, Геопроектизыскания, Геотран-синжиниринг, НПО Гидротехпроект).
Основные положения, выносимые на защиту.
Физически обоснованная математическая модель стока с малых бассейнов, учитывающая конкретные растительные, повенно-грунтовые условия для расчета характеристик водопропускных и водоотводных сооружений лесных дорог.
Алгоритм расчета стока с малых бассейнов лесной зоны РФ с учетом конкретных особенностей местности.
Принципы построения информационной базы для расчета стока с малых бассейнов при отсутствии гидрометрических наблюдений.
Методика оценки и назначения параметров модели в лесосырьевых регионах, не охваченных стандартной сетью гидрометрических наблюдений.
Оценка влияния хозяйственной деятельности на формирование стока воды с бассейна.
Обоснованность и достоверность положений и выводов диссертации подтверждается:
методологией исследования, основанной на физических закономерностях движения воды;
соответствием полученных по предлагаемой методике суточных значений стока результатам многолетних натурных наблюдений.
Апробация работы. Основные положения и выводы диссертации докладывались автором на следующих конференциях:
научно-методические семинары, СПбГЛТА, 2007 - 2009г.г.;
научно-технические конференции кафедры сухопутного транспорта леса, СПбГЛТА, 2009-2010 г.г.
Основные положения работы изложены в 10 статьях, в том числе в 3 изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, общим объемом 125 страниц, 25 рисунков, 51 таблицы, списка использованных источников (105 наименований) и 12 приложений.
