Максимальный сток паводков смешанного происхождения и рациональное его использование: На примере бассейна р. Тавды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 11.00.11, кандидат географических наук Загарский, Александр Николаевич

• Загарский, Александр Николаевич
• кандидат географических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат географических наук Загарский, Александр Николаевич

Введение.

1. Анализ основных причин возникновения чрезвычайных ситуаций на водных объектах Уральского региона.

2. Физико-географическая характеристика бассейнов горных рек

Северного Урала.

3. Современное состояние исследований в области расчетов максимальных расходов воды и слоев стока смешанных паводков.

4. Методика расчетов максимальных расходов воды и слоев стока смешанных паводков.

4.1 Исходная информация.-.

4.2 Параметры взаимосвязи максимальных расходов воды и слоев стока.

4.3 Максимальные расходы воды.

4.4 Слои стока.

4.5 Связь равнообеспеченных максимальных расходов воды и слоев стока. Сопоставление расчетных значений максимальных расходов воды и слоев стока.

4.6 Рекомендации по расчету характеристик максимального стока воды.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Максимальный сток паводков смешанного происхождения и рациональное его использование: На примере бассейна р. Тавды»

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 [8]. 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 [53]. 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 [1,2,23,50 и др.]. В работе использованы статистические и ландшафтно-гидрологические методы, в том числе Г.А. Алексеева [1] и Сингха-Аминиана [75]. Для сглаживания и экстраполяции эмпирических кривых распределения ежегодных вероятностей превышения применены методы, рекомендованные в нормативной литературе (трехпараметрическое гамма распределение) [42,52].

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 изданйю нового СНиП-98 по гидрологии, (С.-Петербург, 1998 г.).

По теме диссертации опубликованы три работы. Результаты диссертационной работы использованы при выполнении расчетов по реконструкции Краснотурьинского 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.

Заключение диссертации по теме «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», Загарский, Александр Николаевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований сделаны следующие выводы.

1. Максимальные расходы . воды смешанных паводков редкой повторяемости (Р<1%) в 1,1-1,9 раз превышают соответственные максимумы весеннего половодья и дождевых паводков на водосборах рек южной и средней совокупностей Северного Урала (Лобва, Ляля, Каква, Вагран), а также в верховьях р. Лозьвы и должны приниматься в качестве расчетных при проектировании гидротехнических сооружений 1-Ш классов капитальности.

2. Слои стоков смешанных паводков редкой повторяемости (Р<1%) составляют:

- 30-90% от соответственных слоев стока весеннего половодья;

- 70-200%) от соответственных слоев стока дождевых паводков, причем смешанные паводки многоводнее на водосборах южной и средней совокупностей Северного Урала (Лобва, Ляля, Каква, Вагран), а также в верховьях р. Лозьвы.

Достоверное значение коэффициентов пространственно-временной корреляции характеристик смешанных паводков возможны, как правило, при удаленности центров тяжести водосборов не более 50 км.

В бассейнах рек Лобвы, Ляли, Каквы, Ваграна следует проверить соответствие пропускной способности водосбросов гидроузлов установленным величинам максимальных расходов воды и слоев стока и осуществить при необходимости реконструкции водосбросов гидроузлов, откорректировать "Правила эксплуатации водохранилищ".

Разработку очередности реконструкции водосбросов гидроузлов и размещение объектов в прибрежной полосе рек необходимо производить в зависимости от соотношения возможного ущерба и стоимости объектов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Загарский, Александр Николаевич, 2000 год

1. Алексеев Г.А. Объективные методы выравнивания и нормализации корреляционных связей. Л., Гидрометеоиздат, 1971 362 с.

2. Алексеев Г.А. Генетико-статистический метод определения вероятности максимальных расходов. Труды ГТИ, вып. 43(97), 1954 с. 5-21.

3. Барышников Н.Б. Морфология, гидрология и гидравлика пойм. Л., Гидрометеоиздат, 1984 280 с.

4. Барышников Н.Б., Самусева Е.А. Системный подход к оценке сопротивлений речных русел. С.-П., издательство РГМИ, 1992 80 с.

5. Болдаков Е.В. Переходы через водотоки. М., "Транспорт", 1965 422 с.

6. Буданов Н.Д. Особенности геологического строения и гидрогеологическая карта Урала. Труды института геологии и геохимии УФАН СССР, вып. 84, издательство "Уральский рабочий", Свердловск, 1970-78 с.

7. Быков В.Д. Сток рек Урала. М., издательство МГУ, 1963 142 с.

8. БЭС (Безопасность энергетических сооружений). Научно-технический и производственный сборник №1,1998. М., АО НИИЭС 112 с.

9. Великанова З.М., Ярных H.A. Натурные исследования гидравлики пойменного массива в высокое половодье. Труды ГТИ, вып. 183, 1970 -с.33-53.

10. Ю.Виноградов Ю.Б. Математическое моделирование процессов формирования стоков. Л., Гидрометеоиздат, 1988 312 с.

11. П.Виноградов Ю.Б. Перспективы использования математических моделей для речного стока при строительном проектировании. Труды V Всесоюзного гидрологического съезда, т.6, 1989 с. 34 - 44.

12. Воскресенский К.П. Норма и изменчивость годового стока рек Советского Союза. Л., Гидрометеоиздат, 1984 с. 448.

13. Галактионов С.Л. Пропускная способность русел с поймами в створах мостовых переходов В сб. Динамика русловых потоков, вып. 98, издательство ЛГМИ, 1987 - с. 80-83.

14. Гельфан А.Н. Динамико-стохастические модели формирования речного стока. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата наук. М., 1989-22 с.

15. Гидрология суши. Термины и определения. ГОСТ 19179 73. Государственный комитет стандартов Совета министров СССР. М., 197334 с.

16. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М., "Наука", 1970-664 с.

17. П.Евстигнеев В.М., Калинин Г.П., Никольская Н.В. Основы расчета естественных колебаний стока по обобщенным кривым обеспеченности. В кн. Исследование и расчеты речного стока. М., издательство МГУ, 1970-с. 6-97.

18. Железняков Г.В., Ибад-заде Ю.А., Иванов П.Л. и др. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. М., Стройиздат, 1983 544 с.

19. Калустян Э.С. Уроки аварий Киселевской и Тирлянской плотин. Гидротехническое строительство, № 4. 1997 с. 48-50.

20. Калинин Г.П. Некоторые закономерности колебаний стока рек Северного полушария. Кн. "Многолетние колебания стока и вероятностные методы его расчета". М., 1967 с. 35 - 44.

21. Каримова Т.И. Методика расчета и прогноза стока весеннего половодья с бассейна р. Белой. Труды ГГИ, вып. 265, 1980 с. 61-73.

22. Картвелишвили H.A. Стохастическая гидрология. JL, Гидрометеоиздат, 1975-164 с.

23. Катьян P.JL, Pao А.Р. Построение динамических стохастических моделей по экспериментальным данным. М., "Наука", 1983 383 с.

24. Клибашев К.П., Горошков И.Ф. Гидрологические расчеты. Л., Гидрометеоиздат, 1970 460 с.

25. Кондратьев Н.Е., Попов И.В., Снищенко Б.Ф. Основы гидроморфологической теории руслового процесса. Л., Гидрометеоиздат, 1982-282 с.

26. Кучеренко В.Е. Расчет стока весеннего половодья на основе регрессионных моделей (на примере рек Южного Урала). Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук. ГГИ, С.-П., 1992-215 с.

27. Кучмент Л.С., Демидов В.Н., Мотовилов Ю.Г., Смахтин В.Ю. Система физико-математических моделей гидрологических процессов и опыт ее применения к задачам формирования речного стока. Водные ресурсы, №5, 1986 с. 24-36.

28. Лесные почвы северной тайги Урала и Зауралья. Труды института экологии растений и животных УФАН СССР, вып. 76. Свердловск, издательство "Уральский рабочий", 1970 123 с.

29. Лесорастительные условия и типы лесов Свердловской области. Институт экологии растений и животных УНЦ АН СССР. Свердловск, издательство "Уральский рабочий", 1973 175 с.

30. Матвеев А.К. Неройки караулят Урал. Свердловск, Средне-Уральское книжное издательство, 1976 216 с.

31. Матвеев А.К. От Пай-Хая до Мугоджар. Названия уральских хребтов и гор. Свердловск, Средне-Уральское книжное издательство, 1984 272 с.

32. Международный симпозиум по паводкам и их расчетам. Тома I и II. Л., Гидрометеоиздат, 1969 1090 с.

33. Международный симпозиум "Расчеты речного стока". Тезисы докладов. ЮНЕСКО, С.-П., 1995

34. Доброумов Б.М.; Клемеш В.; Вукмирович В.; Малишек И.; Тумановская С.М.; Гарцман В.И.; Степанова М.В.; Загарский А.Н.; Мамедов М.А.;

35. Агальцева H.A.; Пак A.B.; Перевозников Б.Ф. с. 25 - 26, 52, 82, 84 - 86, 92 - 97.

36. Методические рекомендации по учету стока воды через водосбросные отверстия гидроузлов на малых реках территории Урала. Свердловск, Гидрометеорологический центр УрУГКС, 1986 26 с.

37. Методические указания республиканским и территориальным управлениям по гидрометеорологии и контролю природной среды, № 92. Л., Гидрометеоиздат, 1979 48 с.

38. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, вып. 6, ч. I и II. Л., Гидрометеоиздат, 1978 384 е., 266 с. ~

39. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Части 1-6, вып. 9. Л., Гидрометеоиздат, 1990 557 с.

40. Оленев A.M., Шувалов Е.Л. География Свердловской области. Свердловск, Средне-Уральское издательство, 1978 78 с.

41. Основные правила использования водных ресурсов Колонгинского водохранилища. Свердловск, УралНИИВХ, 1982 35 с.

42. Переходы через водотоки (под редакцией к. т. н. Бегама Л.Г.). М., "Транспорт", 1973-456 с.

43. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. Л., Гидрометеоиздат, 1984-448 с.

44. Почвы и гидрологический режим лесов Урала. Труды института биологии УФ АН СССР, вып. 36. Свердловск, Облполиграфиздат, 1963 104 с.

45. Рекомендации по методике определения экстремальных гидрометеорологических характеристик. ПНИИИС Госстроя СССР. М., Стройиздат, 1981 -41 с.

46. Ресурсы поверхностных вод СССР. Том 11. Средний Урал и Приуралье. Л., Гидрометеоиздат, 1973 846 с.

47. Решения V всесоюзного гидрологического съезда. Л., ГГИ, 1987 60 с.

48. Решения семинара "Гидрологические расчеты и проблемы их нормирования применительно к современным условиям работы гидрологической сети Росгидромета" 15 17.12.98 г., ГГИ, С.-П. - 2 с.

49. Решение совещания "Опыт использования СНиП 2.01.14-83 и перспективы развития методов расчета основных гидрологических характеристик для строительного проектирования". 20-23.10.92 г., ГГИ, С.-П.-4 с.

50. Рождественский A.B., Ежов A.B., Сахарюк A.B. Оценка точности гидрологических расчетов. Л., Гидрометеоиздат, 1990 — 277 с.

51. Рождественский A.B., Чеботарев А.И. Статистические методы в гидрологии. Л., Гидрометеоиздат, 1974 424 с.

52. Скородумов Д.Е. Вопросы гидравлики пойменных русел в связи с задачами построения и экстраполяции кривых расходов воды. Труды ГГИ, вып. 128. Л., Гидрометеоиздат, 1965 с. 3 - 97.

53. СНиП 2.01.14-83. Определение расчетных гидрологических характеристик. М., Государственный комитет по делам строительства. 1985-37 с.

54. СНиП 2.06.01-86. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования. М., Госстрой СССР, 1989 32 с.

55. СНиП 2.07.01-89. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. М., Госстрой России, ГП ЦПП, 1994 44 с.

56. СНиП П-89-80. Генеральные планы промышленных предприятий. М., Минстрой России, ГП ЦПП, 1994 36 е.

57. СНиП-98. Определение расчетных гидрологических характеристик. Основные положения. I редакция. ГГИ, С.-П., 1998 — 31 с.

58. Соколовский Д.Л. Водные ресурсы рек промышленного Урала и методика их расчета. М., Гидрометеоиздат, 1943 246 с.

59. Сомов Н.В. Асинхронность колебаний стока крупных рек СССР. "Метеорология и гидрология ", № 5, 1963 с. 14-21.

60. Справочник по климату СССР, вып. 9.Ветер. Л., Гидрометеоиздат, 1966 -196 с.

61. Справочник по климату СССР, вып. 9. Влажность воздуха, атмосферные осадки, снежный покров. Л., Гидрометеоиздат, 1968-372 с.

62. Справочник по климату СССР, вып. 9. Температура воздуха и почвы. Л., Гидрометеоиздат, 1965 -363 с.

63. Указ губернатора Свердловской области "О безопасности гидротехнических сооружений в Свердловской области и мерах по обеспечению их сохранности и долговечности" от 29.12.97 г.

64. Федеральный закон "О безопасности гидротехнических сооружений". Собрание законодательства РФ, № 30, 1997, ст. 3589.

65. Чеботарев А.И. Гидрологический словарь. Л., Гидрометеоиздат, 1970 -306 с.

66. Чоу В.Т. Гидравлика открытых каналов. М., Стройиздат, 1969 464 с.

67. Шахов И.С. Оценка расчетных значений максимальных расходов воды смешанного происхождения по рекам Свердловской области. Эколого-водохозяйственный вестник, вып. 1. Издательство "Виктор", Екатеринбург, 1996 с. 156 -163.

68. Шахов И.С. Чрезвычайные ситуации на водных объектах региона, причины их усиления и возможные пути предотвращения. Эколого-водохозяйственный вестник, вып. 2. Издательство "Виктор", Екатеринбург, 1997 с.106 -110.

69. Шахов И.С. Уточнение расчетных характеристик максимального стока по некоторым рекам Урала. Третьи уральские академические чтения. Екатеринбург, 1997 с. 56 - 61.

70. Шелутко В.А. Некоторые закономерности многолетних колебаний стокарек СССР. Труды ГГИ, вып. 196. Л., Гидрометеоиздат, 1973 с. 228 - 243.

71. Гидрологические ежегодники. Государственный водный кадастр. Т. 6. Бассейн Карского моря. 1941 87. Л., Гидрометеоиздат.

72. M.F. Baumgartner, J. Martinec, К. Seidel. Large Area deterministic simulation of natural runoff from snowmelt based on Landsat MMS data. Transactions on geoscience and remote sensing. Vol. 24. № 6, November, 1986-p. 1013-1017.

73. W. Miller. Applying a snowmelt runoff model which utilizes Landsat data in Utah's Wasatch mountains. Cold regions hydrology symposium (July 1986) -p. 541-546.

74. H. Репа, B. Nasarala. Snowmelt runoff simulation model of central Chile Andean basin with relevant orographic effects. Vancouber Symposium. Large scale effects of seasonal snow cover, August 1987 p. 161-172.

75. V.P. Singh, H. Aminian. An empirical relation between volume and peak of direct runoff. Water resources bulletin, vol. 22, № 5, October 1986 p. 725730.

76. Todini E. Rainfall runoff modeling - past, present and future. J. hydrol., 1988, vol. 100, № 1/3-p. 341-352.