ОАО «ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ им. Б.Е. ВЕДЕНЕЕВА»

УТВЕРЖДАЮ

Исполнительный директор

ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева»

________________ Е.Н. Беллендир

25 ноября 2005 г.

СТАНДАРТ ПРЕДПРИЯТИЯ

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕХНОГЕННО-НАГРУЖЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

СТП ВНИИГ 210.01.НТ-05

Срок действия стандарта - 31 декабря 2010 г.

Санкт-Петербург

2005

Одобрено решением Ученого Совета

ОАО «ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева»,

протокол № 7 от 25.11.05.

«Методика расчета гидрологических характеристик техногенно-нагруженных территорий» разработана в ОАО «ВНИИГ им. В.Е. Веденеева» на основе обобщения модифицированных методов расчета гидрологических характеристик естественных ландшафтов и урбанизированных территорий и их адаптации к расчетам гидрологических характеристик сложных композиций стокоформирующих комплексов, свойственных техногенно-нагруженным территориям.

Методика позволяет получать гидрологические характеристики, необходимые для обоснования схем водообустройства, расчетов параметров водопроводящей и водорегулирующей сети, проведения водно-балансовых расчетов, расчетов качества стока, получения исходных данных для фильтрационных расчетов и др.

Методика используется для территорий, на которых рельеф, виды покрытий, в том числе растительный покров, экспозиции поверхностей, естественная и искусственная канализованность и др. сформированы под воздействием зачастую многовековой антропогенной деятельности и обладают одновременно как чертами природных ландшафтов, так и урбанизированных территорий.

Методика предназначена для широкого круга специалистов, использующих в практической деятельности аппарат расчета гидрологических характеристик применительно к техногенно-нагруженным территориям, студентов и аспирантов соответствующих специальностей, научных работников, проектировщиков, специалистов природоохранных предприятий, экологов, специалистов надзорных органов и органов исполнительной власти, участвующих в разработке и реализации комплексов мероприятий по водообустройству техногенно-нагруженных территорий и управлению качеством стока с этих территорий.

Рецензент - Заведующий отделом "Гидравлика сооружений и техводоснабжение", канд. техн. наук В.А. Прокофьев

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Методика расчета гидрологических характеристик техногенно-нагруженных территорий» предназначена для расчета гидрологических характеристик техногенно-нагруженных территорий (ТНТ) - территорий, подвергшихся существенному антропогенному воздействию, которое привело к значительным изменениям естественного ландшафта и, как правило, к негативному влиянию на элементы окружающей природной среды. Эти изменения, с одной стороны, придают естественным ландшафтам азональные черты, а с другой, делают их урбанизированными территориями со значительной долей площадей с искусственными покрытиями, сильно канализованными, с полностью или частично организованным поверхностным и подземным стоком.

Техногенно-нагруженные территории в целом не имеют ярко выраженных черт ни естественных ландшафтов (в том числе азональных), ни урбанизированных территорий, представляя их сложную мозаику, тем не менее, объединенную в систему конкретных водосборов. Это объединение обусловлено сложным сочетанием комплекса природных, административных, производственных, социальных и других факторов, под воздействием которых формируются границы водосборов, водоразделы и тальвеги, соотношение поверхностного, подземного, дренажного стоков и инфильтрационной составляющей стока, качество стока, а также определяется положение расчетных створов. Все эти факторы оказывают непосредственное влияние на условия формирования и трансформации поверхностного и подземного стоков.

С учетом изложенного понятно значение результатов расчета гидрологических характеристик таких территорий, от которых зависят параметры водопропускных и водорегулирующих сооружений, параметры очистных сооружений, размеры платежей за водопользование и сбросы, размеры платежей естественным монополистам - энергетикам и водоканалу и др.

До настоящего времени специализированная методика расчета гидрологических характеристик таких территорий, позволяющая учитывать указанные факторы, не разработана. При проектировании и эксплуатации систем водообустройства техногенно-нагруженных территорий в Российской Федерации расчеты гидрологических характеристик проводятся в соответствии с СНиП 2.04.03-85, СП 33-101-2003, рядом руководств, пособий и указаний, выпущенных Гидрометеоиздатом в 70 - 80-е годы, ведомственными методиками и другими документами, не учитывающими в достаточной мере многообразие специфических особенностей, присущих техногенно-нагруженным территориям.

В Методике предпринята попытка на основе обобщения ранее разработанных многочисленных аналитических и эмпирических модифицированных методов расчета гидрологических характеристик естественных ландшафтов и урбанизированных территорий адаптировать их к расчетам гидрологических характеристик сложных композиций стокоформирующих комплексов, свойственных техногенно-нагруженным территориям. Разработанная Методика позволяет, выделив в пределах определенной водосборной площади ряд типовых стокоформирующих комплексов и рассчитав для них гидрологические характеристики, получить обобщенные гидрологические характеристики для каждого заданного расчетного створа, а соответственно, и для определенной территории с площадью в пределах выделенных границ.

В Методике приведены примеры расчета некоторых техногенно-нагруженных территорий, с существенно отличающимися друг от друга параметрами, влияющими на гидрологические характеристики, содержится ряд справочных данных, достаточных для расчета большинства гидрологических характеристик для объектов, расположенных на территории Российской Федерации.

В результате расчетов по предложенной Методике можно получить:

гидрологические характеристики годового стока;

гидрологические характеристики внутригодового стока;

характеристики максимального стока.

Методика может быть использована для расчетов гидрологических характеристик промышленных площадок комплексного назначения, зон жилой застройки, мест временного и постоянного размещения отходов производства и потребления. Методика с 1995 г. апробирована на ряде объектов, обладающих всеми чертами техногенно-нагруженных территорий - полигонах промышленных токсичных отходов, площадках размещения радиоактивных отходов, полигонах твердых бытовых отходов, накопителях осадка сточных вод, золошлакоотвалах тепловых электростанций, хвостохранилищах и шламонакопителях, загрязненных токсичными веществами территориях, вовлекаемых во вторичный оборот, промплощадках энергетических объектов, объектах размещения сельскохозяйственных отходов и др. За время своего использования Методика была существенно усовершенствована и максимально приближена к пользователю.

В разработке Методики под руководством автора принимали участие к.т.н. Д.П. Самофалов (ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева) и инж. Т. Г. Маркелова (Государственный гидрологический институт). В апробации Методики на различных объектах участвовали сотрудники Лаборатории фильтрационных исследований им. академика Н.Н. Павловского отдела "Основания, грунтовые и подземные сооружения" ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева: кандидаты техн. наук С.Г. Гордиенко, И.А. Кветная, инженеры Е.В. Николайчук, С.Ю. Ладенко и др., которым автор выражает благодарность за советы и предложения при работе над Методикой. Автор также выражает благодарность Е.В. Герасимовой за помощь в редактировании рукописи и подготовке ее к изданию.

Методика предназначена для специалистов, занимающихся вопросами обоснования, проектирования и эксплуатации систем инженерно-экологического обустройства территорий, подвергающихся воздействию экологически опасных видов загрязнений, в том числе мест временного и постоянного размещения отходов производства и потребления.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Назначение Методики

Настоящая Методика предназначена для расчета гидрологических характеристик техногенно-нагруженных территорий (ТНТ) - территорий подвергшихся существенному антропогенному воздействию, приведшему к значительным изменениям естественного ландшафта и, как правило, к негативному влиянию на элементы окружающей природной среды.

В результате расчетов по предложенной Методике для объектов, расположенных на территории РФ, можно получить: гидрологические характеристики годового стока; гидрологические характеристики внутригодового стока; характеристики максимального стока.

1.2. Область применения

Методика может быть использована для расчета гидрологических характеристик территорий, обладающих чертами как естественных и нарушенных ландшафтов, так и урбанизированных территорий.

Для естественных ландшафтов учитываются: лесистость, озерность, заболоченность территории, вид растительного покрова, уклоны поверхности и их экспозиций, гидрогеологические условия территории, вид грунтов, слагающих толщу зоны аэрации, ветровой перенос снега и другие природно-климатические характеристики местности.

Для нарушенных ландшафтов, кроме параметров, характеризующих естественные ландшафты, могут учитываться: площади; вид и характер искусственно обрабатываемых поверхностей (пашня, луг и др.); характеристики открытых выработок (карьеров) - их площадь, форма, глубина, ориентация относительно сторон света, крутизна откосов, виды поверхностей и др.; характеристики искусственных насыпей (отвалов, терриконов, дорожных насыпей, дамб обвалования и др.) - площадь, форма, размеры, крутизна откосов, ориентация относительно сторон света. Так же для нарушенных ландшафтов могут быть учтены дренированность и канализованность территории с учетом гидравлических характеристик проводящей сети и др.

Для урбанизированных территорий учитываются: вид, тип и характер застройки; вид и тип поверхностей, характерных для техногенно освоенных территорий (кровли и асфальтобетонные покрытия дорог; откосы дна и бортов каналов; щебеночные или гравийные дороги; дороги с грунтовым покрытием; спланированные уплотненные поверхности; газоны; неспланированные неуплотненные отвалы; откосы насыпей, отвалов, дамб; залуженные, закустаренные, залесенные площади с нарушенной естественной поверхностью; обвалованные бессточные территории; акватории отстойников; водотоки (кюветы, канавы, каналы и др.) и другие виды поверхностей). Кроме дренированности и канализованности территории учитываются также положительные элементы техногенного водного баланса территории - поливы газонов и зеленых зон, мойка территории, утечки из водотранспортирующих коммуникаций (водопровод, водопровод системы пожаротушения, теплотрассы, паропроводы, ливневая, общесплавная, фекальная, хозяйственно-бытовая и специальные канализации; дренажи и дренажные коллекторы; подземные емкости) и т.д. Кроме того, помимо ветрового переноса снега учитывается его уборка и вывоз с территории, а также завоз снега и организация снежных свалок и др.

Таким образом, Методика позволяет учесть все многообразие условий, влияющих на формирование и трансформацию поверхностного стока в широком диапазоне - от условий, характерных для естественных ландшафтов (в том числе азональных), до условий крайне техногенно-насыщенных урбанизированных территорий, а также для любых промежуточных условий.

Методику можно использовать для прогнозирования изменений гидрологических характеристик под воздействием факторов, изменяющих характеристики территории.

Методику рекомендуется применять для определения гидрологических характеристик территорий в диапазоне от крайне малых водосборов (единичных площадок от 100 м²) до малых водосборов (в пределах крупных промышленных зон площадью до 10 км²).

Применение настоящей Методики рекомендуется при необходимости детальной проработки вопросов формирования поверхностного и подземного стока для конкретных площадок с целью его регулирования. Такая необходимость может возникнуть при решении следующих задач: водообустройство территории; организация поверхностного и подземного стока; расчет расходов и объемов ливневого стока; прогноз гидрологических характеристик в случае реализации намечаемой деятельности; анализ условий формирования качества стока как на всей водосборной площади ТНТ, так и на отдельных стокоформирующих комплексах; разработка проектов рекультивации нарушенных земель, построения гидрогеодинамических моделей ТНТ, а также широкого круга задач, в которых в качестве исходных данных используются расчетные гидрологические характеристики.

Методика может использоваться для расчетов гидрологических характеристик малых водосборов естественных ландшафтов, на территории которых намечается хозяйственная деятельность, ведущая к нарушению их гидрологического режима; малых водосборов нарушенных ландшафтов при планировании дальнейших воздействий - будь то увеличение техногенной нагрузки, либо мероприятия по их рекультивации; техногенно-нагруженных территорий - населенных пунктов, территорий промышленных и сельскохозяйственных предприятий и др. В особую группу ТНТ следует выделить различные места постоянного или временного размещения отходов производства и потребления, такие как: полигоны по обезвреживанию и захоронению промышленных и бытовых отходов; санкционированные свалки; шламонакопители, хвостохранилища; отвалы, терриконы, шлакозолоотвалы и т.п.; котлованы, карьеры; могильники отходов; размещение отходов на длительный срок на объектах, расположенных на территориях предприятий; временное накопление отходов на промплощадках; несанкционированные места размещения отходов; специальные места размещения радиоактивных отходов; скотомогильники; кладбища; склады просроченных и непригодных к использованию лекарственных препаратов и пестицидов; интенсивно загрязненные территории; снежные свалки; территории вдоль крупных автомагистралей, подверженных аэротехнической эмиссии на поверхность (в том числе на акватории), а также для различных природно-технических систем, для которых актуальна проблема получения расчетных гидрологических характеристик, в том числе в связи с решением задачи управления качеством стока.

1.3. Нормативные ссылки

Международное руководство по методам расчета основных гидрологических характеристик. Л.: Гидрометеоидат. 1989.

Методика расчета объемов организованного и неорганизованного дождевого и талого стока в системы коммунальной канализации. СПб.: «Экология и право». 2000.

Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. Л.: Гидрометеоиздат. 1984.

СНиП 2.04.03-85. Строительные нормы и правила. Канализация. Наружные сети и сооружения.

СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. М.: Госстрой России. 2004.

1.4. Термины и определения

Биологический коэффициент испаряемости - коэффициент, полученный эмпирически по соотношению измеренной для конкретных культур испаряемости и дефицита влажности воздуха.

Весеннее половодье - фаза водного режима водотока, характеризующаяся наибольшей в году водностью и длительным подъемом уровня, вызываемыми весенним снеготаянием.

Влажность завядания (влажность устойчивого завядания растений) - влажность почвы, при которой проявляются первые признаки увядания растений с хорошо развитой корневой системой, не исчезающие при помещении растений на 12 ч в атмосферу, насыщенную водяным паром.

Внутренний водосбор - выделенная на территории часть земной поверхности, включая толщу почво-грунтов, откуда происходит сток вод к замыкающему его створу.

Водоаккумулирующая емкость поверхности - способность слоя почвы вместить (накопить) определенное количество влаги. Выражается разностью между полной влагоемкостью почвы и запасом влаги в почве в данный момент времени; обусловлена водоудерживающей способностью почвы, вызываемой силами взаимодействия между молекулами воды и почвы.

Водоток - водный объект (в местах размещения отходов - канал, канава и т.д.), характеризующийся движением воды в направлении уклона.

Время добегания - время, за которое массы воды с разноудаленных частей бассейна достигают замыкающего створа.

Гидравлический радиус - отношение площади поперечного сечения потока к смоченному периметру русла.

Дождевой паводок - быстрый, сравнительно кратковременный подъем уровня воды в каком-либо фиксированном створе водотока, завершающийся столь же быстрым спадом и, в отличие от половодья, возникающий нерегулярно.

Испаряемость - максимально возможное испарение при данных метеорологических условиях с достаточно увлажненной подстилающей поверхности (при сколь угодно большой скорости подвода воды к испаряющей поверхности).

Коэффициент поверхностного стока - отношение величины поверхностного стока к величине выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших возникновение этой порции стока.

Коэффициент полного стока - отношение величины полного (поверхностного и подъемного) стока к величине выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших возникновение этой порции стока.

Коэффициент Шези - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости русла и его геометрические размеры на скорость течения.

Критическая влажность грунта - критическое значение продуктивной влажности почвы, при котором и выше которого испарение равно испаряемости.

Ландшафт естественный (природный) - территориальная система, состоящая из взаимодействующих природных компонентов и формирующаяся или сформировавшаяся под влиянием природных процессов.

Ландшафт нарушенный - ландшафт, испытавший или испытывающий антропогенные воздействия, приводящие к критическому (неустойчивому) состоянию, при котором последующее изменение при продолжении воздействия может привести к смене структуры или прекращению выполнения ландшафтом социально-экономических функций.

Ливневой сток - сток, возникающий в результате выпадения интенсивных дождей (ливней).

Максимальная интенсивность снеготаяния - максимальное количество воды (в мм слоя), образующейся в процессе таяния снега в единицу времени.

Места размещения отходов (объекты размещения отходов) - территории, специально отведенные для размещения отходов производства и потребления (полигоны захоронения промышленных токсичных и твердых бытовых отходов, хвостохранилища, шламонакопители, отстойники сточных вод, хранилища радиоактивных отходов и др.), химически загрязненные территории промышленных зон, территории со стихийно возникшими свалками промышленных и бытовых отходов.

Наименьшая продуктивная (полевая) влагоемкость (НВ) - наибольшее количество подвешенной воды, независимо от механизма удержания влаги, которое может содержаться в верхней части толщи почвы (грунта) после свободного стекания воды, при глубоком залегании грунтовых вод.

Начальная водоаккумулирующая емкость грунтов - водоаккумулирующая емкость грунтов на момент начала расчетов.

Отходы производства и потребления - отходы промышленного производства и твердые бытовые отходы.

Поверхностный сток - сток половодий и паводков за вычетом подземного стока.

Подземный сток (в местах размещения отходов) - перемещение воды в толще отходов и почво-грунтов под действием гидравлического уклона или пьезометрического напора от области питания к области разгрузки.

Продуктивные запасы влаги (продуктивная влажность) в метровом слое грунта (НВ - ВЗ) - разность между наименьшей полевой влагоемкостью НВ и влажностью завядания ВЗ.

Снегозапасы (запас воды в снежном покрове) - общее количество воды в твердом и жидком виде, содержащееся в рассматриваемый момент времени в снежном покрове.

Склоновый сток - сток воды, формирующийся в пределах склона.

Слой осадков - количество осадков, выпадающих за отдельный дождь или за какой-либо период времени, выраженное в виде слоя (в мм), равномерно распределенного по площади.

Слой стока - количество воды, стекающей с водосбора за какой-либо промежуток времени, выраженное в виде слоя (в мм), равномерно распределенного по площади.

Стокоформирующие комплексы (СФК) - виды поверхностей, выделяемые на основе сходства условий формирования поверхностного и подземного стока.

Техногенно-нагруженные территории (ТНТ) - территории, подвергшиеся существенному антропогенному воздействию, которое привело к значительным изменениям естественного ландшафта и, как правило, к негативному влиянию на элементы окружающей природной среды.

Твердые бытовые отходы (ТБО) - отходы хозяйственной деятельности населения: от приготовления пищи, уборки, текущего ремонта квартир и др., включая отходы отопительных устройств местного отопления, крупногабаритные предметы домашнего обихода, упаковки, мусор с дворовых территорий, отходы ухода за зелеными насаждениями и т. д..

Урбанизированные территории - территории, на которых созданы искусственные слабопроницаемые и относительно непроницаемые поверхности.

Фильтрат - жидкость (вода), образующаяся при фильтрации поверхностных (подземных) вод сквозь массы загрязненного грунта (отходов) и, как правило, не соответствующая показателям вредности по химическому, токсикологическому и санитарно-гигиеническому составу.

1.5. Принятые условные обозначения

Y - слой годового поверхностного стока (средний многолетний и заданной обеспеченности), мм;

α_ср - среднее значение коэффициента годового поверхностного стока с водосбора техногенно-нагруженной территории;

P - сумма осадков за год, месяц или за выделенный период (средняя многолетняя или заданной обеспеченности), мм;

α₁, α₂, ... α_n - коэффициенты годового стока с различных видов поверхностей техногенно-нагруженной территории;

f₁, f₂, ... f_n - площади различных видов поверхностей (стокоформирующих комплексов) рассматриваемой территории, км² (га);

F - общая площадь выделенного внутреннего водосбора или всей техногенно-нагруженной территории, км² (га);

Y_л - слой летнее-осеннего поверхностного стока, мм;

α_ср.л - среднее значение коэффициента летнее-осеннего поверхностного стока с внутреннего водосбора или всей техногенно-нагруженной территории;

P_л - сумма осадков за летнее-осенний период, мм;

α_1л,α_2л, ... α_nл - коэффициенты летнее-осеннего поверхностного стока с различных видов поверхностей;

Y_{пов. ф} - поверхностный сток в результате поднятия уровня фильтрата до дневной поверхности, мм;

P_р.п - атмосферные осадки, выпавшие за расчетный период, мм;

E_р.п - суммарное испарение за расчетный период, мм ;

μ - коэффициент водоотдачи;

H_н - уровень подземных вод на начало выпадения дождя, м;

ΔM_г - начальная водоаккумулирующая емкость грунтов (масс отходов), мм;

ΔM_пов - водоаккумулирующая емкость поверхности территории в зависимости от ее состояния, мм;

Y_полн - слой полного (поверхностного и подземного) стока (средний многолетний или заданной обеспеченности), мм;

E - испарение за год, месяц или за выделенный период (среднее многолетнее или заданной обеспеченности), мм;

ΔS - изменение снегозапасов за счет ветрового переноса снега на ТНТ ( при наличии снежного покрова), а также при его уборке, перемещении и завозе извне, мм;

E₀ - испаряемость, мм;

M_к - величина критической влажности метрового слоя почвы, мм;

M₁, M₂ - продуктивные влагозапасы почвы, соответственно, на начало и конец месяца, мм;

∑d - сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха (по данным наблюдений на ближайших метеостанциях) за расчетный период, мб;

K - биологический коэффициент испаряемости;

K' - биологический коэффициент испаряемости для Северо-запада России;

d_ср - среднесуточный дефицит влажности воздуха за n суток, мм,

М_н - наименьшая продуктивная влагоемкость, мм;

E_{0 ВП} - средняя многолетняя испаряемость для различных видов поверхностей (стокоформирующих комплексов) на ТНТ, мм;

K_ВП - поправочный коэффициент к средней многолетней испаряемости, принятой по данным ближайшей метеорологической станции;

E₁, E₂ ... E_n - испарение с отдельных видов поверхностей на ТНТ, мм;

P_х - сумма осадков за холодный период, мм;

E_х - испарение за холодный период года, мм;

K_сн - коэффициент, учитывающий ветровой перенос снега с территории или на ТНТ;

A_i - запас воды в снеге (снегозапасы) i-го месяца, мм;

P_i - месячная сумма осадков, мм;

E_{0 i}, - месячная сумма испаряемости, мм;

W - объем годового (внутригодового) стока, тыс.м³;

Y_в - средний слой весеннего половодья для ТНТ, мм;

Y_{0 в} - средний многолетний слой весеннего половодья (без срезки грунтового питания) для района расположения объекта, мм;

δ_Y - поправочный коэффициент к среднему слою стока (объему) весеннего половодья, учитывающий влияние урбанизированной территории;

f_ут% - площадь урбанизированной территории в процентах от общей площади водосбора;

Y_в - слой поверхностного стока весеннего половодья, мм;

α_ср.в - среднее значение коэффициента весеннего поверхностного стока с водосбора на ТНТ или со всей территории в целом;

α_1в;α_2в; ... α_nв - средние коэффициенты поверхностного весеннего стока с различных видов поверхностей (стокоформирующих комплексов) ТНТ;

W_в - объем весеннего половодья для территории объекта размещения отходов или внутреннего водосбора, тыс. м³;

Q_{max в P%} - максимальный расход весеннего половодья заданной вероятности превышения Р% в замыкающем створе внутреннего водосбора, м³/с;

q_{max в P%} - максимальный модуль стока весеннего половодья с единичной площади вероятности превышения Р%, м³/с;

k_p - коэффициент размерности (для часовой единицы времени добегания равный 0,28);

A _{max сн} - максимальная интенсивность снеготаяния вероятности превышения Р%, мм/ч;

δ_ут - коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода весеннего половодья в результате большого разнообразия стокоформирующих поверхностей на ТНТ;

τ_в - время добегания максимального расхода воды весеннего половодья до замыкающего створа, ч;

τ_р - время добегания по руслу, ч;

L_р - длина русла, м;

V_р - скорость потока в русле, м/ч;

С - коэффициент Шези;

R - гидравлический радиус, м;

I - уклон дна водотока, %;

τ_ск - время добегания по склонам, ч;

L_ск - наибольшая средняя длина склона, м;

V_ск - скорость добегания но склонам, м/ч ;

Q_дp% - максимальный мгновенный расход воды дождевых паводков, м³/с;

q'_1% - относительный модуль максимального расхода воды ежегодной вероятностью превышения 1%;

Ф_р - гидроморфометрическая характеристика русла;

Н_1% - максимальный суточный слой осадков вероятностью превышения 1% (определяется по данным ближайших метеорологических станций), мм;

δ - коэффициент, учитывающий влияние озерности на водосборе;

λ_р - коэффициент перехода от максимальных мгновенных расходов воды ежегодной вероятностью превышения 1% к максимальным расходам воды с другой вероятностью превышения;

α_ср.д - сборный коэффициент ливневого стока территории места размещения отходов или выделенного на ней водосбора;

α_{дс 1}; α_{дс 2}; ... α_{дс n} - коэффициенты ливневого стока с различных видов поверхностей на данной ТНТ.

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

2.1. Исходные данные

Для проведения комплекса расчетов по настоящей методике необходимы две группы исходных данных. Первая - данные о природно-климатических характеристиках территории, определяющие естественные факторы и условия формирования поверхностного и подземного стока, вторая данные о характеристиках рассматриваемой техногенно-нагруженной территории, влияющие на значения гидрологических характеристик.

2.1.1. Природно-климатические характеристики

Природно-климатические характеристики местности требуются, как правило, в объеме не превышающем стандартных требований к виду, составу и характеру комплекса инженерных изысканий в строительстве. К их числу относятся: топографические, гидрометеорологические, инженерно-гидрологические, инженерно геологические, инженерно гидрогеологические, инженерно-экологические характеристики. Некоторые природно-климатические характеристики, мало изменяющиеся во времени, могут приниматься по фондовым данным и, в первую очередь, по предшествующим проектам объектов, попадающим в границы ТНТ. Как правило, после сбора первичной информации и рекогносцировочного обследования территории принимается решение о достаточности имеющихся данных и необходимых объемах дополнительных изысканий.

2.1.2. Характеристики техногенно-нагруженной территории

Характеристики ТНТ принимаются, в первую очередь, на основании имеющихся проектов и исполнительной документации по объектам, попадающим в границы ТНТ. Требуются генеральные планы площадок и экспликации территории, сводные планы инженерных сетей, основные разрезы по зданиям и сооружениям, планы землеотвода, схемы водоохранных зон. После сбора первичной информации проводится специализированное обследование территории для уточнения типовых признаков стокоформирующих комплексов (СФК), после чего принимается решение о достаточности имеющихся данных по характеристикам ТНТ и необходимости проведения дополнительных изысканий.

2.2. Порядок выполнения расчетов

2.2.1. Установление границ техногенно-нагруженной территории

Границы ТНТ устанавливаются по совокупности следующих данных:

границы промышленной или селитебной территории в пределах границ их землеотвода по генеральному плану;

границы санитарно-защитных зон отдельных производственных объектов, в том числе поверхностных и подземных водозаборов и мест размещения отходов;

границы водоохранных зон водных объектов - рек, берегов озер и водохранилищ, обособленных водных объектов и др;

границы естественных и искусственных водосборов с учетом существующей и проектируемой гидрографической сети;

границы водосборов районов канализационных сетей и точки подключения к ним;

установленные точки сбросов в водные объекты.

По этим данным предварительно оценивается характер техногенного воздействия на условия формирования и трансформации поверхностного стока на ТНТ, и на схему наносятся контуры обобщающей границы и поглощающие площади, образованные приведенными выше границами. Если получается, что границы в результате решения задачи для какого-либо конкретного случая выходят за пределы такой обобщающей границы ТНТ, она соответствующим образом корректируется.

2.2.2. Анализ условий формирования и трансформации стока

Анализ природно-климатических условий выполняется для оценки естественных метеорологических, инженерно-гидрологических, инженерно-геологических, почвенных условий территории, особенностей рельефа местности и характера растительного покрова, других природных особенностей местности в формировании зональных характеристик поверхностного стока. На этой стадии выделяются основные природные факторы, оказывающие решающее значение на режим стока и его количественные параметры. Также устанавливаются количественные значения параметров природно-климатических условий, необходимых при дальнейших расчетах.

Анализ характеристик ТНТ выполняется для оценки возможного воздействия техногенных нагрузок на исходные природно-климатические условия территории, способного повлиять на количественные и качественные характеристики стока. Оцениваются и уточняются параметры новых элементов рельефа местности и соответствующие изменения границ внутренних водосборов, соответственно оцениваются изменения естественных гидрологических характеристик территории, гидрографической сети, канализованности территории, видов поверхностей, уточняются гидравлические характеристики проводящей сети. Анализируется схема инженерных водотранспортирующих коммуникаций, уточняется их конструкция и расчетные значения утечек из линейных объектов, уточняется местоположение площадных и сосредоточенных источников техногенной инфильтрации и водовыпусков, количественные значения интенсивности инфильтрации и ее режим.

Прорабатывается схема формирования качества стока, определяются источники потенциального загрязнения поверхностных вод, характер загрязнения, возможности управления качеством стока - локализация, разбавление, направление на очистные сооружения и др.

Определяются количественные значения всех параметров, характеризующих элементы ТНТ, используемых в расчетах характеристик поверхностного стока.

2.2.3. Назначение перечня расчетных характеристик

Перечень расчетных гидрологических характеристик поверхностного стока и их обеспеченности назначается в соответствии с проектным заданием, нормами РФ, исходя из уровня ответственности техногенно-нагруженной территории, а также задачами, поставленными при решении конкретных проблем для ТНТ.

2.2.4. Декомпозиция техногенно-нагруженной территории на стокоформирующие комплексы

На схеме ТНТ, в пределах ее обобщенных границ на основе предварительных данных, уточняются условия формирования стока на территории. Выделяются однородные по условиям формирования стока площадки, определяются границы элементарных водосборов. По этим данным назначаются границы стокоформирующих комплексов, составляется их реестр с соответствующей нумерацией и таблицы конкретных параметров СФК (площади, виды поверхностей и т.п.). На декомпозиционную схему наносятся схема склонового стока, микроручейковой и ручейковой сети, гидрографическая сеть более высоких порядков, после соответствующей нумерации уточняются гидравлические характеристики проводящей сети и оформляются в табличной форме.

2.2.5. Назначение расчетных створов

В зависимости от поставленных задач, на основе комплексного анализа исходных данных, условий формирования стока, системы расположения СФК и внутренних водосборов на ТНТ, схемы гидрографической сети, точек сосредоточенных сбросов, местоположения контрольных створов на водоприемниках назначаются расчетные створы. Как правило, их местоположение приурочено к системе замыкающих створов внутренних водосборов ТНТ, точкам подключения к открытым или закрытым сетям канализации, точкам сосредоточенных сбросов и контрольным створам.

2.2.6. Расчеты характеристик поверхностного стока ТНТ

Расчеты характеристик поверхностного стока выполняются в соответствии с пп. 3-5 настоящей Методики. Расчеты выполняются для каждого стокоформирующего комплекса, затем проводится расчет гидрологических характеристик внутренних водосборов различных порядков с учетом русловой трансформации стока.

Следует отметить, что результаты расчетов должны подвергаться экспертной оценке или сопоставлению с аналогами. При значительных расхождениях требуется корректировка и дополнительная проверка исходных данных, так как методика достаточно чувствительна к их корректности.

2.2.7. Требования к оформлению результатов расчетов

Результаты расчетов должны быть обоснованы и оформлены таким образом, чтобы выполненные оценки, расчеты и выводы могли быть использованы как в виде самостоятельной работы, так и служить исходными данными для дальнейших исследований.

Состав и объем документации, фиксирующей результаты расчетов, определяются целями и задачами выполняемых исследований.

3. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОДОВОГО СТОКА

3.1. Слой среднего многолетнего поверхностного стока

Слой среднего многолетнего поверхностного стока с водосбора внутри территории объекта или со всего объекта определяется по формуле

Y = α_срP,  мм,                                                                                      (1)

где α_ср - среднее значение коэффициента годового поверхностного стока с водосбора на ТНТ; P - средняя многолетняя годовая сумма осадков (мм), которая определяется по данным наблюдений на ближайших метеостанциях (с введением поправок на смачивание, выдувание и др.) или по карте (Приложение 2, рис. П2.1).

Среднее значение коэффициента годового поверхностного стока с водосбора внутри территории объекта или со всего объекта α_ср рассчитывается [4, 12] по формуле

                                                       (2)

где α₁ α₂, ... α_n - коэффициенты годового поверхностного стока с различных видов поверхностей территории выбираются по табл. 1 f₁, f₂, ... f_n - площади различных видов поверхностей (стокоформирующих комплексов) рассматриваемой территории, км² (га), которые определяются по плану местности масштабом от 1:500 до 1:5000; F - общая площадь выделенного внутреннего водосбора или всей ТНТ, км² (га).

Для отдельных площадей и стокоформирующих комплексов, представляющих собой естественные, еще не измененные, поверхности или поверхности, близкие по формированию поверхностного стока к естественным, коэффициенты годового поверхностного стока принимаются по аналогии с естественными ландшафтами соответствующей природной зоны или соответствующего речного бассейна (табл. 2) [3].

Коэффициенты поверхностного стока для лесной зоны Европейской территории Российской Федерации [5] в зависимости от процента урбанизированных территорий для всей рассматриваемой территории или для выделенного внутри нее водосбора определяются по графику (рис. 2).

Таблица 1

Осредненные значения коэффициентов годового поверхностного стока α для различных видов поверхностей

Таблица 2

Коэффициенты поверхностного стока некоторых речных бассейнов Российской Федерации

Рис. 2. Зависимость коэффициентов годового полного и поверхностного стока от площади урбанизированных территорий (в процентах от общей площади):

3.2. Годовой слой стока заданной обеспеченности

Годовой слой стока заданной обеспеченности рассчитывается аналогично годовому среднемноголетнему стоку по формуле

Y =α_срP_P%,  мм,                                                                                   (3)

где P_P% - годовая сумма осадков заданной обеспеченности, мм.

Годовые суммы осадков заданной обеспеченности определяются через коэффициенты перехода (K_P) от средних многолетних годовых величин осадков к осадкам различной обеспеченности для территории Российской Федерации (Приложение 1) по зависимости

P_P% = PK_P,  мм,                                                                                  (4)

Обеспеченности стока соответствуют обеспеченностям осадков [1].

3.3. Слой полного (поверхностного и подземного) стока за год

Величина полного стока на ТНТ рассчитывается если сеть внутренних водотоков более, чем на 90 % дренирует всю толщу исследуемого массива.

3.3.1. Слой полного стока (средний многолетний)

Слой полного стока (средний многолетний) определяется по формуле

Y_полн = P - E ± ΔS,  мм,                                                                       (5)

где P- сумма осадков за год средняя многолетняя, мм; E - испарение за год среднее многолетнее, мм; ΔS - изменение снегозапасов на рассматриваемой территории, которое определяется за счет природных факторов вели чина осадков, ветровой перенос и привоза (вывоза) дополнительных объемов снежных масс, мм.

Сумма осадков P определяется по данным наблюдений на ближайших метеостанциях (с введением необходимых поправок) или по карте (Приложение 2, рис. П2.1).

Величину испарения за год для всей территории Российской Федерации можно получить

                                                                                         (6)

где E₀ - годовая испаряемость (средняя многолетняя), мм (Приложение 2, рис. П2.2); - относительное испарение (Приложение 2, рис. П2.3).

Изменение снегозапасов за счет ветрового переноса снега ΔS рассчитывается по формуле

,  мм,                                                                     (7)

где Р_х - сумма осадков за холодный период, определяемая по данным ближайшей метеостанции, мм; Е_x - испарение за холодный период года, мм, порядок расчета которого изложен в п. 3.3.3.

Для объекта, представляющего собой террикон, учитывая его крутизну и высоту, K_сн принимается приблизительно равным 0,20 - 0,40 (для более высоких и крутых терриконов принимаются меньшие значения) [20]. Для объекта, представляющего собой котлован, K_сн приблизительно равен 0,10 - 1,10 (в зависимости от ширины, глубины котлована и крутизны и экспозиции склонов, например, для неглубоких котлованов с пологими откосами и большой площадью принимается меньшее значение коэффициента) [2, 28].

3.3.2. Полный среднемноголетний сток заданной обеспеченности

Полный среднемноголетний сток заданной обеспеченности рассчитывается по формуле

Y_полн,Р% = Y_полнK_P,  мм,                                                                       (8)

где Y_полн - средний многолетний слой полного стока рассчитывается по формуле (5); K_P - коэффициент перехода от средних многолетних годовых величин осадков к осадкам различной обеспеченности для территории Российской Федерации [25] (см. Приложение 1).

3.3.3. Расчет испарения с рассматриваемой территории (среднемноголетнего или заданной обеспеченности).

Средняя многолетняя величина испарения Е для поверхностей близких к естественным за отдельный месяц рассчитывается по следующим формулам [7, 16]:

E = E₀,           при                                                    (9)

      при                                        (10)

где E, E₀ - соответственно испарение и испаряемость, мм; M_к - величина критической влажности метрового слоя почвы, мм; M₁, M₂, -продуктивные влагозапасы почвы соответственно на начало и конец месяца, мм;

Испаряемость определяется по формуле

                                                                                (11)

где  - сумма среднесуточных дефицитов влажности воздуха (по данным наблюдений на ближайших метеостанциях) за расчетный период в n суток, мм; K - биологический коэффициент испаряемости, зависит от времени года и вида поверхности (для мест размещения отходов коэффициент K принимается для "черного" пара или луговой растительности).

Испаряемость можно также определить по графикам зависимости испаряемости от дефицита влажности воздуха в отдельные месяцы для различных природных зон Российской Федерации [7] (Приложение 2, рис. П2.4).

Для условий теплого периода Северо-Запада России применяется формула [17]

E₀=K'd_ср^0,75n,  мм,                                                                               (12)

где K' - биологический коэффициент испаряемости, изменяющийся в зависимости от нарастания суммы положительных температур, начиная от перехода температуры через 0° С, определяется по табл. 3 [17]; d_ср - среднесуточный дефицит влажности воздуха, мм; п -расчетный период, сут;

Таблица 3

Значения биологических коэффициентов испаряемости K'

За холодный период года в условиях отсутствия снежного покрова испаряемость на указанной территории рассчитывается по зависимости

E₀ = 0,55d_срn,                                                                                      (13)

где n - продолжительность холодного периода, сут.

При наличии снежного покрова испаряемость за холодный период года на территории Северо-запада Российской Федерации определяется по формуле

E₀ = 0,37d_срn.                                                                                      (14)

Критическую влажность для естественных грунтов можно определить по зависимости:

М_к = 0,8М_н ,                                                                                        (15)

где М_н - наименьшая продуктивная влагоемкость, мм.

Продуктивная влагоемкость - продуктивные запасы влаги в метровом слое грунта НВ - ВЗ для различных зон Российской Федерации с учетом механического состава изолирующих слоев принимаются по табл. 4 [22] (НВ - наименьшая полевая влагоемкость; ВЗ - влажность завядания), а в зависимости от сезона года - по табл. 5 [7].

Среднюю многолетнюю испаряемость для различных видов поверхностей на ТНТ E_{0 ВП}, мм, можно рассчитать по формуле

E_{0 ВП} = K_ВПE₀,                                                                                      (16)

где K_ВП - поправочный коэффициент к средней многолетней испаряемости, принятой по данным ближайшей метеорологической станции или по Приложению 2 (рис. П2.2), определяется по табл. 6.

Таблица 4

Величина НВ - ВЗ метрового слоя почвы в различных природных зонах РФ (мм)

* Большее значение принимается для грунтов более тяжелого механического состава.

Таблица 5

Средние месячные значения критических продуктивных влагозапасов метрового слоя почвы (мм)

Таблица 6

Поправочные коэффициенты K_вп к среднему многолетнему испарению с естественных ландшафтов для различных видов поверхностей

* Меньшие значения принимаются, когда поверхность отходов покрыта естественной непроницаемой пленкой [10, 26].

При отсутствии исходных данных, для предварительных расчетов величины среднего многолетнего годового и месячного испарения для всей территории Российской Федерации можно получить из произведения средней многолетней годовой и месячной испаряемости на относительное испарение Е/Е₀ за те же периоды.

Средняя многолетняя годовая и месячная (март - ноябрь) испаряемость определяется по картам (Приложение 2, рис. П2.5 - П2.13).

Величины среднего годового и месячного (май - октябрь) относительного испарения определяются по картам (Приложение 2, рис. П2.14 - П2.19).

Величины годового испарения заданной обеспеченности определяются путем умножения среднего многолетнего годового испарения на соответствующий переходный коэффициент (табл.7) [1].

Для расчетов принимается следующее соотношение обеспеченностей осадков Р_Р и испарения Р_Е в многоводные годы (обеспеченность осадков выше 25%) и в средние по водности годы (обеспеченность осадков 50 - 75%) Р_Е = 50%; в маловодные годы (обеспеченность осадков ниже 75%) и в средние по водности годы при обеспеченности осадков 25 - 50% Р_Е = 100 - Р_Р [1].

Таблица 7

Коэффициенты перехода K_Е от средней многолетней годовой испаряемости с ТНТ к испаряемости различной вероятности превышения Р,%

Расчет испарения со всей территории производится по формуле

                                                         (17)

где E₁ E₂ ... E_n - испарение с отдельных видов поверхностей, мм.

3.3.4. Величина снегозапасов (запас воды в снежном покрове)

рассчитывается по формуле

                                                   (18)

где A_i - запас воды в снеге (снегозапасы) i-го месяца, мм; Р_i. - месячная сумма осадков, мм, определяется по данным ближайшей метеостанции; E_0i. - месячная сумма испаряемости, мм, определяется по формулам (11) - (14) или по картам (Приложение 2,рис. П2.5 - П2.13).

3.3.5. Объем годового стока (полного или поверхностного)

Объем годового стока (полного или поверхностного) с техногенно-нагруженной территории определяется по формуле

W = 10^-6YF,  тыс.м³,                                                                            (19)

где Y- слой годового поверхностного стока (средний многолетний и заданной обеспеченности), мм; F - площадь стокоформирующего комплекса, внутреннего водосбора или всей территории объекта размещения отходов, км².

4. ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВНУТРИГОДОВОГО СТОКА

4.1. Слой поверхностного стока за летне-осенний период года

Слой поверхностного стока за летне-осенний период года определяется по формуле

Y_л = α_ср.лP_л,  мм,                                                                                  (20)

где α_ср.л - среднее значение коэффициента летне-осеннего поверхностного стока с водосбора внутри территории или со всей территории; P_л - сумма осадков за летне-осенний период, мм.

Среднее значение коэффициента летне-осеннего поверхностного стока с водосбора внутри территории объекта или со всего объекта α_ср.л рассчитывается по формуле

                                                (21)

где α_1л, α_2л,... α_nл - коэффициенты летне-осеннего поверхностного стока с различных видов поверхностей территории объекта размещения отходов; f₁ f₂ ...f_n; F-то же, что в формуле (2).

Коэффициенты летне-осеннего поверхностного стока α_л для различных видов поверхностей (стокоформирующих комплексов) в местах размещения отходов выбираются по табл. 8 [14].

Таблица 8

Осредненные значения коэффициентов летне-осеннего поверхностного стока α_л для различных видов поверхностей

Поверхностный сток на территории в результате поднятия уровня фильтрата до дневной поверхности рассчитывается по формуле

Y_пов.ф = P_р.п - E_р.п - 10³μH_н - ΔM_г - ΔM_п,  мм,                                    (22)

где P_р.п - атмосферные осадки, выпавшие за расчетный период, мм; E_р.п - суммарное испарение за расчетный период, мм; μ - коэффициент водоотдачи; H_н- уровень подземных вод на начало выпадения дождя, м; ΔM_г - начальная водоаккумулирующая емкость грунтов (масс отходов), мм; ΔM_п - водоаккумулирующая емкость поверхности в зависимости от ее состояния, мм.

4.2. Слой полного стока за отдельный месяц или выделенный внутри годовой период (средний многолетний и заданной обеспеченности)

Слой полного стока за отдельный месяц или выделенный внутри годовой период (средний многолетний и заданной обеспеченности) определяется

Y_полн = P - E ± ΔS,  мм,                                                                       (23)

где Р - сумма осадков за месяц или за выделенный период (средняя многолетняя или заданной обеспеченности), мм; Е - испарение за месяц или за выделенный период (среднее многолетнее или заданной обеспеченности), мм, рассчитывается согласно п. 3.3.3; ΔS - изменение снегозапасов за счет ветрового переноса снега с территории на территорию (при наличии снежного покрова) или завезенного (вывезенного) извне, мм.

Средняя многолетняя месячная или внутригодовая сумма осадков Р определяется по данным наблюдений на ближайших метеостанциях (с введением необходимых поправок); по карте или с использованием справочной литературы.

Месячная или внутригодовая сумма осадков заданной обеспеченности определяется через коэффициенты K_Р (см. Приложение 1).

5. МАКСИМАЛЬНЫЙ СТОК

5.1. Гидрологические характеристики весеннего половодья

5.1.1. Средний многолетний слой весеннего половодья

Средний многолетний слой весеннего половодья для рассматриваемой территории или выделенного внутри нее водосбора (при  условии, что урбанизированные территории занимают не более 35% общей площади) определяется по формуле

Y_в = Y_0вδ_Y ,  мм,                                                                                    (24)

где Y_0в - средний многолетний слой весеннего половодья (без срезки грунтового питания), мм; δ_Y - поправочный коэффициент к среднему слою стока (объему) весеннего половодья, учитывающий влияние урбанизированной территории.

Средний многолетний слой весеннего половодья определяется по картам, приведенным в Приложении 2 (рис. П2.20 и П2.21).

Величина поправочного коэффициента δ_Y к среднему слою стока (объему) весеннего половодья рассчитывается по формуле [4]

δ_Y = 1 + 0,02f_ут% ,                                                                                (25)

где f_ут% - площадь урбанизированной территории в процентах от общей площади водосбора.

5.1.2. Слой поверхностного стока весеннего половодья

Слой поверхностного стока весеннего половодья для техногенно-нагруженных территорий определяется по формуле

Y_в.пов = α_ср.вP_х,  мм,                                                                              (26)

где α_ср.в - среднее значение коэффициента весеннего поверхностного стока с отдельного водосбора или со всей территории; P_х - сумма осадков за холодный период года, мм.

Среднее значение коэффициента весеннего поверхностного стока с водосбора внутри территории объекта или со всего объекта а с в рассчитывается по формуле

                                                  (27)

где α_1в, α_2в,. ...α_nв - средние коэффициенты поверхностного весеннего стока с различных видов поверхностей (стокоформирующих комплексов), выделенных в рамках рассматриваемой территории или водосбора; f₁ f₂,, ...f_n - площади различных видов выделенных поверхностей; F - общая площадь выделенного водосбора или всей территории.

Слой поверхностного стока весеннего половодья для отдельного стокоформирующего комплекса определяется по формуле

Y_в.пов = α_вP_х .                                                                                        (28)

Коэффициенты весеннего поверхностного стока а для различных видов поверхностей (стокоформирующих комплексов) определяются по табл. 9, 10, 11 [4, 9, 22].

Таблица 9

Осредненные значения коэффициентов весеннего поверхностного стока α_в для различных видов поверхностей

Таблица 10

Коэффициенты весеннего поверхностного стока α_в в зависимости от формы сооружений*

* С учетом ветрового переноса снега с территории и на территорию объекта.

Таблица 11

Коэффициенты весеннего поверхностного стока α_в для естественных поверхностей

Примечание. Меньшие значения принимаются для меньших уклонов поверхности, большие - для больших.

5.1.3. Объем весеннего половодья

Объем весеннего половодья для всей территории или внутреннего водосбора (при условии, что урбанизированные территории занимают не более 35% общей площади) W_в определяется по формуле

W_в = Y_0вFδ_Y ,  тыс.м³,                                                                          (29)

где F - площадь всей территории или внутреннего водосбора ТНТ; δ_Y -поправочный коэффициент к среднему слою стока (объему) весеннего половодья (определяется по формуле (25)).

5.1.4. Максимальный расход весеннего половодья вероятности превышения Р%

Максимальный расход весеннего половодья вероятности превышения Р% в замыкающем створе внутреннего водосбора рассчитывается по формуле

Q_{max в P%} = q_{max в P%}δ_утF,  м³/с,                                                              (30)

где q_{max в P%} -максимальный модуль стока весеннего половодья с единичной площади вероятности превышения Р%, м³/с, определяемый на основании формулы редукции максимальных модулей стока [6; 19]

q_{max в P%} = k_pA_{max с P%} ,                                                                           (31)

k_p - коэффициент размерности (для часовой единицы времени добегания равный 0,28); δ_ут - коэффициент, учитывающий снижение максимального расхода весеннего половодья в результате большого разнообразия стокоформирующих поверхностей в местах размещения отходов, равный 0,8 - 0,9; A_{max с P%} - максимальная интенсивность снеготаяния вероятности превышения Р%, мм/ч.

Максимальная интенсивность снеготаяния вероятности превышения Р% = 1 % может быть определена по карте изолиний [19] (Приложение 2, рис. П2.22).

Модули максимального стока 1%; 10% и 25% вероятности превышения определяются по табл. 12 [6].

Максимальный расход весеннего половодья вероятности превышения Р% в замыкающем створе внутреннего водосбора (для площадей водосборов до 10 км²) рассчитывается по формуле

                                                  (32)

где Y_вР% - полный слой стока весеннего половодья заданной вероятности превышения, мм, определяется в зависимости от коэффициента вариации среднего многолетнего слоя стока весеннего половодья, соотношения C_s/C_v [15], а также среднего многолетнего слоя весеннего половодья (24) ; k_max -коэффициент дружности половодья, представляющий собой отношение

Таблица 12

Максимальная интенсивность снеготаяния А_{max с} и модули максимального весеннего стока расчетной вероятности превышения

максимального суточного слоя ко всему слою половодья заданной вероятности превышения. (Значения k_max для дружных весен определяются по табл. 13); F- общая площадь выделенного внутреннего водосбора, км²; τ_в - время добегания максимального расхода воды весеннего половодья до замыкающего створа, ч (см.п.5.1.5); δ_ут - тоже, что в формуле (30).

Таблица 13

Коэффициенты дружности половодья [18]

5.1.5. Время добегания максимального расхода воды весеннего половодья заданной обеспеченности до замыкающего створа

Время добегания максимального расхода воды весеннего половодья заданной обеспеченности до замыкающего створа τ_в определяется по формуле

τ_в = τ_р + τ_ск0,  ч,                                                                                   (33)

где τ_р - время добегания по руслу, ч,  L_p - длина русла, м; V_p -скорость потока в русле, м/ч - рассчитывается по формуле Шези для открытого русла

                                                                                         (34)

С - коэффициент Шези; R - гидравлический радиус, м; i - уклон дна водотока (описание определения параметров формулы (34) приводится в [8, 24]); τ_ск - время добегания по склонам, ч; τ_ск0 = L_ск/V_ск , L_ск - наибольшая длина склона, м V_ск - скорость добегания по склонам , в первый период снеготаяния (при движении талых вод под снегом) V_ск = 0,001-0,005 м/с (3,60 - 18 м/ч). При ручейковом стекании (после обнажения части почвы от снега) скорость добегания по склонам увеличивается до 0,1 - 0,2 м/с (360 - 720 м/ч) и далее - до 0,5 м/с (1800 м/ч) [27].

5.2. Максимальный расход дождевого паводка заданной обеспеченности в замыкающем створе

Максимальный расход дождевого паводка заданной обеспеченности Q_дР% в замыкающем створе внутреннего водосбора определяется по формуле предельной интенсивности стока [13; 15; 23]:

Q_дР% = q'_1%α_д.сH_1%δλ_pF ,  м³/с,                                                           (35)

где q'_1% - максимальный модуль стока ежегодной вероятностью превышения Р = 1%, определяется для исследуемого района в зависимости от гидроморфометрической характеристики русла Ф_р и продолжительности склонового добегания τ_д.ск, мин; α_д.с - сборный коэффициент ливневого стока; H_1% - максимальный суточный слой осадков вероятностью превышения 1%, мм, определяется по данным ближайших метеорологических станций; δ - коэффициент, учитывающий влияние проточных озер на внутреннем водосборе ТНТ, определяется по формуле

                                                                                        (36)

f''_оз - средневзвешенная озерность водосбора определяется по формуле

                                                                                (37)

f'_оз - относительная озерность

                                                                             (38)

S_i - площадь зеркала озера, км²; F - площадь внутреннего водосбора ТНТ, км²; С - коэффициент, принимаемый равным 0,2 для лесной и лесостепной зон; 0,4 - для степной зоны.

Если озера на водосборе расположены вне русла и основных притоков, то δ принимается равным 0,8 независимо от степени озерности.

В формуле (35) λ_p - коэффициент перехода от максимальных мгновенных расходов воды ежегодной вероятностью превышения 1% к максимальным расходам воды с другой вероятностью превышения.

Максимальный модуль стока q'_1% определяется с учетом гидроморфометрической характеристики русла внутреннего водотока ТНТ Ф_p

                                                             (39)

где L_p - длина русла водотока, м; m_p - гидравлический параметр русла, определяемый по табл.14; i_p - средневзвешенный уклон русла, %; F - площадь внутреннего водосбора ТНТ; α_д.с, H_1% - то же, что в формуле (35).

Общая продолжительность добегания дождевого стока до расчетного створа определяется по формуле (40)

τ_д = τ_д.с + τ_д.л + τ_д.тр,  мин,                                                                   (40)

где τ_д.л , τ_д.тр - соответственно, время добегания дождевых вод по лоткам, трубам до расчетного створа, определяемое по следующим формулам:

                                                                           (41)

                                                                          (42)

L_л - длина лотка, м; L_тр - длина расчетного участка коллектора, м; V_л - соответственно, скорость движения дождевых вод в конце лотка и по коллекторам, м/мин, определяются по методам, приведенным в [8]; r -коэффициент, зависящий от климатических условий и рельефа (при уклонах поверхности менее 0,03% r = 2,0, при уклонах более 0,03% r = 1,2); τ_д.с - время добегания дождевых вод по склонам, мин, определяется по табл. 15 [11] или по [15] в зависимости от гидроморфометрической характеристики склонов Ф_с

                                                                     (43)

где . - средняя длина склонов водосбора, м; m_с - коэффициент, зависящий от шероховатости склонов водосбора, определяется по табл. 16 [15]; i_с. - средний уклон склонов водотока, %; α_д.с, H_1%, - то же, что в формуле (35).

Таблица 14

Значения параметров m и т_p

Сборный коэффициент ливневого стока α_ср.д.с территории или выделенного на ней водосбора определяется по формуле

                                          (44)

где α_д.с1; α_д.с2;... α_д.с.n - коэффициенты ливневого стока с различных видов поверхностей территории.

Коэффициенты стока α_д.с для отдельных видов водонепроницаемых и водопроницаемых поверхностей на территории рекомендуется выбирать по табл. 17.

Таблица 15

Значения τ_д.с (мин) в зависимости от гидроморфометрической характеристики склонов водосбора Ф_с

Примечание. Номера районов типовых кривых редукции осадков определяются по карте, приведенной в [11]. Более точно значения τ_д.с определяются по [15].

Таблица 16

Коэффициенты m_с для склонов

Таблица 17

Коэффициенты ливневого стока α_д.с для различных поверхностей в зависимости от суточного слоя осадков (для расчета максимальных расходов вероятностью превышения Р = 1%)

*Для грунтов более тяжелого механического состава принимаются большие значения коэффициента.

6. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Настоящая Методика позволяет получить следующие основные гидрологические характеристики техногенно-на1руженной территории.

1.Характеристики годового стока:

слой среднего многолетнего стока;

годовой слой стока заданной обеспеченности;

слой полного (поверхностного и подземного) стока за год;

средний многолетний сток;

полный поверхностный сток заданной обеспеченности;

испарение с рассматриваемой территории (среднемноголетний или заданной обеспеченности);

величина снегозапасов;

объем годового стока.

2. Характеристики внутригодового стока:

слой поверхностного стока за летне-осенний период года;

слой полного стока за отдельный месяц (выделенный внутригодовой

период).

3. Характеристики максимального стока, в том числе весеннего половодья:

средний слой весеннего половодья;

слой поверхностного стока весеннего половодья;

объем весеннего половодья;

максимальный расход весеннего половодья вероятности превышения Р%;

время добегания максимального расхода воды весеннего половодья заданной обеспеченности до замыкающего створа,

максимальный расход дождевого паводка заданной обеспеченности в замыкающем створе.

Полученные характеристики могут быть использованы в качестве исходных данных как при дальнейших водохозяйственных расчетах, разработке комплексов мероприятий по рациональному водообустройству техногенно-нагруженной территории, разработке комплексной гидролого-гидрогеодинамической модели территории, так и при создании или оптимизации системы инженерной защиты природных вод от загрязнения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Бавина Л.Г. Испарение и сток с неосушенных болот в годы с различной увлажненностью// Труды ГГИ. 1979. Вып. 261. С. 61-73.

2. Вершинина Л.К. Характеристики распределения снежного покрова и весеннего снеготаяния на территории Кустанайской области // Труды ГГИ. 1963. Вып. 104. С. 3-14.

3. Водные ресурсы и водный баланс территории Советского Союза. Л.: Гидрометеоиздат. 1967.

4. Водогрецкий В.Е. Антропогенное изменение стока малых рек. Л.: Гидрометеоиздат. 1990.

5. Гидрологическая роль урбанизации (на примере г. Москвы) / Вопросы географии. Сб. 102. М.: «Мысль». 1976. С. 179-184.

6. Гидрологические расчеты при осушении болот и заболоченных земель / Под ред. К.Е. Иванова. Л.: Гидрометеоиздат. 1957.

7. Зубенок Л.И. Испарение на континентах. Л.: Гидрометеоиздат. 1976.

8. Киселев П.Г. Справочник но гидравлическим расчетам. М.-Л.: Гос. энергетическое изд-во. 1957.

9. Костяков П.Н. Основы мелиорации. М: Сельхозгиз. 1960.

10. Кузнецов В.И. Особенности испарения с промышленных стоков // Труды ГГИ. 1970. Вып. 181. С. 33-57.

11. Кузник И.А., Луконин Е.И., Пилипенко В.Я. Гидрология и гидрометрия. Л.: Гидрометеоиздат. 1974.

12. Куприянов В.В. Гидрологические аспекты урбанизации. Л.: Гидрометеоиздат. 1977.

13. Международное руководство по методам расчета основных гидрологических характеристик. Л.: Гидрометеоиздат. 1989.

14. Методика расчета объемов организованного и неорганизованного дождевого и талого стока в системы коммунальной канализации. СПб.: Экология и право. 2000.

15. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик. Л.: Гидрометеоиздат. 1984.

16. Рекомендации по расчету испарения с поверхности суши. Л.: Гидрометеоиздат. 1976.

17. Самофалов Д.П. Обоснование оптимальной интенсивности осушения на основе воднобалансовых расчетов. Автореф.дисс. на соиск. уч. степени канд.техн. наук. Минск. 1980.

18. Семлянская Л.П. Условия формирования и методика расчета максимальных расходов весеннего половодья на малых водосборах // Труды ГГИ. 1957. Вып. 61.

19. Соколовский Д.Л. Речной сток (основы теории и методики расчетов). Л.: Гидрометеоиздат. 1968.

20. Сольский С.В., Гордиенко С.Г. и др. Методические основы разработки технических решений по защите природных вод от загрязнения при проектировании, эксплуатации и консервации накопителей и хранилищ жидких, твердых и пастообразных отходов// Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. 1999. Т. 235. С. 123-137.

21. Сольский С.В., Кветная И.А., Самофалов Д.П., Хайтов Р.Д. Обеспечение защиты природных вод в районах размещения полигонов твердых бытовых отходов // Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. 2001. Г. 239. СПб. С. 225-236.

22. Сольский С.В., Самофалов Д.П. Обоснование замкнутых водооборотных систем при обустройстве полигонов твердых бытовых отходов // Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. 2003. Г. 242. С. 175-185.

23. СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. М.: Госстрой России. 2004.

24. Мелиорация и водное хозяйство. Справочник / Под ред. П.А. Полад-Заде. М.: Агропромиздат. 1987.

25. Справочник по климату СССР. Ч. 4. Л.: Гидрометеоиздат. 1965-1968.

26. Указания по расчету испарения с поверхности водоемов. Л.: Гидрометеоиздат. 1969.

27. Харченко С.И. Исследование потерь и добегания талых вод // Труды ГГИ. 1956. Вып. 57.

28. Харченко С.И. Формирование весенних половодий в условиях степей Нижнего Дона // Труды ГГИ. 1959. Вып. 71. С. 5-35.

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Коэффициенты перехода от средних многолетних годовых величин осадков к осадкам различной обеспеченности (K_P) для территории Российской Федерации