8.29M

Category:

geography

Гидрологические расчеты. Максимальный сток рек. Катастрофические паводки и наводнения (Лекция 1)

1.

к.г.н., доц. Сикан Александр Владимирович
Российский государственный гидрометеорологический университет
Гидрологические расчеты
Часть II
лекция № 1
1

Основные темы лекции:
1. Краткий обзор учебной и учебно-методической
литературы по гидрологическим расчетам.
2. Максимальный сток рек – основные понятия и
определения.
3. Катастрофические паводки и наводнения.
4. Назначение расчетной вероятности превышения
(обеспеченности) максимального расхода воды.
5. Расчет гарантийной поправки.
© А. В. Сикан РГГМУ
2

3.

4.

Даниил Львович Соколовский
(1896-1986)
д. т. н., проф., заслуженный деятель
науки и техники, лауреат
Государственной премии, один из
основоположников учения о стоке.
В период с 1945 по 1972 г. - зав. кафедрой
инженерной гидрологии Ленинградского
гидрометеорологического института.
Первая вышедшая в СССР книга, где систематически изложены принципиальные основы и
практические методы расчета основных характеристик речного стока.
Третье издание учебника вышло в 1968 г. Первые два – в 1952 и 1959 гг.
© А. В. Сикан РГГМУ
4

5.

Лауреаты Государственной премии
Сергей Николаевич Крицкий
д. т. н., профессор
(1900-1984)
Михаил Федорович Менкель
д. т. н., профессор
(1898-1972).
Год издания – 1981. В книге рассматриваются
задачи вероятностного описания многолетних
колебаний речного стока. Описаны конкретные
приемы количественного выражения
закономерностей колебаний стоковых
характеристик.
Более ранние издания: «Расчеты речного стока» – 1934 г., «Гидрологические основы речной
гидротехники» – 1950 г., «Водохозяйственные расчеты» – 1952 г.
© А. В. Сикан РГГМУ
5

6.

© А. В. Сикан РГГМУ
Анатолий Вадимович
Рождественский
(1933-2011)
Александр Иванович
Чеботарев
(1912-1977)
д. т. н., профессор, академик
Академии водохозяйственных
наук. Под его руководством
подготовлен СП 33-101-2003 .
д. т. н., профессор, автор
классического учебника
«Общая гидрология» и
«Гидрологического словаря».
Год издания – 1974. Содержит систематическое
изложение статистических методов, используемых
при решении различных гидрологических задач.
Рассмотрены кривые распределения и клетчатки
вероятностей, применяемые в гидрологии, методы
оценки однородности и случайности гидрологических
рядов.
6

7.

Международное руководство по
методам расчета основных
гидрологических характеристик.
Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 248 с.
Изложены методы расчетов
основных гидрологических
характеристик при наличии,
недостаточности и
отсутствии данных
гидрометрических наблюдений
в пункте проектирования.
© А. В. Сикан РГГМУ
Расчеты паводочного стока. Методы
расчетов на основе мирового опыта.
Л.: Гидрометеоиздат, 1978. – 304 с.
серия ЮНЕСКО «Исследования и доклады по
гидрологии»
Изложены методы расчетов
максимальных расходов и уровней
половодий и паводков.
Приводятся методы построения
расчетных гидрографов.
Руководство по гидрологической практике.
Том II. Управление водными ресурсами и
практика применения гидрологических
методов. (ВМО-№ 168). Пятое издание –
1994 г., шестое издание – 2012 г.
Руководство подготовлено Комиссией ВМО
по гидрологии. В его подготовке приняли
участие более 40 специалистов из разных
стран мира, обладающих разнообразным и
богатым опытом.
7

8.

Учебники по гидрологическим расчетам
Горошков
Иван Филиппович
(1913-1994)
Владимиров
Горошков И.Ф.
Гидрологические
расчеты.
Владимиров А.М.
Гидрологические
расчёты.
Л.: Гидрометеоиздат,
1979. – 431 с.
Л.: Гидрометеоиздат,
1990. – 364с.
© А. В. Сикан РГГМУ
Евстигнеев В. М.
Речной сток и
гидрологические
расчеты.
Анатолий Михайлович
(1936-2013)
М.: Изд-во МГУ, 1990. – 304 с.
Евстигнеев
Валерий Михайлович
8

9.

Система нормативных документов СНиП 2.01.14-83
© А. В. Сикан РГГМУ
д
е
Н
т
е
у
в
т
с
ей
о
н
ч
и
т
с
а
Ч
я
с
т
е
у
з
ь
л
о
п
с
и
9

10.

Большинство представленных в
атласе карт утратило силу.
© А. В. Сикан РГГМУ
10

11.

© А. В. Сикан РГГМУ
Одобрен для применения в
качестве нормативного документа
постановлением Госстроя России
№ 218 от 26 декабря 2003 г.
Взамен СНиП 2.01.14-83
Настоящий Свод правил
устанавливает общие положения и
требования к организации и
порядку проведения инженерных
гидрологических расчетов по
определению гидрологических
характеристик …
11

12.

Выдержки из СП 33-101-2003
4.1 Свод правил (СП) содержит основные методы и схемы расчета…
При применении других методов расчетов следует провести анализ,
включающий сравнительную оценку погрешностей расчетов с результатами
расчетов по методам, изложенным в настоящем СП.
4.3 Определение расчетных гидрологических характеристик должно
основываться на данных гидрометеорологических наблюдений, опубликованных в
официальных документах Росгидромета, и неопубликованных данных последних
лет наблюдений…
При отсутствии данных гидрометеорологических наблюдений в пункте
проектирования необходимо проводить гидрометеорологические изыскания.
4.2 Региональные особенности гидрологического режима и соответствующие
методы определения расчетных характеристик учитываются и регламентируются
территориальными строительными нормами (ТСН), имеющими статус
нормативного документа субъекта Российской Федерации.
© А. В. Сикан РГГМУ
12

13.

Научно-прикладные справочники,
выпущенные в ГГИ
http://www.hydrology.ru/izdaniya_ggi_New
13

14.

Методические рекомендации по определению
расчетных гидрологических характеристик при наличии
данных гидрометрических наблюдений. –
Н. Новгород: Вектор-ТиС. 2007. – 134 с.
© А. В. Сикан РГГМУ
Методические рекомендации по определению
расчетных гидрологических характеристик при
недостаточности данных гидрометрических
наблюдений. – СПб, 2007. – 67 с. (Ротапринт ГНЦ РФ
ААНИИ)
14

15.

Методические рекомендации по определению
расчетных гидрологических характеристик при
отсутствии данных гидрометрических наблюдений. –
СПб, изд. «Нестор-История», 2009. – 193 с.
© А. В. Сикан РГГМУ
Методические рекомендации по оценке однородности
гидрологических характеристик и определению их
расчетных значений по неоднородным данным. – СПб,
изд. «Нестор-История», 2010. – 162 с.
15

16.

Программа HydroStatCalc
Программа HydroStatCalc предназначена для
выполнения расчетов гидрологических
характеристик для изученных и недостаточно
изученных бассейнов в соответствии с
требованиями СП 33-11-2003 и положениями
рекомендаций, разработанных в ГГИ.
Руководство пользователя для программы
HydroStatCalc можно скачать по адресу:
http://old.hydrology.ru/metodic/manual_2010.pdf
Методические указания по гидрологическим
расчетам можно скачать с нового сайта ГГИ
по адресу:
http://www.hydrology.ru/izdaniya_ggi_New
© А. В. Сикан РГГМУ
16

17.

2. Максимальный сток рек – основные понятия и
определения
Половодье – фаза водного режима реки, которая ежегодно
повторяется в данных климатических условиях примерно в
одни и те же сроки и характеризуется значительным
повышением водности, высоким и продолжительным
подъемом уровня обычно с выходом воды на пойму.
Паводок – это фаза водного режима, которая может
многократно повторяться в различные сезоны года и
характеризуется интенсивным, обычно кратковременным,
увеличением расходов и уровней воды и вызывается
дождями или снеготаянием во время оттепелей.
© А. В. Сикан РГГМУ
17

18.

Основные характеристики половодий и паводков:
Максимальный расход воды.
Слой (или объем стока) за половодье (паводок).
Даты начала половодья (паводка).
Дата максимума половодья (паводка).
Дата окончания половодья (паводка).
Продолжительность подъема, продолжительность спада,
общая продолжительность половодья (или паводка).
По характеру происхождения максимальные расходы воды разделяют на:
сформированные в результате снеготаяния;
сформированные выпавшими дождями;
смешанного формирования – от снеготаяния и дождей, когда доли
каждого вида питания близки по величине или их трудно разделить.
© А. В. Сикан РГГМУ
18

19.

3. Катастрофические паводки и наводнения
Катастрофический паводок – выдающийся по величине и
редкий по повторяемости паводок, способный вызвать жертвы и
разрушения.
Наводнение – затопление территории водой, являющееся
стихийным бедствием*.
Наводнение может происходить:
• в результате подъема уровня воды во время половодья или
паводка;
• при заторе или зажоре;
вследствие нагона в устье реки;
при прорыве гидротехнических сооружений.
– Стихийное бедствие – разрушительное природное или природно-антропогенное явление или процесс значительного
масштаба, в результате которого может возникнуть угроза жизни и здоровью людей, произойти разрушение или
уничтожение материальных ценностей и компонентов окружающей природной среды (ГОСТ 22.0.03-97/ГОСТ Р 22.0.03-95).
© А. В. Сикан РГГМУ
19

20.

21.

© А. В. Сикан РГГМУ
Районирование территории РФ по
генезису опасных паводков и
половодий (Дальний восток)
Половодья от снеготаяния
распространены на большей части
территории России.
Паводки дождевого происхождения
охватывают почти весь бассейн реки
Амур, юго-восточную часть бассейна
озера Байкал, верхнюю часть
бассейнов рек Яна и Индигирка.
Паводки смешанного типа
наблюдаются в северо-западной
части России, в предгорьях
Северного Кавказа, Северного
Алтая, Саян и большей части
бассейна реки Лена.
Паводки от заторов льда – весьма
распространенное явление, которое
наблюдается на территории России
почти повсеместно.
21

22.

По данным Росгидромета наводнениям в Российской
Федерации периодически подвержены территории общей
площадью около 500 000 км2.
© А. В. Сикан РГГМУ
Наводнениям с
катастрофическими
последствиями – 150 000 км2,
на которой расположено
более 300 городов, десятки тысяч
населенных мест,
более 7 млн. га
сельскохозяйственных угодий.
22

23.

Районы РФ, где возможны чрезвычайно опасные и опасные наводнения
Бассейны рек где возможны
чрезвычайно опасные наводнения:
Бассейны рек где возможны
опасные наводнения:
Верхней и Средней Оки;
Верхнего Дона,
Кубани;
Верхнего Днепра,
Тобола;
Нижнего Тобола,
Среднего и Нижнего Енисея с
притоками;
Верхнего Енисея,
Верхнего Амура,
отдельные участки Средней Лены и
ее притоков – Алдана, Витима,
Олекмы;
на большей части территории
Приморского края и Сахалина,
реки юга Приморского края.
рек Республики Саха (Якутия) и
северо-востока Сибири
Здесь наводнения могут повторяться
раз в 2-3 года, а максимальная глубина
затопления может превышать 3,3 м.
© А. В. Сикан РГГМУ
Здесь повторяемость наводнений
составляет от одного случая в 2−3 года
до одного наводнения в 10 лет, а
максимальная глубина затопления
может достигать 3,2 м.
23

24.

Число постов, %
Число постов, %
Число постов (в % от общего числа), которые отметили затопление прибрежных
территорий на европейской территории (а) и азиатской территории (б) России
а
В 1990-2010 гг. на европейской части
России наибольшее число наводнений
было отмечено в 1994 и 2005 гг., а на
азиатской части России – в 2010 г.
б
© А. В. Сикан РГГМУ
При этом на азиатской территории
наблюдается постепенное
увеличение числа опасных наводнений.
24

25.

Наводнение на Амуре 2013 года
сформировалось в результате чрезвычайно
редкого сочетания неблагоприятных
гидрометеорологических условий:
во многих частях бассейна количество
осадков за июль-август 2013 года превысило
годовую норму.
наблюдались очень снежная зима и поздняя
весна, в результате – к началу паводка почва
была насыщена влагой на 70-80 %, что
способствовало формированию паводков с
очень высокими коэффициентами стока.
На пике паводка, 3 и 4 сентября, расход воды в
Амуре достигал 46 тысяч м³/с, при норме в 18-20
тысяч м³/с.
Наводнение таких масштабов произошло
впервые за 115 лет наблюдений, и, согласно
моделям, вероятность повторения такого события
— один раз в 200-300 лет.
25

26.

Наводнение в Краснодарском крае в 2012 году
Наводнение было вызвано проливными дождями. В течение 6-7 июля 2012 года выпала более чем
трёхмесячная норма осадков. Число пострадавших – более 34 тысяч человек, погиб 171 человек.
Максимальный расход, прошедший 7 июля по р. Адагум через г. Крымск составил около 1500 м3/с и
почти в два раза превысил исторический максимум 2002 г.
26

27.

Двадцать четыре человека погибли в результате сильных дождей, которые
обрушились на юг Японии в июле 2012 г.
27

28.

В штате Айова и Иллинойс уровень воды поднялся на рекордные 5 метров.
Ущерб от наводнения по ориентировочным подсчетам составил около
миллиарда долларов (июнь 2008 г).
28

29.

4. Назначение расчетной вероятности превышения
максимального расхода воды
Для постоянных речных гидротехнических сооружений
максимальные расходы воды принимаются в зависимости от
класса сооружений для двух расчетных случаев – основного
и поверочного.
Пропуск расхода воды для основного расчетного случая
должен обеспечиваться при НПУ через все водопропускные
сооружения гидроузла при полном их открытии.
Количество агрегатов, участвующих в пропуске расчетных расходов,
должно быть не более:
(n – 1) при числе гидроагрегатов n 6;
(n – 2) при числе гидроагрегатов 7 n 12 ;
(n – 3) при числе гидроагрегатов 13 n 17 ;
(n – 4) при числе гидроагрегатов n 18;
29

30.

Пропуск поверочного расчетного расхода воды
должен осуществляться при наивысшем
технически и экономически обоснованном ФПУ
всеми водопропускными сооружениями
гидроузла.
При этом, учитывая кратковременность прохождения пика
паводка, допускается:
1. уменьшение выработки электроэнергии ГЭС;
2. нарушение нормальной работы водозаборных
сооружений, не приводящее к созданию аварийных
ситуаций на объектах - потребителях воды;
3. повреждение резервных водосбросов, не
снижающее надежности основных сооружений;
4. размыв русла и береговых склонов в нижнем бьефе
гидроузла, не угрожающий разрушением основных
сооружений и др.
30

31.

Ежегодные вероятности превышения Р % расчетных максимальных
расходов воды в зависимости от класса сооружения
(Таблица 2. СП 58.13330.2012. Гидротехнические сооружения. Основные положения)
Классы сооружений
Расчетные
случаи
I
II
III
IV
Основной
Поверочный
0,1
0,01*
1,0
0,1
3,0
0,5
5,0
1,0
* – с учетом гарантийной поправки.
Расчетные сроки службы основных гидротехнических сооружений гидроузла в зависимости от их класса
должны приниматься равными: для сооружений I и II классов – 100 лет; для сооружений III и IV – 50 лет.
При назначении класса сооружения учитываются:
высота гидротехнического сооружения и тип грунтов основания сооружения;
уровень социально-экономической ответственности и условия эксплуатации;
последствия возможных гидродинамических аварий.
© А. В. Сикан РГГМУ
31

32.

33.

34.

35.

5. Расчет гарантийной поправки
К значениям расчетных максимальных расходов воды вероятностью превышения P
= 0,01 % следует прибавлять гарантийную поправку, определяемую по формуле:
Q0,01%
Е0,01%
N
Q0,01%
(1)
коэффициент, характеризующий гидрологическую изученность рек; принимают
равным 1,0 для изученных рек, в остальных случаях – 1,5;
N
E0,01%
число лет наблюдений с учетом приведения к многолетнему периоду;
величина, характеризующая случайную среднеквадратическую ошибку
расчетного расхода воды обеспеченностью P = 0,01%, определяемая по
приложению Б, таблица Б.6 – СП 33-101-2003.
Поправка Q0,01% должна приниматься равной не более чем 20 % значения
максимального расхода воды Q0,01%.
Принимаемый расчетный расход с учетом гарантийной поправки не должен
быть меньше, чем наибольший наблюденный расход.
© А. В. Сикан РГГМУ
35

36.

Значения Е0,01% для распределения Крицкого-Менкеля
Значения
Cs / Cv
Значения Е0,01% при коэффициенте вариации Cv
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
2
0,25 0,45 0,60 0,75 0,88 0,96 1,05 1,14 1,22 1,30 1,38 1,46 1,54 1,60 1,67
3
0,30 0,57 0,84 1,10 1,34 1,55 1,74 1,93 2,12 2,28 2,42 2,56 2,68 2,80 2,92
4
0,40 0,77 1,12 1,43 1,73 2,00 2,22 2,42 2,60 2,77 2,94 3,10 3,26 3,41 3,57
Расчетный максимальный расход обеспеченностью P = 0,01% с учетом
гарантийной поправки определяется по формуле:
© А. В. Сикан РГГМУ
Q0*,01% Q0,01% Q0,01%
(1)
36

37.

Вопросы для самопроверки
1. Раскройте гидрологический смысл терминов «половодье» и «паводок».
2. Перечислите основные характеристики половодий и паводков.
3. Как можно классифицировать максимальные расходы воды по характеру их
происхождения?
4. Дайте определение понятиям «катастрофический паводок» и «наводнение».
5. Как назначается класс гидротехнического сооружения?
6. От чего зависит расчетная обеспеченность максимальных расходов воды?
7. Чем отличаются расчетные расходы воды для основного и поверочного случая?
8. Что такое гарантийная поправка?
© А. В. Сикан РГГМУ
37

38.

© А. В. Сикан РГГМУ
Конец лекции №1
Рекомендуемые материалы для изучения:
1. Владимиров А.М. Гидрологические расчёты: с. 248-250, 257-258.
2. СП 33-101-2003. «Определение основных расчетных гидрологических
характеристик»: п. 1, 2, 3, 4.1.
3. Методические рекомендации по определению расчетных
гидрологических характеристик при наличии данных
гидрометрических наблюдений: с. 47-48.
4. СП 58.13330.2012. Гидротехнические сооружения. Основные
положения – актуализированная редакция СНиП 33-01-2003.
5. ГОСТ 22.0.03-97. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Природные
чрезвычайные ситуации. Термины и определения.
38

English Русский Rules