Введение к работе
Актуальность работы. Аккумулируемый в водохранилищах речной сток обеспечивает повышение надежности хозяйственно - питьевого и производственного водоснабжения. Однако накопление в них больших объемов воды повышает опасность наводнений и затоплений в случае прорыва плотин. По данным Международной комиссии по большим плотинам 138 прорывов произошли на насыпных плотинах, из них 71 плотина была разрушена из-за перелива воды через гребень. В подавляющем большинстве случаев причиной прорывов оказалась недостаточная пропускная способность водосбросных устройств, вследствие заниженной оценки максимального стока. Другой причиной явились ошибки службы эксплуатации. Потенциальная возможность прорыва грунтовых плотин заложена в действующих в России строительных нормах и правилах. Размеры водосбросов гидроузлов устанавливаются на пропуск максимальных расходов воды определенной повторяемости, зависящей от класса капитальности. Если будет наблюдаться расход воды более редкой повторяемости, то не исключается вероятность переполнения водохранилища, перелив воды через гребень и разрушение плотины.
Несовершенство оценки величины максимального стока, ее занижение часто является следствием слабой изученности водного режима водотока, генезиса формирования максимумов. Наводнения на реках горного Урала в последние десятилетия, особенности времени их наступления (на подошве весеннего половодья или некоторое время спустя) указали на существование в сильно пересеченном рельефе относительно невысоких Уральских гор новой генетической совокупности максимального речного стока -смешанных паводков, в формировании которых участвуют жидкие осадки и остаточные снегозапасы на горной территории. Отсутствие ежегодной повторяемости таких паводков обуславливает более высокие значения коэффициентов вариации и асимметрии их характеристик по сравнению с максимумами снегового и дождевого происхождения. В связи с этим максимальные расходы смешанного происхождения редкой повторяемости являются расчетными не только для малых, но и средних рек в горной местности.
Превышение экстремумов смешанных паводков над максимумами весеннего половодья и дождевых паводков, отсутствие методических рекомендаций по их определению потребовало проведение углубленного исследования условий формирования и расчетов характеристик максимального стока смешанных паводков, необходимых для проектирования и надежной эксплуатации водохозяйственных объектов.
Цель и задачи исследования. Основной целью настоящей работы является исследование характеристик максимальных расходов воды и определение слоев стока смешанных паводков для повышения степени безопасности и
надежности эксплуатации гидротехнических сооружений. Для достижения этой цели решены следующие задачи:
выполнен анализ и обобщение материалов наблюдений УГМС и других организаций по максимальным расходам воды и слоям стока смешанных паводков на горных водосборах за многолетний период (1938-1993 г.г.);
выявлены связи между фактическими и соответственно обеспеченными величинами максимальных расходов воды и слоев стока смешанных паводков;
разработана методика районирования территории по условиям формирования смешанных паводков;
разработана методика оценки расчетных значений максимальных расходов воды и слоев стока смешанных паводков.
Методика исследований. В основу исследований положено принятое представление о речном стоке как стохастическом процессе. В работе использованы статистические и ландшафтно-гидрологические методы, в том числе Г.А. Алексеева (1971) и Сингха-Аминиана (1986). Для сглаживания и экстраполяции эмпирических кривых распределения ежегодных вероятностей превышения применены методы, рекомендованные в нормативной литературе (трехпараметрическое гамма распределение).
Предметом исследований являются характеристики максимального стока смешанных паводков, влияющие на режим и безопасность эксплуатации гидротехнических сооружений и защиты населенных пунктов от наводнений и затоплений.
Научная новизна. В работе впервые в России применен метод Сингха-Аминиана для определения генетической связи величин слоев стока и максимальных расходов воды. Использование этого метода для смешанных паводков позволило уточнить методику расчета максимальных расходов воды и слоев стока рек, провести районирование территории, а также построить региональные карты слоев стока смешанных паводков различной обеспеченности, выдать рекомендации по использованию результатов исследований в водохозяйственной и гидрологической практике.
Практическая ценность исследований. Результаты, полученные в работе, предназначены для использования при выполнении гидрологических расчетов при проектировании народохозяйственных объектов, в частности гидротехнических сооружений. Методология проведения исследований может быть использована для разработки методики расчета характеристик паводков смешанного происхождения по другим регионам и субъектам России. Выводы, сформулированные в работе, могут широко использоваться в практике гидрологических расчетов и прогнозов, при подготовке инженеров водного хозяйства, планировании водохозяйственной
деятельности на территориях, для которых характерно формирование паводков смешанного происхождения.
Апробация работы и использование результатов. Основные положения и результаты исследований докладывались на:
- Международном симпозиуме по использованию водных ресурсов,
(Санкт-Петербург, 1995 г.);
Всероссийском совещании при подготовке к изданию нового СНиП-
98 по гидрологии, (С.-Петербург, 1998 г.).
По теме диссертации опубликованы три работы. Результаты
диссертационной работы использованы при выполнении расчетов по
реконструкции Красногурьинского гидроузла, Киселевского гидроузла с
защитой объектов, расположенных в нижнем бьефе плотины на р. Какве.
На защиту выносятся:
методика определения экстремальных расходов воды смешанных паводков для горных рек;
использование метода Сингха-Аминиана для определения характеристик максимального стока смешанных паводков и районирования территории;
региональные карты слоев стока смешанных паводков;
рекомендации по определению характеристик максимального стока воды для неизученных водосборов и при наличии материалов наблюдений.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы (76 наименований). Общий объем работы 89 страниц, включая 11 таблиц, 38 рисунков.