CC BY
341
18
ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
УДК 556.5(470+571X045) О.В. Гагарина
МИНИМАЛЬНЫЕ РАСХОДЫ ВОДЫ В НОРМАТИВНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ БАЗЕ РОССИИ: СПЕЦИФИКА РАСЧЕТОВ МИНИМАЛЬНОГО СТОКА МАЛЫХ РЕК ПРИ ОТСУТСТВИИ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
Приведен обзор нормативных документов Российской Федерации по вопросам использования сведений о минимальном речном стоке и методах его расчета. Обосновывается важность этих гидрологических характеристик для водоснабжения, водоотведения и в изыскательских работах при строительстве. Выявляется ряд проблем в области расчета минимальных расходов воды при отсутствии данных наблюдений.
Ключевые слова: минимальный сток рек, минимальный 30-суточный расход воды, расчет минимальных расходов воды 80%-й обеспеченности, региональные зависимости.
Необходимость учета минимального стока природных вод при использовании водных ресурсов обосновывается одним очень важным принципом - при расчетах кратности разбавления сточных вод в водных объектах следует исходить из наихудшего для их разбавляющей способности периода. Таковым, наиболее сложным для рек по условиям разбавления гидрологическим циклом является меженный цикл. В случае организованных сбросов сточных вод в водные объекты требуется определять минимальные расходы воды, соответствующие циклам зимней и (или) летне-осенней межени. Согласно ГОСТ 19179-73 к минимальному стоку относится наименьший по величине речной сток, обычно наблюдающийся в межень [1].
Проведем ретроспективный анализ нормативно-методической базы по вопросу использования данных о минимальном речном стоке, представленных в наиболее известных официальных документах нашей страны.
Обязательность использования минимальных расходов воды для гидрологических расчетов диктовалась уже одним из первых документов нашей страны, регламентирующим гигиенические требования к охране водных объектов, используемых в рыбохозяйственных целях, а именно «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» [2]. Согласно этому документу при определении кратности разбавления сточных вод в водном объекте для незарегулированных водотоков руководствуются наименьшим (минимальным) среднемесячным расходом воды 95%-й обеспеченности. Вышедшее впоследствии второе (измененное) издание данного официального документа - «Правила охраны поверхностных вод. Типовые положения» [3] также подтверждает незаменимость расчетных минимальных среднемесячных расходов воды 95%-й обеспеченности при определении кратности разбавления сбрасываемых сточных вод водой водотока в контрольном створе водопользования.
Аналогичное требование при определения кратности разбавления сточных вод в водных объектах содержат документы, регламентирующие гигиенические требования к охране водных объектов, используемых для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых нужд населения: СанПиН № 463088 и СанПиН 3907-85.
Так, СанПиН № 4630-88 - Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения - в качестве основных расчетных гидрологических условий для незарегулированных водотоков также устанавливали минимальный среднесуточный расход воды года 95%-й обеспеченности [4].
Потребность в использовании сведений о минимальных расчетах воды содержится и в требованиях к режиму работы водохранилищ, регламентированных СанПиН 3907-85 [5]. Согласно п.4.2 данного документа «при комплексном использовании водохранилищ создание требуемых санитарно-гигиенических условий в нижних бьефах обеспечивается специальными санитарными попусками. Величина минимального санитарного попуска должна быть не менее минимального среднесуточного расхода водотока в бытовом гидрологическом режиме летней и зимней межени года 95%-й обеспеченности».
Минимальные расходы воды 95%-й обеспеченности упоминаются в официальных документах для обеспечения системы лицензирования водопользования. В 1997 г. утверждаются «Временные методические рекомендации по установлению минимально допустимых расходов воды в реках для
оценки возможных изъятий водных ресурсов при выдаче лицензий на специальное водопользование» [6], которые содержат следующие требования к изъятию воды из незарегулированных и зарегулированных водных объектов рыбохозяйственного назначения с учетом минимальных расходов воды:
- для незарегулированных водотоков в качестве минимально допустимого расхода принимается расчетный минимальный среднемесячный расход воды года 95%-й обеспеченности летне-осеннего и зимнего периодов;
- для зарегулированных водотоков устанавливается гарантированный расход ниже плотины (санитарный попуск);
- в целях предупреждения истощения водных ресурсов малых рек при минимальных среднемесячных расходах воды летней и зимней межени обеспеченностью 95% менее 1 м3/с отборы воды в меженный период допускаются только для питьевого водоснабжения, а для остальных нужд - только за счет зарегулированного стока половодья и паводков;
- для рек или отдельных участков, имеющих особо важное рыбохозяйственное значение для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб и других объектов водного промысла (установленных специальным Перечнем Министерства природных ресурсов Российской Федерации по представлению органов рыбоохраны), минимально допустимые расходы воды обосновываются научно-исследовательскими и проектными рыбохозяйственными организациями и утверждаются органами МПР России;
- при отсутствии обоснований для рек или их участков, имеющих рыбохозяйственное значение, минимально допустимые расходы воды принимаются для меженного периода не ниже минимального месячного расхода 95%-й обеспеченности, а для периода половодья не ниже 75%-й от месячных расходов низкого половодья 95%-й обеспеченности по объему, но не менее минимально допустимого расхода для меженного периода.
Десятью годами позже выхода «Временных методических рекомендаций.», в 2007 г., для разработки нормативов допустимого воздействия (НДВ) на водные объекты выходит еще один документ, регулирующий объемы изъятой из водных объектов воды. Речь идет о Методических указаниях по разработке нормативов допустимого воздействия на водные объекты. Расчет нормативов допустимого воздействия по изъятию водных ресурсов, содержится в Приложении Г к Методическим указаниям по разработке нормативов допустимого воздействия на водные объекты [7].
Для разработки нормативов допустимого воздействия по изъятию водных ресурсов (НДВиз) этим документом предлагается следующая схема расчета. Вначале определяются исторически минимальные расходы и объемы воды в самые маловодные годы ^ист и Wист). В качестве исторически минимальных рекомендуется принимать, как правило, расходы и объемы воды 99%-й обеспеченности.
Как видим, в данном случае во внимание берутся минимальные расходы 99%-й обеспеченности, а не только расходы 95%-й обеспеченности, как в большинстве вышеуказанных документов.
Нельзя не отметить нормативно-методическую базу, связанную с вопросом нормирования сбросов загрязняющих веществ в водные объекты.
Незаменимость использования минимальных расходов 95%-й обеспеченности при расчете предельно допустимых сбросов (ПДС) характерна уже для первых официальных нормативных источников в этой области - Инструкции по нормированию выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в атмосферу и в водные объекты (1989 г.) и Методики расчета предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ в водные объекты со сточными водами (1990 г.). С 2007 г. действующим нормативным документом в этой области является Методика разработки нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей (2007 г.), где в качестве основных требований при выборе расчетных условий для расчета НДС, исходя из пп. 78,79 этого документа, предлагается использовать для рек на незарегулированных (необводняемых) участках - «расчетные среднемесячные года 95%-й обеспеченности с учетом влияния хозяйственной деятельности (при этом допускается при надлежащем обосновании ограничиваться рассмотрением расчетных минимальных среднемесячных расходов по лимитирующим сезонам года 95%-й обеспеченности)».
Выбор расчетных условий для водоемов, согласно этому документу, производится аналогично применяемым для рек с учетом специфики водоемов.
К специфичным условиям относятся:
а) объемы и уровни воды в водоеме - расчетные минимальные среднемесячные по лимитирующим сезонам года 95%-й обеспеченности;
б) величины поверхностного и подземного стока с водосбора - соответствующие расчетным модулям составляющих стока рек, впадающих в водоем, или рек-аналогов при минимальных среднемесячных расходах воды по лимитирующим сезонам года 95%-й обеспеченности [8].
Кроме того, необходимые для обоснования вышеуказанных нормативов НДВ и НДС фоновые концентрации загрязняющих веществ в водных объектах также рассчитываются, согласно РД 52.24.622-2001 [9], по результатам гидрохимических наблюдений для наиболее неблагоприятных гидрологических условий или наиболее неблагоприятного в отношении качества воды периода (сезона) в годовом цикле. Наиболее неблагоприятными расчетными гидрологическими условиями, исходя из текста этого документа, следует считать:
а) для незарегулированных водотоков - наименьший (минимальный) среднемесячный расход воды года 95%-й обеспеченности;
б) для зарегулированных водотоков - установленный гарантированный расход воды ниже плотины (санитарный попуск) при обязательном исключении возможности обратных течений в нижнем бьефе. В том случае, если систематические наблюдения не проводились, то сначала определяют среднегодовой расход 95%-й обеспеченности. Затем, учитывая внутригодовое распределение стока реки-аналога или пользуясь схемами внутригодового распределения стока по районам, устанавливают расчетный среднемесячный минимальный расход для этого характерного года.
И в заключение обзора официальных источников по данной тематике стоит обратить пристальное внимание на ряд документов, устанавливающих требования строительных норм, правил и стандартов. В данном случае имеются в виду СП 11-103-97 [10] и РД153-39.4Р-128-2002 (ВСН) [11], в которых указано, что в составе изыскательских работ по определению гидрометеорологических характеристик, наряду с максимальными расходами воды, необходимо учитывать и минимальные расходы воды.
Как видим, перечень нормативно-методических документов, оговаривающих потребность в данных по минимальному стоку в водопотреблении, водоотведении и строительстве, достаточно широк. Однако в настоящее время с получением расчетных минимальных характеристик для неизученных малых рек, а такие водотоки составляют подавляющее большинство рек, как в пределах территории Удмуртии, так и в целом по РФ, возникают серьезные проблемы. Рассмотрим основные принципы расчета минимальных расходов воды.
Первые широкие обобщения для всей территории СССР по минимальному стоку с разделением его на зимний и летне-осенний сезоны были осуществлены в ГГИ (А.М. Владимиров) и ВНИИ ВОДГЕО (Л.Н. Попов и В.А. Баранов) в 1966 г., когда был опубликован первый нормативный документ, регламентирующий порядок вычисления минимального стока при строительном проектировании (СН 346-66) [12].
Следующим нормативным документом, вышедшим взамен СН 346-66 и регламентирующим методы расчета минимального стока рек, был СНиП 2.01.14-83 «Определение расчетных гидрологических характеристик». Использование его для гидрологических расчетов продолжалось вплоть до 1 января 2004 г., несмотря на то что основные положения документа основывались на результатах гидрологических исследований и обобщений середины - конца 1970-х гг.
Характер географических обобщений, положенных в основу расчета минимального стока для малых рек, базировался на зависимости минимального стока малых рек от площади водосбора, непосредственно связанной с рядом важных характеристик, влияющих на величину подземного и поверхностного стоков, а в конечном итоге и на величину минимального стока. Особенностью способов географических обобщений материалов гидрометрических наблюдений по минимальному стоку являлось использование в качестве опорной величины модуля или расхода 80%-й обеспеченности [13]. Определение 30-дневного минимального расхода 80%-й обеспеченности для малых рек осуществлялось по районным зависимостям минимального стока от площади водосбора:
где Qg0o/o - минимальный 30-дневный расход воды 80%-й обеспеченности^ - площадь водосбора реки; а - параметр, характеризующий увлажненность района; £) - средняя по району площадь с отсутствием стока (минус в скобках) за рассматриваемый период или средняя площадь подземного бассейна, обеспечивающего дополнительное питание рекам данного района (плюс в скобках) вследствие особых гидрогеологических условий (несовпадение границ поверхностного и подземного водосборов) или регулирующего влияния озер (при озерности до 5%); п - параметр, характеризующий
080% = 0,001а^ + /0)",
(1)
интенсивность изменения стока с увеличением площади бассейна. В зависимости от интенсивности возрастания минимальных расходов воды с увеличением площади бассейна, в значительной мере зависящей от обводненности территории, коэффициент п изменяется от значений, превышающих единицу (при нарастании интенсивности питания с увеличением площади бассейна), до значений, меньших единицы (при уменьшении этой интенсивности по длине реки).
Таким образом, а, £), п - параметры, определяемые в зависимости от географических районов.
Данная формула имеет ограничения по площади водосбора малых рек - она не может применяться для водосборов менее 20 км2 в зоне достаточного и избыточного увлажнения и 50 км2 - в зоне недостаточного увлажнения. В этих случаях необходимо использовать метод гидрометрической съемки. Средняя погрешность расчетов по указанной формуле составляет от 10 до 20%, а в районах со сложными условиями формирования минимального стока, особенно в зоне недостаточного увлажнения, до 25-30% [12].
Как указывает В.А. Лобанов, один из разработчиков нормативной документации в области гидрологических расчетов [14], применяемые в СНИП 2.01.14-83 обобщения существенно облегчали определение основных расчетных гидрологических характеристик, особенно при отсутствии данных наблюдений, но по прошествии более 30 лет методы гидрологических расчетов, изложенные в СНиП 2.01.14-83, перестали быть эффективными, так как появилась новая информация, изменились природные условия и параметры методов необходимо было корректировать, так же как и совершенствовать сами методы. Удобным основанием для этого стала новая система нормативных документов в строительстве (СНиП 10-01-94), которая регламентировала разработку нормативных документов двух уровней: федерального (СНиПы, ГОСТы, Своды правил) и регионального (Территориальные строительные нормы (ТСН)). В соответствии с этой системой был разработан и введен в действие Госстроем России новый нормативный документ «Свод правил по определению основных расчетных гидрологических характеристик» (СП 33-101-2003).
В отличие от СНиП 2.01.14-83 в СП 33-101-2003 (далее СП) не приведено ни одной расчетной цифры, получаемой на основе данных наблюдений, а даны только методы определения основных расчетных гидрологических характеристик, применимые для всей территории России. Положительным моментом СП является то, что он отменил СНиП 2.01.14-83, который устарел как морально, так и информационно. Кроме того, СП дает большую свободу специалистам-проектировщикам в применении и разработке новых, особенно региональных методов. Отрицательный момент состоит в том, что не были параллельно разработаны документы регионального уровня - территориальные строительные нормы (далее ТСН) и поэтому определять расчетные гидрологические характеристики при отсутствии данных наблюдений стало практически невозможно, а это составляет до 80-90% всех гидрологических расчетов .
Согласно новому СП основной расчетной характеристикой минимального стока, как и прежде, является минимальный 30-суточный или среднемесячный расход воды в зимний и (или) летне-осенний сезоны. Минимальный среднесуточный расход определяют по связи с 30-суточным [14].
Метод определения минимального 30-суточного расхода воды зависит от категории реки: малая, средняя или большая. К малым относят реки, у которых модуль минимального стока изменяется с возрастанием площади водосбора. В зависимости от района к малым относят реки с верхним пределом площади водосбора от 1000 до 5000 км2. Наименьшие значения отмечены в зонах избыточного и достаточного увлажнения, наибольшие - в районах с наличием пересыхающих или перемерзающих рек.
Как и в отмененном СНиП 2.01.14-83, в СП минимальный сток малых равнинных и полугорных рек (<0,Р%, м3/с) рассчитывают по зависимости минимальных 30-суточных расходов воды 80%-й обеспеченности от площади водосбора для районов, однородных по условиям формирования минимального стока. В общем виде эта зависимость имеет вид (п.7.59 СП 33-101-2003):
Qp% = Ь(А ± А1)т5152Яро%, (2)
где А - площадь водосбора, км2;
*
Курсы повышения квалификации: «Инновационные технологии в современной инженерной гидрологии». Пансионат «Пахра».23 - 29 октября 2006 г. Тезисы докладов. Лобанов В.А. Рекомендуемые методы гидрологических расчетов (СП 33-101-2003). С.7-9.
А\ - дополнительная площадь водосбора: при положительном значении отражает дополнительное питание рек в период минимального стока за счет озерного регулирования при относительной озерности водосбора до 5%; в случае отрицательного значения показывает площади водосбора с ежегодным отсутствием стока в течение 30 сут;
61 - коэффициент, учитывающий увеличение минимальных расходов воды на озерных реках;
52 - коэффициент, учитывающий увеличение минимальных расходов воды заболоченных водосборов;
ЯР% - переходный коэффициент от минимального 30-суточного расхода воды 80%-й обеспеченности к расходу воды расчетной обеспеченности.
Значение 61 определяют по формуле
5! = 1 / (1 - сЛ03), (3)
где с - коэффициент, определяемый в зависимости от среднего многолетнего или 80 %-й обеспеченности слоя минимального стока;
Лоз - относительная озерность водосбора.
При относительной озерности меньше 2% и отсутствии ежегодного пересыхания или перемер-зания формула (2) принимает вид:
0% = ЬЛт5 2^0%, (4)
где Ь,т - районные параметры, определяемые по рекам-аналогам или как средние районные значения с использованием минимальных расходов воды опорной обеспеченности, обычно 80%.
При относительной озерности водосбора от 5 до 15% формула (2) приобретает вид:
0% = ЬЛт5152^Р%. (5)
При относительной озерности более 15% рекомендуется использовать формулу
430 = ах(1 + ^Лоз)", (6)
где д30 - модуль минимального 30-суточного стока 80%-й обеспеченности, л/с-км2;
аь Ь\, п - районные параметры.
Коэффициент 62 определяют по формуле
52 = 1 + Р*^(0,1Лб + 1), (7)
где Р* - эмпирический коэффициент, определяемый в зависимости от типа болот;
Лб - относительная площадь болот на водосборе.
При заболоченности водосбора менее 5% коэффициент 52 принимают равным 1.
Таким образом, в отличие от старого СНиП 2.01.14-83 в новом СП формула расчета Q80% обеспеченности усложняется введением двух коэффициентов - 51 и 52, учитывающих соответственно озерность и заболоченность водосборов малых рек. К тому же с определением многих параметров приведенных выше уравнений (2-7) возникают некоторые проблемы. И если д30 - модуль минимального 30-суточного стока 80%-й обеспеченности (л/с-км2) можно установить в ходе многолетней (2-3 года) гидрометрической съемки (что, в общем, теоретически вполне выполнимо, но сложно и трудоемко в практическом плане), то из текста документа не совсем ясно, как получить значения аь Ьь п -районные параметры, упоминаемые в формулах (4-6).
По мнению В.А. Лобанова, все районные параметры являются коэффициентами регрессионных уравнений и определяются Методом наименьших квадратов (МНК) при построении зависимости стоковой характеристики (в данном случае минимального расхода 80%-й обеспеченности) от таких факторов, как площадь водосбора, озерность, заболоченность и т.д.
Однако построение таких зависимостей для большинства бассейнов малых рек на сегодняшний день чаще всего невозможно, так как отсутствует региональная база данных, которая должна была являться начальным этапом при создании ТСН. Как следствие, ТСН, как указывалось выше, пока не разработаны, хотя, как отмечает В.А. Лобанов в своих Методических рекомендациях [15], территориальные строительные нормы являются основным нормативным документом для определения расчетных гидрологических характеристик на территории субъекта Российской Федерации.
Разработка ТСН предполагает выполнение большого комплекса работ, в результате которого будут получены параметры и коэффициенты расчетных региональных схем и формул в виде многочисленных карт и таблиц, позволяющих определить расчетные гидрологические характеристики для любой точки территории субъекта РФ.
Методически общая последовательность построения региональных зависимостей включает три основных этапа:
- предварительный анализ, состоящий в выборе предполагаемых факторов, итерационном выборе однородного района, построении однофакторных зависимостей, осуществлении функциональных преобразований факторов и в конечном итоге - формировании возможных структур региональных зависимостей;
- вычислительный этап, состоящий в определении коэффициентов уравнений разными методами, в оценке их статистической значимости, вклада факторов в уравнение и в выборе окончательной наиболее эффективной региональной модели;
- этап проверки и корректировки модели, связанный с всесторонним анализом остатков, как на зависимом, так и на независимом от расчета материале, на основе которого улучшается региональная зависимость и оценивается ее реальная погрешность [16].
Построение однофакторных зависимостей преследует две цели: установить, необходимы ли какие-либо функциональные преобразования факторов и зависимой переменной, например логарифмическое преобразование площади водосборов, и откорректировать границы однородного района или учесть другие факторы, которые обусловливают отклонения данных в отдельных пунктах от общей однофакторной зависимости. Выбор функционального преобразования фактора осуществляется, если коэффициент парной корреляции при этом преобразовании статистически значимо отличается от коэффициента парной корреляции прямолинейной зависимости. Статистически значимое отличие определяется следующим неравенством:
где Rф - коэффициент парной корреляции при рассматриваемом функциональном преобразовании фактора, Япр - коэффициент парной корреляции прямолинейной зависимости, оя - стандартная погрешность коэффициента корреляции прямолинейной зависимости.
При формировании региональных зависимостей и определении их коэффициентов могут рассматриваться следующие структуры уравнений:
- балансовая аддитивная структура без функционального преобразования факторов;
- аддитивная структура уравнения с функциональным преобразованием факторов, например площади водосбора в логарифм площади;
- смешанная структура, включающая как аддитивные составляющие, так и парные произведения факторов для учета совместных эффектов, известных в гидрологии под термином «семейство кривых».
Также в структуру уравнений могут быть включены координаты центров тяжести водосборов для учета зональной составляющей.
При построении уравнения множественной регрессии могут быть использованы два наиболее известных метода линейного регрессионного анализа: шаговая процедура и метод исключения. При шаговой процедуре в уравнение включаются все переменные по очереди до тех пор, пока включение новых переменных уже не приведет к статистическому улучшению зависимости. В методе исключения, наоборот, вначале включаются все переменные, а затем начинают исключаться те незначимые, которые не влияют на уменьшение эффективности уравнения. Доверительные интервалы коэффициентов определяются на основе стандартной погрешности коэффициента уравнения регрессии аВ) которая вычисляется по формуле
где ае - стандартная погрешность остатков уравнения регрессии;
Хщ - Щ-е значение _)-го фактора;
Х)ср - среднее значение _)-го фактора.
Как правило, используются 95%-е доверительные интервалы относительно вычисленного коэффициента уравнения регрессии В), которые соответствуют удвоенной стандартной погрешности
Rф>R п, + Оя,
(8)
ов= о/СЕХ-Хрр)2)12,
(9)
Од]. Всесторонний анализ остатков включает в себя оценку их однородности и случайности в зависимости от каждого фактора и фактического и расчетного значения отклика.
Свод правил СП 33-101-2003 приводит общую схему построения региональных зависимостей для расчетных минимальных расходов воды, которая включает в себя следующие основные этапы [15]:
- выбор предполагаемых основных физико-географических факторов для исследуемого однородного района (площадь водосбора, средняя высота, уклон водосбора и реки, озерность, заболоченность, залесенность, параметры рядов метеорологических факторов и другие);
- построение и анализ однофакторных зависимостей гидрологических характеристик от региональных факторов в целях выбора основных факторов для исследуемого региона, априорной оценки вида зависимостей и необходимости функциональных преобразований рассматриваемых факторов;
- предварительное формирование общей структуры региональной зависимости на основе генетического анализа и условий формирования стока, результатов анализа однофакторных зависимостей и т.д.;
- построение региональных зависимостей с учетом условий:
п' > (6-10); R > RKр; > АКр, Шк > БКр, (10)
где п' - число совместных лет наблюдений в приводимом пункте и пунктах-аналогах (п' > 6 при одном аналоге, п' > 10 при двух и более аналогах) или число пунктов-аналогов при восстановлении с привлечением кратковременных наблюдений (п' > 6);
R - коэффициент парной или множественной корреляции между значениями стока исследуемой реки и значениями стока в пунктах-аналогах;
k - коэффициент уравнения регрессии;
01С - средняя квадратическая погрешность коэффициента регрессии;
Rкр - критическое значение коэффициента парной или множественной корреляции (обычно задается > 0,7);
Акр, Бкр - критические значения отношений R/aR и к/^ соответственно (обычно задаются >2,0). Если хотя бы один из коэффициентов уравнения регрессии не удовлетворяет условию (10), то это уравнение не используют для приведения к многолетнему периоду;
- формирование окончательного вида расчетных формул;
- оценку эффективности построенных региональных зависимостей и формул выполняют, как указывалось выше, на основе анализа остатков, оценки устойчивости параметров и коэффициентов этих зависимостей с проверкой на зависимом и независимом от расчетов материале наблюдений.
Основными гидрографическими и физико-географическими факторами для построения региональных зависимостей являются следующие:
1) площадь водосбора F, км2;
2) гидрографическая длина водотока L, км;
3) средневзвешенный уклон водотока I, %о, представляющий собой условный выровненный уклон ломаного профиля, эквивалентный сумме частных средних уклонов профиля водотока, вычисляемый по формуле
^I = 2 ВД /Ь)^ I,] или I = Гц}/L , (11)
1=1 1
где I - частный средний уклон отдельных участков продольного профиля водотока, %о;
и - длина частных участков продольного профиля между точками перегиба, км;
Ь - гидрографическая длина водотока до пункта наблюдений, км.
Средневзвешенный уклон определяют только для незарегулированных водотоков, а также для участков рек, расположенных в нижних бьефах водохранилищ;
4) средняя высота водосбора Н в, м, над уровнем моря; определяют по гипсографической кривой водосбора или по формуле
Н в =
2 (Н в,1 + Н в,+1)(ДД.) .1=1
/2А, (12)
где Нв1 - высота поверхности горизонтального сечения (горизонтали), м; ДАг- - площадь между двумя соседними горизонталями, км2; А - общая площадь водосбора, км2;
5) относительная лесистость водосбора /л, % общей площади водосбора (лес и кустарники на проходимых болотах в лесные угодья не включают);
6) относительная заболоченность водосбора fб, % общей площади водосбора; вычисляют с разделением болот на верховые и низинные;
7) относительная озерность водосбора /оз, %, представляющая собой отношение суммы площадей всех озер, расположенных на водосборе, к общей площади водосбора;
8) средневзвешенная озерность для непроточных озер /о'з, % общей площади водосбора; вычисляют с учетом расположения озер на водосборе по формуле
/о'з =[Ы/) / А2, (13)
где Si - площади озер;
/ - площади водосборов этих озер;
А - площадь водосбора реки до замыкающего створа;
9) закарстованность водосбора/к, % общей площади водосбора; определяют отношением закар-стованной площади водосбора ко всей его площади;
10) относительная распаханность водосбора /р, % общей площади водосбора; определяют отношением площади распаханных земель под сельскохозяйственные культуры на водосборе ко всей его площади;
11) характеристика типа почвогрунтов, слагающих поверхность водосбора; определяют по почвенным картам, а также выделяют пять групп почвогрунтов по механическому составу: глинистые, суглинистые, песчаные, супесчаные и каменистые;
12) средняя глубина залегания уровня грунтовых вод (первого водоносного горизонта); определяют по гидрогеологическим картам;
13) характеристики зарегулированности речной системы искусственными водоемами (количество, расположение и регулирующие емкости);
14) характеристика рельефа (равнинный - относительное колебание высот в пределах водосбора менее 200 м, горный - относительное колебание высот на водосборе более 200 м).
Для малых рек (при F < 200 км2) дополнительно определяют следующие характеристики:
1) средний уклон склонов водосбора /ск, %о; определяют по картам и планам в горизонталях по формуле
!ск =[кЬ,)/А , (14)
где и - высота сечения рельефа, м;
п
21, - сумма длин измеренных горизонталей в пределах водосбора, км;
1=1
2) густоту речной сети водосбора рр, км/км2; определяют как отношение суммарной длины всех водотоков (реки, каналы, канавы) на водосборе к общей площади водосбора:
Рр =[!: I) /A ; (15)
3) густоту русловой сети водосбора р0, км/км2; определяют как отношение суммарной длины речных долин, сухих русел, оврагов, балок и логов к общей площади водосбора.
Гидрографические характеристики реки и ее водосбора определяют по новейшим топографическим картам, масштабы которых выбирают в зависимости от размера реки и рельефа водосбора по следующим рекомендациям:
а) для определения площадей водосборов, длин рек и уклонов - по таблице 7.1 СП 33-101-2003;
б) для определения гидрографических характеристик водоемов - по таблице 7.2 СП 33-101-2003;
4) характер почвогрунтов, степень закарстованности, глубину залегания уровня грунтовых вод определяют по специальным картам (почвенно-грунтовым и гидрогеологическим).
Категории рек (большие, средние, малые) в зависимости от площади водосбора принимаются в соответствии с ГОСТ 19179-73.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ГОСТ 19179-73. Гидрология суши. Термины и определения.
2. Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами (утв. Минводхозом СССР, Главным государственным санитарным врачом СССР и Минрыбхозом СССР 16 мая 1974 г. N 1166-74).
3. Правила охраны поверхностных вод. Типовые положения (утв. Госкомприроды СССР 21 февраля 1991 г.).
4. СанПиН №4630-88. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения.
5. СанПиН 3907-85. Санитарные правила проектирования, строительства и эксплуатации водохранилищ.
6. Временные методические рекомендации по установлению минимально допустимых расходов воды в реках для оценки возможных изъятий водных ресурсов при выдаче лицензий на специальное водопользование (утв. зам. министра природных ресурсов Российской Федерации Н.Н.Михеевым 17 января 1997 года).
7. Методические указания по разработке нормативов допустимого воздействия на водные объекты (утв. приказом МПР России от 12.12.2007 №328).
8. Методика разработки нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей (утв. приказом МПР России от 17.12.2007 №333).
9. РД 52.24.622-2001. Методические указания. Проведение расчетов фоновых концентраций химических веществ в воде водотоков. (утв. Росгидрометом 01.01.2001, введ. 01.01.2002).
10. СП 11-103-97. Свод правил. Инженерно-гидрометеорологические изыскания для строительства (введ. в 1997 г.).
11. РД153-39.4Р-128-2002 (ВСН). Инженерные изыскания для строительства магистральных нефтепроводов (введ. в 2002 г.).
12. Владимиров А.М. Гидрологические расчеты. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 365 с.
13. Евстигнеев В.М. Речной сток и гидрологические расчеты. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990. 304 с.
14. СП 33-101-2003. Свод правил по определению основных расчетных гидрологических характеристик. 70 с.
15. Методические рекомендации по созданию региональной базы данных по основным гидрологическим характеристикам для разработки Территориальных строительных норм (ТСН) / Государственное учреждение «Государственный гидрологический институт». СПб., 2005. 37 с.
16. Лобанов В.А., Никитин В.Н. Региональные модели определения характеристик максимального стока в зависимости от гидрографических факторов // Метеорология и гидрология. 2006. № 11. С. 60-69.
Поступила в редакцию 15.01.11
O.V. Gagarina
Low-water discharges in the regulatory-methodological base of Russia: the specific character of calculation of minimum river drains in the absence of observations data
The article covers the review of standard documents of the Russian Federation concerning the use of data on the minimum river drain and methods of its calculation. The importance of these hydrological characteristics for water supply, water removals and as a part of survey work in construction is proved. The author shows a number of basic problems arising in the field of calculation of the minimum expenses of water in the absence of observations data.
Keywords: minimum river drain, 30-day low-water discharge, calculation of 30-day low-water discharge of 80% provision, regional dependencies.
Гагарина Ольга Вячеславовна, кандидат географических наук, доцент ГОУВПО «Удмуртский государственный университет», 426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 (корп.4)
Gagarina O.V., candidate of geography, associate professor Udmurt State University
462034, Russia, Izhevsk, Universitetskaya str., 1/4
