ВСН 63-76

• часть 1
• часть 2
• часть 3
• часть 4
• часть 5
• часть 6
• часть 7
• часть 8
• часть 9
• часть 10
• часть 11
• часть 12
• часть 13
• часть 14
• часть 15

Ведомственные

строительные нормы

Инструкция

по расчету ливневого стока воды

с малых бассейнов

ВСН 63-76

Минтрансстрой

Утверждена

Министерством транспортного строительства

и Министерством путей сообщения

14 июля 1976 г.

Содержание

1. Общие положения

2. Расчет расходов и объемов ливневого стока воды

3. Уточнение норм стока по натурным данным

Приложения:

1. Таблицы интенсивности водоотдачи

2. Порядок расчета трансформации паводка на участке транзитного русла

3. Таблицы вспомогательных величин для расчетов

4. Уточнение ливневых зависимостей

1. Общие положения

1.1. Требования настоящей Инструкции должны соблюдаться при определении максимальных расходов ливневого стока с малых бассейнов (с площадью водосборов не более 100 км² ) для проектирования водопропускных сооружений на железных и автомобильных дорогах.

Примечания: 1. Максимальные расходы талых вод следует рассчитывать согласно « Указаниям по определению расчетных гидрологических характеристик » .

2. Для районов с преобладанием ледникового или селевого вида стока определение максимальных расходов должно производиться на основании результатов натурных обследований и методов расчета, приведенных в утвержденных нормативных документах на указанные виды стока.

При площадях водосборов более 50 км² следует производить проверку расходов по натурным данным, при этом к расчету принимать наиболее достоверные расходы.

Для водоотводов расчет согласно настоящей Инструкции следует производить только на ливневый сток, причем для водосборных площадей F £ 0,2 км² должно приниматься постоянное значение l ₀  = 0,01 (см. п. 2.4).

Интенсивность водоотдачи для вероятности превышения, необходимой при проектировании водоотвода, если значения ее не указаны в таблицах приложения 1, необходимо определять интерполяцией или экстраполяцией величин, имеющихся в этих таблицах.

При сильно впитывающих почвах преобладающим может быть талый сток, который для водоотводов в данном случае будет расчетным.

1.2. Определение максимальных расходов и объемов ливневого стока (в м³ ) должно производиться путем совместного решения уравнений для скоростей стекания воды по склонам и в русловой системе и уравнения баланса объемов стока:

W_t = W _c + W _л + W_Q ,

где W_t - объем водоотдачи за любой отрезок времени t водоотдачи, мин;

W _с - объем воды, аккумулировавшейся на склонах за время t ;

W _л - то же в логах;

W_Q - объем воды, прошедшей через замыкающий створ.

В результате решения указанных уравнений получают гидрограф стока (график изменения расходов стока Q_t во времени).

Максимальный расход ливневого стока равен максимальной ординате гидрографа.

Решение уравнений скоростей стекания воды и уравнений баланса стока следует производить:

на ЭВМ или ручных счетных приборах;

по номограммам, основанным на обобщении ранее рассчитанных гидрографов.

1.3. Для районов гидрологически малоизученных согласно требованиям п. 1.3 « Указаний по определению расчетных гидрологических характеристик » допускается применение местных (региональных) норм, разработанных по результатам дополнительных исследований, выполненных для этих районов.

1.4. Для участков дороги с однородными климатическими и морфологическими условиями (сходные почвы, рельеф, растительность и т. д.) допускается (в качестве местных норм) определение расходов ливневого стока по кривым зависимости модулей или расходов от площади водосборов при соблюдении следующих условий:

при наличии данных о 25 - 30 натурных расходах, равномерно расположенных в расчетном диапазоне площадей, с общей суммой годопереходов не менее 300;

если отклонения натурных точек от принятой кривой не превосходят ± 30 ¸ 40 %.

Вероятности превышения расходов определяют в зависимости от продолжительности периода наблюдений, т. е. от суммы годопереходов.

На стадии разработки технико-экономического обоснования (для местных автомобильных дорог на всех стадиях проектирования) расходы можно определять упрощенными методами (например, по кривой зависимости расхода или модуля от площадей водосборов). Для построения указанных кривых согласно требованиям настоящей Инструкции необходимо определить расходы для четырех-пяти водосборов с различными площадями.

1.5. Для водосборов с постоянным водостоком, меженный расход которого превышает 10 % максимального расхода стока, к расчету должна приниматься сумма максимального и меженного расходов. Меженный расход постоянного водотока необходимо рассчитывать по средней скорости воды и площади живого сечения, измеренным в натуре.

1.6. При пересечении трассой замкнутых котловин уровень воды у земляного полотна следует определять для максимального объема стока с вероятностью превышения, принятой в действующих нормативных документах для проектирования мостов и труб.

1.7. Если перед сооружением имеется транзитный участок водосбора (главный лог с отсутствием значительного притока со склонов), необходимо учитывать трансформацию паводка согласно требованиям приложения 2 настоящей Инструкции.

2. Расчет расходов и объемов ливневого стока воды

2.1. Максимальный расход Q _пр ливневого стока воды, притекающей с бассейна к водопропускному сооружению, следует определять по формуле

Q _пр = 16,7а ₁ j F gd _бо , м³ /с, (1)

где а ₁ - расчетная интенсивность водоотдачи, соответствующая заданной вероятности превышения расхода и ливневому подрайону, мм/мин (рис. 1 приложения 5)*;

* Приложение 5 содержит схему ливневого районирования и графики, необходимые для расчетов согласно настоящей Инструкции (дается отдельным приложением).

j - коэффициент полноты стока;

F - площадь бассейна, км² ;

g - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения осадков по площади;

d _бо - коэффициент озерности и заболоченности.

2.2. Объем воды W _пр , протекающей и проходящей через водопропускное сооружение при ливневом стоке, следует вычислять по формуле

W _пр = 1000а ₁ t _в F g , м³ , (2)

где t _в - расчетное время водоотдачи, мин.

2.3. Максимальный расход воды Q _соор , проходящей при ливневом стоке через отверстие водопропускного сооружения, нужно определять по формуле

, м³ /с, (3)

где W _ак - максимальный объем воды, аккумулирующейся перед сооружением при прохождении рассматриваемого ливневого паводка, м³ ;

t _п - время установления постоянного (полного) расхода воды с бассейна, мин.

При t _в < t _п нужно принимать t _в = t _п .

При расчете по формуле (3) расход в сооружении не должен превышать расхода притока.

В основу формулы (3) положена схематизация гидрографа притока, т. е. кривой Q _пр  = f  (t ) по треугольнику или трапеции.

2.4. Величины а ₁ , j и t _в необходимо определять по номограммам рис. 2 и 3 приложения 5. Для этого требуется вначале вычислить безмерные характеристики (t _со - время, необходимое для установления полного стока на склонах бассейна при интенсивности водоотдачи а ₁ = 0,5 мм/мин) и l ₀ .

, (4)

где f  (I _с ) - функция, полученная на основании измерений скоростей стекания по склонам, ‰ ;

b _c - средняя длина безрусловых склонов водосбора, м;

m _c - коэффициент гидравлической шероховатости склонов.

Значения величины приведены в табл. 1, величины в табл. 2 приложения 3.

, (5)

где a - среднее относительное заложение откосов берегов главного русла;

m _л - коэффициент гидравлической шероховатости русла;

L - длина главного лога бассейна, км;

å l_i - сумма длин логов промежуточной русловой системы, км;

I _л - уклон главного лога, ‰ .

Значения величин ; ; и приведены соответственно в табл. 3, 4 и 5 приложения 3.

2.5. Значения величин а ₁ и j необходимо определять в следующем порядке:

а) на номограмму (см. рис. 2 приложения 5) наносят точку В с координатами (ордината) и l ₀ (абсцисса);

б) на бланк косоугольного графика (см. рис. 3 приложения 5) накладывают прозрачную бумагу, чертят на ней ось ординат и переносят точку А, нанесенную на бланке графика;

в) по парным значениям а ₁ и t _в , взятым из соответствующей таблицы приложения 1 или рассчитанным согласно указаниям приложения 4 настоящей Инструкции, в осях косоугольного графика строят кривую зависимости а ₁ = f  (t _в );

г) прозрачную бумагу с перенесенной на нее осью ординат, точкой А и построенной кривой а ₁ = f  (t _в ) накладывают на номограмму (см. рис. 2 приложения 5) так, чтобы точка А совпала с точкой В, а ось ординат на прозрачной бумаге - с направлением оси ординат номограммы;

д) на кривой а ₁ = f  (t _в ) следует найти точку, в которой она ближе всего подходит к одной из ненадписанных кривых, идущих на номограмме вниз слева направо; эту точку нужно обозначить С;

е) по кривым номограммы с обозначенными значениями прочитывают значение j в точке С; при расположении точки С между кривыми с надписанными значениями j расчетное значение j необходимо определять интерполяцией;

ж) затем накладывают кальку с отмеченной точкой С на бланк косоугольного графика так, чтобы совместились ось ординат и точка А; далее в точке С по осям косоугольного графика прочитывают значения ординат t _в и абсциссы а ₁ , которые следует использовать для вычисления расходов и объемов притока соответственно по формулам (1) и (2).

2.6. Согласно требованиям п. 2.5 настоящей Инструкции рассчитывают расход и объем стока, соответствующие гидрографу заданной расчетной вероятности превышения с наибольшей величиной расхода притока. Расход, соответствующий гидрографу той же повторяемости превышения, но с наибольшим объемом стока, определяют в следующем порядке:

а) прозрачную бумагу с нанесенной кривой а ₁ = f  (t _в ) (см. п. 2.5, б) накладывают на бланк косоугольного графика и определяют на этой кривой точку Ф, в которой кривая касается прямых, проведенных на графике наклонно слева направо пунктиром; абсцисса и ордината точки Ф на косоугольном графике являются расчетными значениями а ₁ и t _в для гидрографа с наибольшим объемом стока;

б) при получении расчетного значения j для гидрографа с наибольшим объемом притока прозрачную бумагу с кривой а ₁ = f  (t _в ) и нанесенной на ней точкой Ф накладывают на номограмму (см. рис. 2 приложения 5) и прочитывают в этой точке значение j .

Для вычисления расходов и объемов притока необходимо использовать формулы (1) и (2) с соответствующими значениями а ₁ , t _в и j .

2.7. Гидрографы с наибольшим ливневым расходом расчетной вероятности превышения следует принимать треугольной формы.

Гидрографы с наибольшим объемом ливневого стока той же вероятности превышения могут быть приняты в виде треугольника или трапеции.

Если расчетное время водоотдачи t _в меньше времени t _п (времени установления полного стока на бассейне) при определенной расчетной интенсивности водоотдачи, то гидрографы следует схематизировать по треугольнику. При t _в больше t _п гидрограф нужно схематизировать по трапеции. Для нахождения величины t _п по расчетной точке С или Ф, полученным согласно указаниям пп. 2.5 и 2.6 настоящей Инструкции, по шкале, помещенной вверху номограммы (см. рис. 2 приложения 5), прочитывают значение отношения. По правой вертикальной шкале той же номограммы прочитывают значение отношения , а по вертикальной шкале косоугольного графика по расчетной точке С или Ф на прозрачной бумаге - значение t _в .

Время t _п вычисляют по формуле

. (6)

2.8. При определении расчетных данных необходимо руководствоваться следующими указаниями:

а) Площадь бассейна F , км² , определяют по картам такого масштаба, при котором водосборы изображаются площадями не менее 5 см² .

При отсутствии таких топографических карт и планов, а также в тех случаях, когда водосборы выражены неясно или их площади составляют менее 0,25 км² , нужно производить съемку водосборов в натуре.

Из площадей водосборов необходимо исключать площади значительных бессточных пространств, не имеющих переливов при высоких паводках. Отсутствие переливов следует проверять расчетом.

б) Длину главного лога бассейна L , км, определяют по картам или натурной съемкой на всем протяжении ясно заметного в натуре или хорошо выраженного горизонталями на карте главного лога, а если это возможно, то осмотром водосборов в натуре.

Впадины на склонах, прилегающие к началу главного лога и имеющие уклон в два и более раз больший, чем уклон главного лога, в длину лога включаться не должны. Если главный лог на водосборе отсутствует, то расчет стока нужно производить, как с односкатного водосбора, за длину главного лога которого следует принимать направление вдоль трассы от водораздела к искусственному сооружению. В случае расположения проектируемого сооружения в средней части односкатного водосбора его необходимо рассматривать как два самостоятельных водосбора и расходы обеих частей суммировать.

в) Среднюю длину безрусловых склонов водосбора b _c , м, определяют по формуле

. (7)

Суммировать нужно длины лишь наиболее значительных логов, ширина которых превышает 0,75 средней ширины водосбора В , км, вычисляемой по формулам:

для двускатных водосборов

; (8)

для односкатных водосборов

. (8,а)

Кроме того, для включения длины промежуточного лога в å  l _i необходимо, чтобы f_i > 0,1F ,

где f_i - собственная площадь водосбора с длиной лога l_i .

При расчете односкатных бассейнов в формуле (7) вместо коэффициента 1,8 следует принимать коэффициент 0,9.

Для простых (без промежуточной русловой системы) односкатных и двускатных бассейнов при направлении течения воды по склонам, близким к направлениям главных логов бассейнов (например, для бассейнов, расположенных на конусах выносов), в формулу (7) необходимо вводить множитель

.

В этом случае значение b _c в м, вычисляемое по формуле (7), не должно приниматься более 500L , м.

При I _с ³ 75  ‰ в величине å  l _i следует учитывать только те длины промежуточных логов, для которых I _л i < 1,5I _л .

г) Уклон главного лога I _л , ‰ определяют по картам или данным натурной съемки как средний уклон лога от его ясно выраженного начала до проектируемого сооружения.

При I _л > 200 ‰ значение I _л следует умножать на коэффициент

.

д) Средний уклон склонов I _с , ‰ определяют по картам или планам в горизонталях по направлению наибольшего уклона как среднеарифметическое из нескольких определений (4 ¸ 6). Более точно величину I _с вычисляют по формуле

, (9)

где D - цена делений между смежными горизонталями, м;

å S - сумма длин всех линий горизонталей в пределах площади бассейна, км.

е) Среднее относительное заложение откосов берегов главного русла а следует принимать: для горных условий - 1, средних - 2,5, равнинных - 7 и для заболоченных бассейнов - 20. Более точно величину a можно определить по продольным профилям железных или автомобильных дорог с поправками на косину сечений.

ж) Коэффициент гидравлической шероховатости русла главного лога m _л необходимо принимать в зависимости от вида русла:

Ровное земляное ложе 25

Извилистое или заросшее ложе 20

Сильно заросшее ложе 15

Русло в завалах, валуны 10

При отсутствии сведений о характере лога для предварительных расчетов величину m _л принимают равной 15.

з) Коэффициент гидравлической шероховатости склонов бассейна m _с для расчетов ливневого стока необходимо принимать по таблице 1.

Таблица 1

Характеристики, приведенные в табл. 1, следует принимать наиболее вероятные для сезона, в котором происходит ливневый сток.

При отсутствии сведений о характере склонов для предварительных расчетов величина m _с должна приниматься равной 5.

Для маревых бассейнов величина m _с должна приниматься равной 5.

и) Категории впитывания необходимо устанавливать натурным обследованием в следующем порядке.

На склонах бассейна необходимо взять пробы почв (две-три на бассейн) весом по 400 г каждая с глубины 0,2 ¸ 0,3 м под растительным слоем, а при открытых грунтах - с поверхности и лабораторным путем определить механический состав почв. По результатам этих анализов и осмотров в натуре геологи партий должны установить виды почв, грунтов на поверхности или покрытий.

Далее следует вычислить процентное содержание песка во взятых образцах почв (за песок необходимо принимать фракции размером от 2 до 0,05 мм).

Категории впитывания плотных почв и грунтов на поверхности или покрытий необходимо определять по их виду, неплотных почв и грунтов на поверхности по процентному содержанию песка (таблица 2).

Таблица 2

В зависимости от процента содержания песка категорию впитывания допускается устанавливать промежуточной между шестью целыми категориями, т. е. между значениями, указанными в скобках и графе 3 табл. 2. В этом случае производят линейную интерполяцию значений категорий впитывания по действительным процентам песка в интервалах, указанных в графе 2 табл. 2.

В случае сомнения в правильности произведенного при изысканиях определения категории впитывания почв в районах с влажностью воздуха, резко отличающейся от влажности воздуха в Европейской части Союза ССР, следует, если позволяют сроки окончания изысканий, проводить опыты с искусственным дождеванием на участках с характерными типами почв (по два раза на каждом). При проведении опытов необходимо определять слой воды h _д , мм, впитавшейся за время t _д , мин, от начала опыта до начала стекания. Категорию впитывания следует определять по графику, приведенному на рис. 4 приложения 5. На этом графике по оси абсцисс откладывают время дождевания t _д , мин, а по вертикали - соответствующий ему слой впитавшейся при опыте воды h _д , мм, прочитываемый по надписанным кривым графика. По оси ординат графика устанавливают соответствующую этому слою категорию впитывания почвы (КВ).

Если подсборный бассейн сложен почвами, имеющими различные категории впитывания, то расчет ливневого стока следует производить отдельно для 100 %-ного покрытия площади бассейна почвой каждой категории впитывания. К расчету принимают расходы, средневзвешенные по проценту площадей, покрытых этими почвами.

При пользовании табл. 2 необходимо дополнительно учитывать заболоченность бассейна, засоленность, трещиноватость, почв и толщину растительного слоя.

Влияние заболоченности определяют в зависимости от процента площади болот в общей площади подсборного бассейна и высоты мохо-торфяного покрова над уровнем воды в болоте, учитывая при этом перспективы мелиоративных работ. Если средняя заболоченность бассейна находится в пределах, указанных в табл. 3, то категорию впитывания следует уменьшать на единицу.

Таблица 3

При большем проценте заболоченности бассейна по сравнению с указанным в табл. 3 категорию впитывания нужно уменьшать на две единицы, но при этом она не должна быть меньше III категории.

На водосборных бассейнах площадью более 10 км² при наличии заболоченности необходимо вводить коэффициент, уменьшающий ливневый сток (см. п. 2.8,л). В этом случае уклон склонов бассейна следует определять для незаболоченной части. Для бассейнов, сплошь заболоченных, должна приниматься III категория впитывания.

При значительной засоленности почв (проступание солончаковых пятен на значительной части почвенного покрова бассейна) категорию впитывания уменьшают на единицу. При наличии на всей поверхности постоянной трещиноватости почв категория впитывания должна быть повышена на единицу.

Категорию впитывания почв, определенную по табл. 2, следует корректировать в зависимости от толщины растительного слоя (слоя почвы, окрашенного гумусом) согласно данным табл. 4.

Таблица 4

При определении категории впитывания нужно использовать подробные почвенные карты. По этим картам после нанесения на них плана дороги и контуров главных водоразделов должны быть установлены виды наиболее распространенных почв, встречающихся в пределах всех водосборных бассейнов дороги. Для каждого вида типичной почвы необходимо производить от двух до трех определений категории впитывания, из которых за расчетную следует принимать среднюю величину.

Для каждого отдельного бассейна виды почв необходимо устанавливать по почвенной карте, а категорию впитывания - по соответствующим средним величинам, определенным указанными выше способами. Для предварительных расчетов категорию впитывания можно определять по литературным источникам или почвенным картам в зависимости от вида почв и грунтов на поверхности (см. табл. 2).

Категорию впитывания почв, установленную по процентному содержанию песка или по виду почвы, в районах с вечной мерзлотой следует принимать II при слое оттаивания почвы в период ливней менее 20 см; при слое оттаивания почвы в период ливней более 20 см I и II категории впитывания нужно оставлять без изменения, а III, IV, V и VI (последнюю при уклонах склонов I _с < 5 ‰ ) - принимать на одну категорию ниже; VI категория при I _с > 5 ‰ должна быть оставлена без изменения.

Расчет ливневого стока с маревых бассейнов следует производить обычным порядком, принимая при этом следующие категории впитывания:

III - при глубине залегания вечной мерзлоты (в период ливней) на 1 м и ниже;

II - при глубине залегания вечной мерзлоты (в период ливней) менее чем на 1 м.

к) Коэффициент g необходимо вводить в формулы (1) и (2) для водосборов, у которых наибольший линейный размер D , км, превышает 5 км. Значение D определяют по карте или плану как наибольшее расстояние между границами водосбора.

Значения g в зависимости от D для различных районов приведены в табл. 5.

Таблица 5

Примечание. Из Европейской части СССР (см. графу 3), следует исключать районы, указанные в графах 2 и 4.

л) При наличии на водосборе естественных озер, водоемов, огражденных капитальными плотинами, или значительных заболоченных площадей в формулу (1) максимального расхода ливневого стока следует вводить понижающий коэффициент d _бо озерности и заболоченности.

При F £ 10 км² коэффициент d _бо для ближайшего значения Оз - процента озерности - определяют по табл. 6, без интерполяции. При F ³ 20 км² коэффициент d _бо для ближайшего значения Оз + Б - суммарного процента озерности и заболоченности - определяют по таблице 6 без интерполяции.

При 10 < F < 20 км² коэффициент d _бо вычисляют по формуле

d _бо = d _бо (Оз %) - [ d _бо (Оз %) - d _бо (Оз % + Б %)], (10)

где d _бо (Оз %) и d _бо (Оз % + Б %) - значения коэффициентов d _бо определенные по табл. 6 (первый - только по проценту озерности, а второй - по суммарному проценту озерности и заболоченности).

При этом расходы с бассейнов с F > 10 км² при учете заболоченности не должны быть менее расходов с части бассейна с F = 10 км² без учета заболоченности. В районах с муссонными осадками коэффициент d _бо в расчеты вводиться не должен.

Таблица 6

Примечания. 1. При необходимости уточнения расчетов стока водосборов с озерностью более 10 % следует производить индивидуальные расчеты с учетом аккумуляции воды озерами.

2. При расположении озер или болот в средней части или при их равномерном распределении по всей площади водосбора значение d _бо следует принимать средним из двух значений по первой и второй строкам табл. 6.

м) Максимальные объем воды W _ак , аккумулирующийся перед сооружением при прохождении рассматриваемого ливневого паводка, следует определять по формуле

W _ак = 1000 м³ ,

где k ₀ - коэффициент, зависящий от очертания зеркала воды пруда, аккумулирующегося перед сооружением в плане, форм продольного и поперечного профилей лога;

у - подпор воды перед сооружением над отметкой входного лотка, м;

- продольный уклон лога перед сооружением, ‰ ;

- средний поперечный уклон берегов лога у сооружения, ‰ .

Величину коэффициента k ₀ следует принимать по данным табл. 7.

Таблица 7

• часть 1
• часть 2
• часть 3
• часть 4
• часть 5
• часть 6
• часть 7
• часть 8
• часть 9
• часть 10
• часть 11
• часть 12
• часть 13
• часть 14
• часть 15

Читайте также

Растения, которые не обрезают осенью

Пять трендов в обустройстве освещения

Баня-бочка — аргументы «за» и «против»

Зачем требуется и как используется измеритель влажности почвы

Бытовая техника, на которую не стоит тратить деньги

Критерии выбора обеденного стола

Три варианта использования опавших листьев на участке

Что не следует хранить в картонных коробках

Разновидности, плюсы и минусы столбчатых фундаментов

Пять трендов садовой мебели на 2025 год

Жидкое мыло в бетонном растворе: плюсы и минусы

Вещи, которые стирают в холодной воде