Рекомендации

по инженерногидрометеорологическим изысканиям на водохранилищах для строительства

ЁВ

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ (ПНИИИС) ГОССТРОЯ СССР

Рекомендации

по инженерногидрометеорологическим изысканиям на водохранилищах для строительства

Москва Стройиздат 1986

наблюдения с помощью суточных самописцев: термографа, гигрографа и контактного анемометра М-25, регистрирующее устройство которого (регистратор М-97) предназначено для одновременной регистрации скорости ветра, измеренной с помощью шести анемометров.

При проведении микросъемок контактный анемометр также позволяет регистрировать скорость ветрового потока путем непрерывной записи в течение суток на одной стоянке. С этой целью через полный оборот барабана (4 ч) включается последующее перо регистратора. Питание регистратора осуществляется от батареи из трех элементов 1,2 НВМЦ- 525.

Обработка записей производится в соответствии с работой Стернзата.

Приборы устанавливаются на специальных подставках.

Установка оборудована защитным тентом от воздействия прямых солнечных лучей.

При невозможности обеспечения всех микроточек достаточным количеством наблюдателей проводятся маршрутные микроклиматические наблюдения. При этом должна быть обеспечена синхронность наблюдений.

При составлении графика маршрутных микроклиматических съемок необходимо учитывать время перехода с одной точки на другую. Перед началом наблюдений проводится полевая проверка приборов согласно прилагаемой к ним инструкции.

Данные показаний по приборам записываются в специальный журнал. Сроки наблюдений соответствуют стандартным шестисрочным.

За пять минут до срока в наблюдательной книжке следует записать состояние погоды (облачность, состояние диска солнца, направление ветра, атмосферные явления) .За три минуты смочить термометры психрометров и завести их, записать показания анемометров. Точно в срок пустить анемометры и через десять минут выключить. Отсчеты по психрометру берутся три раза за 10-минутную серию; после первого отсчета психрометры подзаводятся.

Первичную обработку микроклиматических наблюдений в наблюдательских книжках необходимо проводить в полевых условиях. Обработка лент самописцев производится соответственно изложенному в работе Стернзата М.С.

Оценка степени влияния водохранилища на прибрежную территорию определяется путем нахождения разностей показателей метеорологических элементов на побережье на урезе.

1.5. Специальные метеорологические наблюдения над водной поверхностью необходимы при выполнении ряда расчетов (испарения с поверхности водохранилища, температуры воды и т.д.).

Значения метеорологических характеристик, полученные на прибрежной метеостанции даже в непосредственной близости от уреза воды, не соответствуют значениям подобных характеристик над водной поверхностью. Причина этого заключается в воздействии подстилающей поверхности (ее шероховатости, температуры и др.) на. метсохарактеристики воздушной массы. Величина трансформации воздушной массы определяется устойчивостью и скоростью перемещения воздушной массы, сезоном года.

Существующие методы пересчета значений упругости водяного пара, температуры воздуха и скорости ветра, измеренных на суше, к их значениям над водной поверхностью предусматривают введение поправочных коэффициентов или же использование эмпирических и полуэмпирических расчетных формул или графиков. Однако эти методы не всегда дают достаточно удовлетворительные результаты для каждого конкретного водохранилища, особенно со своеобразными гидролого-морфологическими условиями. В таких случаях требуется постановка специальных наблюдений за метеорологическими элементами над водной поверхностью, которые позволили бы уточнить значения поправочных коэффициентов или расчетных формул.

Такие наблюдения предусматривают синхронные измерения комплекса метеорологических элементов на существующей береговой станции, урезе

1 Стернзат М.С. Метеорологические приборы и наблюдения. - Л.: Гидро-метеоиздат, 1968. — 463 с.

воды и над водной поверхностью с имеющихся плавсредств, установленных на расстоянии 50, 100, 200, 500, 1000 и 2000 м от уреза воды. Возможны и другие варианты выбора мест установки плавсредств, которые определяются необходимой детальностью решения задачи.

Наблюдения на всех выбранных точках производятся обычно через получасовые интервалы времени в течение полусуток или суток. Подобные циклы наблюдений проводят неоднократно для охвата разнообразных метеорологических ситуаций. Разумеется, наблюдения должны проводиться в различные сезоны года, за исключением зимы, когда значения метеорологических элементов над побережьем и покрытой льдом поверхностью водохранилища тактически одинаковы.

Оборудование плавсредств для выполнения метеорологических наблюдений производится в соответствии с типом судна, но при этом необходимо соблюдение ряда общих положений.

Упругость водяного пара и температуру воздуха измеряют при помощи аспирационного психрометра, установленного на высоте 2 м от водной поверхности. Целесообразно психрометр, а также анемометр, используемый для измерения скорости ветра, располагать на поворотной выносной стойке, которая позволяет избежать искажающего влияния судна. Наблюдения необходимо производить только с наветренного борта судна, в той его части, где имеется наименьшее количество надстроек.

Методика проведения наблюдений излагается в действующих Наставлениях гидрометеорологическим станциям и постам.

Расчет температуры воздуха и упругости водяного пара при переходе воздушной массы с суши на водохранилище производится по следующим зависимостям:

для температур воздуха Т_х = Т + (Т_п - Т) F* ;    (2)

для упругости водяного пара « е +(е_п ~e)Fe,    (3)

где Тх и ^ ус “ температура воздуха и упругость водяного пара на высоте 2 м над водной поверхностью; Т и е — температура воздуха и упругость водяного пара над сушей по данным береговой станции; Т_п и е_п —температура поверхности воды и максимальная упругость водяного пара при температуре поверхности воды; /у ^и — функции, учитывающие изменение величин Т и е над водохранилищем.

Устойчивость приводного слоя выражается следующим показателем:

(6)

где Тп и Т — температура поверхности воды и температура воздуха над сушей; U — скорость ветра над водной поверхностью на высоте 2 м.

В качестве критериев устойчивости можно принять следующие значения: при инверсионных условиях-. Л Г/U⁷- < ~0_} /I ” равновесных    ^у)... +0, Л T/U*b    1 >

” сверх адиабатических    ДТ/1/*> + 0,1*

Для ориентировочного расчета искомых значений Т_х и е_х можно использовать изложенную выше методику.

Однако для выявления характера влияния на характеристики воздушной массы конкретного водохранилища или его отдельных участков рекомендуется построение зависимостей типа Т_х - Т * f(Tn-Т) н е_х~е « » №п-*) по данным непосредственных наблюдений над водной поверх-

11

ностью. Полученные кривые связи можно выразить аналитически для различных критериев устойчивости воздушной массы.

Обычно получаются расчетные уравнения:

для температуры воздуха    Т_л = Т+а(Т_п -Т)1Ь'>    (7)

для упругости водяного пара е_х =£> +а1б_п -е)<> ■    (8)

где а и Ъ - эмпирические величины. Полученные формулы рекомендуется использовать для расчета среднедекадных и среднемесячных значений Лзс и ех •

Аналогичным способом решается задача определения Т_х и е_х при направлении перемещения воздушной массы с водохранилища на сушу, но при этом следует иметь в виду, что функции и в этом случае имеют другие значения. Это определяет необходимость построения иных зависимостей

™^па:    T_x-T=HTn-T)j е_х-в=/(е_п-е).

Рзрчет среднемесячных или среднедекадных значений температуры воздуха Т_х или упругости водяного пара ё_х по данным наблюдений на береговых станциях с учетом трасформации воздушной массы рекомендуется производить по следующим формулам:

Т_х-СТ_хт_с-*-Т_хт_ь)/(т_с*т_ь)\    ₍₉₎

е_х =>(e_xf”c ^ ^ех^гп &)/(^тс * ^тъ) )    0°)

где т_с и т & - число случаев направлений ветра соответственно с суши на водоем или с водоема на сушу за декаду или месяц, по данным береговой станции.

Скорость ветра над водохранилищем связана со скоростью ветра V_c , с измеренной на береговой станции, следующим соотношением: i/ - к \/

^кв ^nvQ»    (И)

где А — переходный коэффициент, который зависит от стратификации приземного и приводного слоев воздуха, сезона года и времени суток, а также имеет различные значения для направления ветра с суши на водохранилище и с водохранилища на сушу.

Исследования показывают, что максимальное значение коэффициента К в течение суток наблюдается от 2 до 4 ч, минимальное - от 14 до 16 ч. В период, когда    водохранилище свободно ото льда, коэффициент    постепенно возрастает    от весны к лету, достигая максимальных    значений в июле-ав

густе, а затем постепенно уменьшается до момента установления ледостава. С увеличением скорости ветра значение коэффициента К уменьшается.

Столь большая изменчивость коэффициента А показывает необходимость проведения параллельных наблюдений за скоростью ветра над водной поверхностью и прибрежной зоной в различное время суток, сезоны года и при различных гидрометеорологических условиях.

2. ИЗУЧЕНИЕ РЕЖИМА УРОВНЯ ВОДЫ Общие положения

2.1. Уровень - высота водной поверхности в данной точке, свободная от влияния ветровых волн и измеряемая относительно условного горизонта - '’нуля графика” или "нуля поста”. Ход уровня на водохранилищах характеризует изменение запасов воды в зависимости от динамики естественного водного баланса и регулирования стока. По акватории водохранилищ различия в уровенном режиме определяются также морфометрическими

особенностями. При этом основная часть водохранилищ озеровидной формы характеризуется близкой к шризонтальной поверхностью, а на речных (долинных и русловых) водохранилищах - периодически изменяющимся уклоном.

В ходе уровня в различных районах постоянного подпора выделяются: плавный подъем в период весеннего наполнения водохранилища, стабилизация в период летней межени, характеризуемая согласными изменениями уровня в разных частях, и сработка в период осенне-зимней межени. В без-ледный период наблюдается ’’искажение” хода уровня за счет ветровой дени-веяяции. На глубоководных водоемах денивеляции составляют всего 10-15 см, на неглубоких и значительных по площади водохранилищах они достигают одного и более метров’. Причиной изменения согласного хода уровня могут быть также неравномерная работа агрегатов ГЭС и забор воды на шлюзование, сейшевые колебания, возникающие вследствие разницы атмосферного давлений над акваторией*

Для решения практических задач наибольший интерес представляет изучение колебаний уровня, обусловленных изменением запасов воды в водохранилище. Такие колебания характеризуют режим, так называемый ’’режим уровня” или ’’уровенный режим”.

2.2 Для оценки уровенного режима водохранилищ используются следующие характеристики:

средние уровни за месяц, год, за многолетний или навигационный периоды;

экстремальные (максимальные и минимальные) уровни за месяц, год, многолетний или навигационный периоды;

повторяемость и обеспеченность высоких и низких уровней за год, многолетний или навигационный периоды;

повторяемость и обеспеченность срочных (ежечасных) уровней за месяц, год, многолетний или навигационный периоды;

величина колебаний уровня (суточная, месячная, годовая, многолетняя) ;

повторяемость величин ветровых дснивеляций по месяцам; продолжительность стояния высоких уровней (средняя и максимальная) при отдельных подъемах;

продолжительность стояния низких уровней (средняя и минимальная) при отдельных спадах;

уровни начала осеннего ледохода и ледостава, первой подвижки и весеннего ледохода (в устьях рек и в верховьях водохранилищ).

Перечисленные характеристики уровня должны быть получены для среднего и преобладающего режимов. Кроме того, необходима хронологическая запись колебаний уровня.

Оборудование и методика наблюдений

2.3.    Наблюдения над уровнем воды осуществляются на водомерных пунктах (постах), оборудованных сваями (рейками) или устройствами для непрерывной регистрации колебаний уровня (самописцы типа ’’Валдай”, ГР-38). Наибольшие и наименьшие значения уровня на водомерном пункте, где нет самописцев, фиксируются максимально-минимальными рейками. Описание реек и свай и способов их установки дается в соответствующих Наставлениях гидрометеорологическим станциям и постам.

Водомерные пункты должны располагаться в местах, имеющих свободное сообщение с водоемом при любом положении уровня воды и защищенных от сильного волнения, дрейфующих льдов, от размыва и значительных отложений наносов.

Местоположение и конструкцию сооружений и оборудования на них необходимо согласовать с местными организациями Госкомгидромета.

2.4.    Для определения и проверок высотного положения ’’нуля поста” оборудуются на местности репера, привязанные к Государственной невелир-ной сети (к исходному реперу) предприятием ГУКа. Для проверки высоты

13

рабочего репера служит основной репер, а рабочий необходим для систематических определений нивелированием высотных отметок нулей реек и свай.

Устройства водомерного пункта нивелируются по 1У классу точности от основного репера через рабочий двойным ходом (прямое и обратное направления). Расхождения сумм превышений по прямомому и обратному ходу должны находиться в пределах ± 5V/T, где _я- число стоянок инструмента за один ход. Контрольное нивелирование водомерного пункта должно производиться не реже двух раз в год.

В случае невозможности геометрического нивелирования отметки ’’нуля постов” могут передаваться от пункта к пункту водным нивелированием, точность которого оценивается по наибольшим среднеквадратическим ошибкам при вычислении по уровням:

среднегодовым б ==±. Y/wvcH;    (12)

среднемесячным fifJJ а± %5/т, от    (13)

среднесуточным = ±21,6//п, СП,    (14)

^где ^п — число членов ряда.

Лучше всего брать среднемесячные уровни с большим рядом наблюдений ( п 25 лет).

При наличии данных по опорному пункту А высота ’’нуля поста” в пункте Б может быть получена с учетом вычисления среднеквадратической ошибки по следующей формуле:

[тн-лн>*■

V-^ГГгТ~ '

где Л Н — разность синхронных уровней в пунктах А и Б; Д Н — средняя разность уровней в тех же пунктах за весь ряд; а — число членов ряда.

Высота ветрового нагона Л h принимается, как правило, по натурным наблюдениям^ а при отсутствии их может приближенно определяться по формуле у не учитывающей конфигурацию береговой линии и уклоны дна:

дЛ~2 /0 ⁶(fvX/g/yJcosoip,

где Ы — расчетная скорость ветра, м/с; X — протяженность охваченной ветром акватории, м; принимается максимальная длина разгона при господствующем ветре (активные румбы) '* оСд — угол между продольной осью водоема и направлением ветра, град.    Р

2.5. Состав и сроки наблюдений на водомерном пункте изложены в Наставлении гидрометеорологическим станциям и постам (вып. 9, ч. 1, 1968 г.). Точность наблюдений за уровнем воды должна быть 1-2 см. Наблюдения на водомерных пунктах в месте изысканий должны охватывать все характерные фазы и не менее 60% величины возможных колебаний уровня в опорном пункте, поскольку связи между уровнем в исследуемом районе и опорном пункте.

Параллельно с наблюдениями за уровнем должны осуществляться наблюдения за ветром, температурой воды, ледовыми явлениями и толщиной льда.

Результаты наблюдений за уровнем записываются на месте производства наблюдений в книжки КГМ-1, приведенные в Наставлении.

14

Статистическая обработка результатов наблюдений

2.6.    Исходными материалами, кроме непосредственных наблюдений на стационарных постах, оборудованных в соответствии с требованиями, изложенными в Наставлении, служат данные таблиц ТГМ-1М, помещаемые в ежегодниках, регулярно издаваемых Гос ко мгидро мегом, или хранящиеся в его фондах.

Случайные ошибки при обработке материалов по уровням уменьшаются при увеличении числа сроков и периода осреднения. Наиболее надежные среднесуточные уровни получаются при обработке ежечасных или четырехсрочных (через каждые 6 ч) наблюдений.

В безледный период по графикам хронологического хода срочного уровня следует установить, не приходятся ли на пропущенные сроки, судя по скорости и направлению ветра, экстремальные уровни. Если во время пропусков наблюдений за уровнем были случаи штормов, то вычислений средних месячных уровней производить не следует.

2.7.    Вычисление средних значений уровня сводится к определению за п -летний ряд наблюдений (по срочным данным) среднемесячных, среднегодовых и среднеарифметических значений и к построению хронологических графиков хода уровней (среднесуточных, среднемесячных, среднегодовых). Расчеты не требуют пояснений.

Построение хронологических графиков изложено в Руководстве¹.

Целесообразно остановиться на получении указанных выше характеристик с принятыми допущениями и отклонениями, а именно - на оценке математического ожидания уровня Н₀ с доверительным интервалом £ :

н₀^н±е,    07)

где Н — среднеарифметическое значение уровня из ряда п .

Длина ряда в годах, необходимая для расчета среднего уровня с заданной точностью, определяется по формуле

п ~ 6*/дН²365    с,    (18)

где б и — среднеквадратическое отклонение, см; А Н — точность вычисления среднего значения, см; С — число сроков наблюдений в сутки.

В свою очередь £ определяется по формуле

£ = ^(5„/tfr ,    (19)

в которой среднеквадратическое отклонение исследуемого ряда рассчитывают по выражению

(20)

а критерий Стьюдента определяется по таблицей

Для решения практических задач нередко необходимо знать уровень воды в любой точке и средний уровень для всего водохранилища, при этом фазы режима и степень заполнения водоема могут быть самыми различными.

^ Руководство по расчету элементов гидрологического режима в прибрежной зоне морей и в устьях рек при инженерных изысканиях. - М.: Гидрометеоиздат, 1973.

² Табл. 1.1 в Руководстве по расчету элементов гидрологического режима в прибрежной зоне морей и в устьях рек при инженерных изысканиях . - М.: Гидрометеоиздат, 1973.

15

Рекомендованы к изданию решением секции Научно-технического совета ПНИИИС Госстроя СССР.

Рекомендации по инженерно-гидрометеорологическим изысканиям на водохранилищах для строительства / ПНИИИС. - М.: Стройиздат, 1986. - 132 с.

Содержат описание гидрометеорологических работ, выполняемых при инженерных изысканиях в пределах существующих равнинных водохранилищ. Рассмотрены методы оценки влияния водохранилищ на климат и рельеф прибрежных территорий, методы натурных наблюдений и обработки полученных результатов, а также методы расчета характеристик, требуемых при проектировании сооружений в районах водохранилищ.

Обобщен многолетний опыт ряда организаций, работающих на водохранилищах, озерах и морях.

Для инженерно-технических работников проектно-изыскательских организаций.

Табл. 27, ил. 36.

Инструкт.-нормат., 1 вып. - 38-85

©Стройиздат, 1986

ВВЕДЕНИЕ

Возникающая в процессе хозяйственной деятельности человека потребность в пресных водах, ресурсы которых весьма ограничены, вызывает необходимость их рационального использования. Одним из путей рационального использования поверхностных пресных вод является создание искусственных водоемов с водонапорными сооружениями, что позволяет аккумулировать сток воды и регулировать его потребление в соответствии с нуждами народного хозяйства.

Подобные искусственные водоемы получили название водохранилищ либо прудов. Последние отличаются лишь размерами; условно принято, что к прудам относятся мелководные водохранилища площадью не более 1 км2.

Большинство водохранилищ располагается по долинам рек, наследуя некоторые их черты. Эти водохранилища называются долинными. Припло-тинные зоны их имеют большое сходство с озерами. Еще ближе по своему морфологическому строению и режиму к озерам — водохранилища, занимающие озерные котловины, так называемые озерные водохранилища, а также выкопанные пруды.

Режим водохранилищ, формирующийся под воздействием речного стока и условий эксплуатации аккумулируемых вод, весьма своеобразен. Его основные черты ставят водохранилища как водный объект в промежуточное положение между водотоками и водоемами (реками и озерами). Важнейшее отличие водохранилищ от естественных водоемов и водотоков состоит в том, что их режим в значительной мере контролируется человеком.

В отличие от озер водохранилища имеют более активный водообмен, больший размах колебаний уровня воды, что обусловливает большую изменчивость характеристик водоема (площади водной поверхности, объема и глубины воды). Это в свою очередь накладывает отпечаток на температурный режим, химический состав и мутность воды, а также биологические и другие процессы, протекающие как в водных массах, так и в береговой зоне водохранилища.

Увеличение качества действующих водохранилищ, а также повышение требований к охране природной среды и рациональному использованию водных ресурсов вызывает необходимость при проектировании различных сооружений учета воздействия, оказываемого водохранилищем на природные условия районов строительства. В неменьшей степени подлежат учету также и воздействия, особенно неблагоприятные, которые могут оказывать проектируемые объекты на режим водохранилища в процессе их строительства и эксплуатации.

Возникающие при этом практические задачи по оценке режима водохранилища, определяющего условия, а также надежность эксплуатации проектируемого сооружения, решаются на основе инженерно-гидрометеорологических изысканий. В отличие от природных водных объектов водохранилище как искусственно созданный водоем обладает рядом свойств техногенного характера, обусловливающих особенности состава и методики работ, выполняемых при инженерно-гидрометеорологических изысканиях.

Особенность изучения режима этих водных объемов определяется прежде всего тем, что большинство водохранилищ в нашей стране, прежде всего крупных, не прошло еще стадию приспособления к окружающей природной обстановке. В связи с этим наблюдаются особая неустойчивость, большая активность и разнообразие процессов в самом водохранилище и на прибрежных территориях в зоне влияния водохранилища. При этом большая протяженность водохранилищ и неодинаковый подпор уровней подлине водоема способствуют неоднородности одновременно развивающихся в нем процессов.

Следует отметить также, что эксплуатация крупных водохранилищ носит, как правило, комплексный характер, что обусловлено одновременным участием в ней ряда отраслей народного хозяйства, таких, как гидроэнергетика, водный транспорт, ирригация, рыбное хозяйство и др. Интересы этих отраслей в использовании водохранилищ не только не совпадают, но и нередко противоречивы. Все это находит отражение в режиме водохранилища, изучение которого, по сравнению с естественными водоемами, тем более установление расчетных характеристик, представляет собой весьма сложную задачу.

Процессы и явления, протекающие как в самих водохранилищах, так и в зоне их влияния, далеко не всегда могут расцениваться как положительные; часто однозначная оценка их затруднена. Неблагоприятное воздействие водохранилищ проявляется, например, в заилении чаши водохранилища, переработке берегов и образовании аккумулятивных форм, подтоплении и засолонснии прилегающих земель, "цветении" воды и др. Все это затрудняет строительство и эксплуатацию сооружений, располагаемых на прибрежных территориях и на самих водохранилищах, вынуждает нередко осуществлять специальные дорогостоящие защитные мероприятия.

Методика производства наблюдений при изучении гидрометеорологического режима водохранилищ установлена Госкомгидрометом СССР и изложена в "Наставлениях гидрометеорологическим станциям и постам", вып. 7, ч. 1 "Гидрологические наблюдения на озерах и водохранилищах" (Л., Гидрометеоиздат, 1974).

Госкомгидрометом СССР периодически издаются методические указания, а также рекомендации и пособия по вопросам изучения режима водохранилищ. Постановлением Совета Министров СССР от 10 октября 1957 г. № 1195 определено, что все министерства и ведомства, выполняющие работы в области гидрологии и метеорологии независимо от их цели и назначения должны следовать методическим указаниям по их производству, устанавливаемых Госкомгидрометом СССР.

Вытекающие из этого постановления требования, а также осуществляо-мая Госстроем СССР единая техническая политика в капитальном строительстве обязывает выполнять инженерно-гидрометеорологические изыскания на водохранилищах для целей строительства на основе единой методической базы. Единственным методическим документом, действующим в инженерно-гидрометеорологических изысканиях на правах строительных норм, является Наставление Госкомгидромета СССР, определяющее методику проведения наблюдений и отдельных измерений при изучении режима водохранилищ и озер. Однако составленное для сети гидрометеорологических станций и постов Госкомгидромета СССР, имеющих целью длительное изучение режима, оно не в полной мере отражает особенности производства гидрологических работ при инженерных изысканиях, осуществляемых в течение весьма ограниченного времени.

Состав инженерно-гидрометеорологических изысканий, выполняемых при строительстве объектов народного хозяйства на берегах водохранилища либо на акватории, зависит от назначения объекта, а также от характера влияния водохранилища на строительство и условиях эксплуатации сооружения. Этот состав определяется для различных видов строительства соответствующими документами:

Инструкция для городского и поселкового строительства (СН 211-62);

Инструкция для промышленного строительства (СН 225-79);

Инструкция для линейного строительства (СН 234-62).

Наряду с ними действуют ведомственные нормативные документы, устанавливающие состав инженерных изысканий для других видов строительства.

Различнее составе инженерно-гидрометеорологических изысканий, выполняемых для того или иного вида строительства сооружений, можно видеть из следующих примеров.

При размещении объектов промышленного, гражданского, сельскохозяйственного и других видов строительства на берегах водохранилищ в процессе инженерно-гидрометеорологических изысканий решается задача оценки инженерно-гидрологических условий эксплуатации этих объектов, а при необходимости - инженерной зашиты их от неблагоприятных воздействий водного объекта. В состав инженерно-гидрометеорологических изысканий могут быть включены: наблюдения за уровнями воды и ледовыми явлениями, волнением, течениями, переработкой берегов и динамикой

ри решении задач, связанных с водоснабжением или выпуском сточных вод в водохранилище, дополнительно могут проводиться наблюдения за химическим составом и санитарным состоянием воды, мутностью и температурой воды, развитием водной растительности.

Для сооружения объектов линейного строительства, пересекающих водоем, дополнительно к задаче их инженерной зашиты в прибрежной зоне решаются вопросы изучения рельефа дна и его изменения в открытой части водоема в течение срока службы сооружений.

Состав инженерно-гидрометеорологических изысканий на водохранилищах зависит также и от состояния изученности водного объекта. При достаточной его изученности данные наблюдений на гидрометеорологической станции (посту) могут быть перенесены на участок строительства с обязательным учетом репрезентативности по каждому элементу режима.

При коротком ряде наблюдений на ближайшем пункте Госкомгидроме-та СССР либо недостаточной его репрезентативности на участке строительства намечается проведение комплекса наблюдений в составе, позволяющем осветить инженерно-гидрологические условия изучаемого участка. Расчетные характеристики режима водохранилища устанавливаются в этом случае по связи результатов кратковременных наблюдений с многолетними наблюдениями на станции (посту) - аналоге.

При определении состава инженерно-гидрометеорологических изысканий следует иметь в виду, что ответ на ряд вопросов, связанных, например, с прогнозом переработки берегов, вдольберегового перемещения наносов, течений, санитарного состояния водоема, может быть получен только на основе натурных наблюдений на изучаемом участке.

При производстве изысканий особое значение придается поиску и анализу уже имеющихся материалов (в первую очередь материалов Госкомгидро-мета) и полевым экспресс-методам изучения гидрометеорологической обстановки. Одной из важнейших задач полевых изысканий является получение исходных данных для эмпирико-теоретических расчетов. Большое значение имеет определение оптимальной степени детальности и продолжительности полевых изыскательских работ для освещения неоднородности в пространстве и изменчивости во времени гидрометеорологических условий.

Некоторые гидрометеорологические наблюдения должны проводиться непрерывно или эпизодически (в различные сезоны или при различных режимах работы гидроузлов) в течение ряда лет, поэтому их стремятся организовать заблаговременно. По материалам первого года можно предварительно устанавливать причинные связи между различными явлениями, уточняя и дополняя выявленные закономерности в последующие годы. В итоге появляется возможность оценить как суммарное воздействие различных процессов за расчетный период, так и их влияние в экстремальных состояниях на проектируемое сооружение.

Частота и продолжительность наблюдений в районе изысканий за отдельными элементами гидрометеорологического режима водохранилищ связаны со спецификой решаемых практических задач и зависят от репрезентативности данных ближайших наблюдательных пунктов Госкомгидромста СССР.

5

Рекомендации касаются методов изучения и оценки на равнинных водохранилищах следующих гидрометеорологических процессов и явлений: уровня, температуры и химического состава воды, волнения, течений, ледовых явлений, движения и отложения наносов, а также влияния водохранилищ на побережье, что проявляется в размыве берегов, изменении микроклимата и т.п. Отдельно рассмотрены геодезические и аэрофотосьемочные методы, так как они применяются при изучении различных сторон природной обстановки на водохранилищах.

Рекомендации рассчитаны на инженерно-технический персонал, выполняющий полевые и камеральные работы, составляющий гидрометеорологическое обоснование для проектов строительства на существующих равнинных водохранилищах и знакомый с нормативной и другой справочной литературой в данной области знаний.

Рекомендации отчасти могут быть использованы также при изысканиях на равнинных реках и особенно на озерах.

Рекомендации подготовлены ПНИИИС (кандидаты геогр. наук Л.Б.Иконников - введение пп. 10.1-10.14, прил. 3.1М.Н.КостякииынУ введение; канд.техн. наук А.Ф.Крашников - введение; инженеры В.П.Пичу-гин - п. 10.15, Г.А.Родичева - п. 1.1) при участии: Лаборатории аэромето-дов Министерства геологии СССР (канд. геогр. наук Ф.С.Зубенко - пп. 12.1-12.29); СибНИИЭ (кандидаты геогр. наук Л.Н.Каскевич - разд.

2, пп. 4.5, 8.4, 8.8-8.13, Ю.В.Титова - пп. 1.2-1.4, И.С.Сергеенков - п. 2.7, инж. А.Ш.Хабидов - п. 8.4, разд. 9, пп. 11.3-11.6); Горьковской гидрометеорологической обсерватории Верхне-Волжского управления ГКС (канд. техн. наук В.И.Колкуткин - п. 1.5, разд. 5.6); Горьковского инженерно-строительного института (канд. техн. наук О.А.Мозжухин - пп. 11.1, 11.2,

11.7, 11.9, прил. 2); Института земной коры Сибирского отделения АН СССР (канд. геол.-минер. наук Г.М.Пуляевский - пп. 4.1-4.4,9.9, 11.8; инж. Г.И.Овчинников - пп. 8.1 - 8.3, 8.5 - 8.8); Ленинградского государственного университета (канд. геогр. наук. Ю.Д.Шариков - пп. 12.30-12.42 прил. 1); Московского государственного университета (канд. геогр. наук К.К.Эдельштейн - разд. 7); Иркутской гидрометеорологической обсерватории Иркутского управления ГКС (инж. Н.Н. Янтер - разд. 3).

Научное редактирование настоящих Рекомендаций выполнено Л.Б.Иконниковым.

1. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ

1.1. Создание водохранилища приводит к увеличению площади водного зеркала, объема водной массы и изменению глубин. Физические свойства водной поверхности значительно отличаются от свойств поверхности суши, что обусловливает формирование в районе водохранилища особого метеорологического режима.

Для разработки проектов строительства в районах водохранилищ обычно используется метеорологическая информация, получаемая метеорологическими станциями Госкомгидромета. Данные наблюдений этих станций публикуются в метеорологических ежегодниках и ежемесячниках, в Справочниках по климату СССР и в других изданиях Госкомгидромета.

Метеостанции расположены сравнительно редко и не всегда могут надлежащим образом осветить метеорологические условия района или участка предполагаемого строительства. Поэтому в отдельных случаях приходится проводить дополнительные наблюдения. В зависимости от поставленных задач могут выполняться следующие виды метеорологических работ:

1)    стационарные наблюдения за основными элементами метеорологического режима на временных постах;

2)    экспедиционные микроклиматические наблюдения, проводимые по определенным маршрутам и профилям;

3)    специальные наблюдения (например, в связи с изучением водного или теплового баланса, размыва берегов).

Стационарные наблюдения организуются прежде всего, так как для проектных разработок бывают необходимы данные за ряд годовых циклов. Эти наблюдения проводятся по стандартной методике в соответствии с Наставлениями для гидрометеорологических станций и постов Госкомгидромета. Непременным условием является синхронность сроков наблюдений со сроками наблюдений по ближайшим метеостанциям Госкомгидромета, а также применение однотипных лриборов. Это даст возможность оценить сходимость результатов наблюдений в районе изысканий и на метеостанциях и в некоторых случаях уже в самом начале добиться сокращения объема дополнительных наблюдений или прекратить их вообще.

Для обработки материалов стационарных многолетних наблюдений по метеостанциям и временным постам и получения метеорологических параметров, необходимых для проектирования, используются статистические методы.

При наличии ограниченного состава наблюдений, которые не могут быть непосредственно распространены на район строительства, для оценки метеорологических условий привлекаются данные по изучаемому району, который может быть взят в качестве аналога.

Ориентировочные показатели метеорологических условий для района проектируемого строительства могут быть получены применением метода районных обобщений. Этот метод заключается в районировании изучаемой территории по расчетным параметрам, определяемым на основе имеющихся стационарных наблюдений Госкомгидромета.

Наиболее сложной задачей метеорологических изысканий является оценка микроклимата, формируемого под воздействием водохранилища. Для ее рашения рекомендуется использовать следующие методы:

7

1)    географических аналогий;

2)    расчетный, основанный на решении уравнений турбулентного влаго-и теплообмена в призменном слое воздуха;

3)    пространственных разностей многолетних метеорологических показателей по данным метеостанций, расположенных на различном удалении от водоема*

4)    экспедиционных наблюдений.

1.2.    Метод географических аналогий позволяет, используя данные, полученные на водохранилищах-аналогах, оценивать возможные микроклиматические изменения в зоне влияния исследуемого водохранилища. Этот метод предусматривает наличие хотя бы редкой сети метеорологических станций. Выбор водохранилища-аналога производится на основе различных критериев подобия (морфометрических, климатических, ландшафтных и др.)

К морфометрическим критериям подобия относятся длина и площадь водохранилища, наибольшая ширина, максимальная и средняя глубина. Все сравниваемые характеристики по водохранилищу определяют при НПУ (нормальный подпорный уровень). В качестве климатических критериев подобия используются данные о температуре и влажности воздуха, осадках, скорости и направлении ветра, продолжительности безморозного периода. При ландшафтной характеристике учитываются геологические условия, климатическая и растительная зона.

Все показатели представляются в табличной форме для водохранилища-аналога и для изучаемого водохранилища.

1.3.    После выбора водохранилища-аналога переходят к непосредственной оценке изменения микроклимата под влиянием водохранилища, используя метод пространственных разностей.

Расчет производится по нескольким парам метеорологических станций. Одна из станций в каждой паре расположена в зоне влияния водохранилища, другая - на значительном расстоянии от уреза водохранилища. Подсчет производится по следующей формуле:

д AN =d/V -Л/V,'    (О

где Д /V и А N — разность среднемесячных величин метеоэлементов между береговой и континентальной станциями соответственно после и до строительства водохранилища.

Величина dAN определяет характер влияния водохранилища на тот или иной климатический показатель на различном удалении от водохранилища. По ее изменению можно судить о характере влияния водохранилища в различные сезоны года.

По аналогичной схеме в зависимости от задачи пространственные разности подсчитываются для средних месячных, суточных, дневных и ночных величин, суточных амплитуд, абсолютных месячных максимумов различных метеоэлементов.

Для использования этого метода необходимы:

выбор профиля, в направлении которого проводятся расчеты;

достаточная метеорологическая освещенность по этому профилю;

данные метеорологических наблюдений в течение ряда лет как до создания водохранилища, так и после.

Расчеты проводятся для периода открытой воды по месяцам с целью установления наибольшего и наименьшего влияния водохранилища.

Полученные данные переносятся на изучаемое водохранилище, находящееся в сходных природных условиях.

Метод пространственных разностей исключает влияние общих изменений климата, не связанных с созданием водохранилища.

1.4.    В целях получения дополнительных данных, особенно при недостаточной освещенности метеорологическими наблюдениями изучаемого района, применяется метод экспедиционных наблюдений - приборные микроклиматические съемки. Микроклиматические исследования для целей строительства следует начинать с глазомерной микроклиматической оценки местности. Задачей этой съемки является оценка особенностей местности, в ос-

8

новном по рельефу и растительности, перец выбором места для инструментальной съемки.

Глазомерная микроклиматическая съемка позволяет лишь качественно оценить влияние подстилающей поверхности и форм рельефа на образование микроклиматических особенностей местности. Обследование производится по маршрутам, намеченным так, чтобы охватить все основные особенности рельефа и распределения растительности в исследуемом районе.

Основными требованиями, предъявляемыми к микроклиматическим съемкам, являются:

репрезентативность микропрофилей, выбранных для характерных участков водохранилища;

однородность используемой аппаратуры и ее установки; синхронность наблюдений.

На основании предварительно проведенных глазомерных оценок местности выбирается место для закладки профиля для проведения микроклиматических съемок, чтобы отразить микроклиматические особенности исследуемой территории. Места заложения профилей можно, учитывая значительные объемы изыскательских работ, совмещать, например, с участком наблюдений за устойчивостью склонов, если этот участок является репрезентативным. Общая протяженность профиля не должна быть менее 0,5-1 км (желательно 2-5 км), так как в пределах этой зоны строятся жилые поселки, дома отдыха, санатории.

Микроточки для наблюдений на профиле располагаются в 5, 50, 100, 300, 500, 700, 1000 м и т.д. от уреза в глубь суши, на характерных элементах рельефа и типах растительности ,

Микроклиматические наблюдения необходимо проводить при разных типах погоды, так как в зависимости от типа погоды микроклиматические особенности местности могут проявляться очень четко или не проявляться вообще.

Основными типами погоды, при которых проводятся микроклиматические наблюдения, являются:

ясно (облачность от 0 до 2 баллов, ветер от 0 до 2 м/с и > 3 м/с); пасмурно (облачность от 8 до 10 баллов, ветер от 0 до 2 м/с и >3 м/с). Каждая наблюдательная точка наносится на план участка и описывается ее местоположение согласно данным, приведенным в табл. 1.

Таблица 1

Краткая характеристика местоположения точек на профиле Высота, мБС Превышение над урезом, м Расстояние от уреза, м Ориенти ровка профиля Урез. Пологий залесенный склон пятой надпойменной террасы 234 0 0 ЮВ-СЗ Пологий склон пятой над- 249 15 194 ЮВ-СЗ

пойменной террасы

Наблюдения рекомендуется проводить по сокращенной программе, включающей небольшой объем простых измерений температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра.

При проведении наблюдений используются аспирационный психрометр М-34, регистрирующий температуру воздуха; ручной анемометр для регистрации скорости ветра и компас с вымпелом для фиксации направления ветра.

В случае малого количества наблюдателей и необходимости получения метеорологических характеристик за любой срок целесообразно проводить

9