Výpočty odtoku z malých povodí
Odtok povrchové vody. V závislosti na jejich původu se rozlišují tyto typy odtoku: dešťová povodeň (bouřkový odtok) a jarní povodeň (odtok z tání sněhu). Množství vody protékající z povodí do propustku za jednotku času se nazývá průtok odtoku Q, m3/s. Průtok odtoku z konkrétního povodí se značně liší. Pozorování ukázala, že čím vyšší je průtok, tím méně často se takový odtok opakuje. Na základě statistického zpracování dlouhodobých pozorování meteorologických stanic pro různé regiony země byly stanoveny hodnoty srážek a intenzity tání sněhu, které lze v průměru překročit jednou za n let (například jednou za 50, 100, 300 let). V takových případech se předpokládá, že pravděpodobnost překročení odpovídajícího průtoku odtoku p = 1:n (1:50, 1:100, 1:300, respektive 2, 1, 0,33%).
Odtok se vypočítává v souladu s normami kapitoly SNiP 2.01.14-83 „Stanovení vypočítaných hydrologických charakteristik“ a Pokyny pro výpočet odtoku dešťové vody z malých nádrží (VSN 63-76). Pro předběžné výpočty a porovnání možností v terénních podmínkách se používá následující metodika, kterou vyvinul B.F. Perevoznikov a doporučuje Manuál pro hydraulické výpočty malých propustků [46].
Dešťový odtok z povodní. Tvorba dešťového odtoku z povodní je složitý proces, který probíhá v důsledku srážek dopadajících na povrch povodí. Část srážek vsakuje (proniká do půdy), vyplňuje prohlubně na povrchu svahů, je vynakládána na smáčení vegetace, odpařuje se a teprve zbývající srážky po všech ztrátách tvoří vrstvu vody stékající po svazích do koryta řeky a podél něj do propustku.
Průtok takového odtoku závisí na klimatických charakteristikách regionu, které určují intenzitu srážek, teplotních a větrných podmínkách, které ovlivňují odpařování, a také na charakteristikách půd dané povodí, které určují intenzitu průsaku. Průtok dešťových povodní je také ovlivněn geometrickými charakteristikami povodí: plochou povodí a sklonem hlavní rokle.
Maximální průtok dešťové povodňové vody s pravděpodobností přesahující 1 % pro povodí s písčitými a písčitohlinitými půdami se stanoví pomocí nomogramu (obr. 5.8) v závislosti na ploše F povodí a sklonu/hlavním logaritmu povodí pro každou z 10 srážkových oblastí stanovených pomocí mapového schématu (obr. 5.9) a pěti skupin klimatických oblastí:
Pro stanovení průtoků pro jiné pravděpodobnosti překročení a v případě půd povodí jiných než písčitých se průtok fllou získaný z nomogramu vynásobí korekčním faktorem.
Korekční faktory pro průtok dešťových povodní
Příklad. Určete průtok dešťové vody z povodní s pravděpodobností překročení p = 0,33 % pro povodí F = 4,5 km2 v oblasti jižně od Jakutska. Půdy jsou hlinité, sklon hlavní rokle je J = 23 %.
Dle mapového diagramu (viz obr. 5.9) patří stavební oblast do 5. srážkové oblasti, která odpovídá III. skupině klimatických oblastí. V pravé části nomogramu na stupnici F (viz obr. 5.8) najdeme bod odpovídající povodí 4,5 km2 a jím provedeme svislou čáru k průsečíku s čárou, která patří do 5. srážkové oblasti. Výsledným bodem provedeme vodorovnou čáru k průsečíku se stupnicí Y (bod a). V levé části nomogramu na stupnici J najdeme bod odpovídající sklonu logaritmu 23 %o a jím provedeme svislou čáru k průsečíku s čárou, která označuje III. skupinu klimatických oblastí. Výsledným bodem provedeme vodorovnou čáru k průsečíku se stupnicí X (bod b). Body a a b spojíme přímkou a v místě jejího průsečíku se stupnicí Q zjistíme QH0U = 26 m3/s. Pravděpodobnost překročení tohoto průtoku je 1 % a odpovídá písčitým a hlinitopísčitým půdám. Pro hlinité půdy při p = 0,33 % zjistíme z tabulky 5.1 korekční součinitel kp = 1,46. Požadovaný průtok Q = Q„ovk, = 26 • 1,46 = 38,0 m3/s.
Odtok jarní povodně. Tento typ odtoku je určen pro oblasti ležící severně od přerušované čáry vynesené na mapě-schématu izolinií elementárního modulu odtoku jarní povodně (obr. 5.10). Jižně od této čáry je jako převládající uvažován pouze odtok dešťové povodně. Průtok odtoku jarní povodně závisí na klimatických podmínkách oblasti, které určují elementární modul odtoku, a na charakteristikách daného povodí: velikosti plochy, bažinatosti a obsahu jezer.
Elementární modul odtoku jarní povodně Ср% je průtok vody, m3/s, odtékající během tání sněhu z 1 m2 minimální plochy povodí (kdy plocha povodí tíhne k nule). Elementární modul pravděpodobnosti odtoku přesahující 1% С1% se určuje z mapy izolinií (viz obr. 5.10). Bažiny a jezera nacházející se v povodí, akumulující vodu z tajícího sněhu, snižují průtok odtoku jarní povodně. Obsah jezer a bažin se stanoví podle plánů povodí jako poměr plochy jezer a bažin k celkové ploše povodí, vyjádřený v procentech.
Maximální průtok odtoku jarní povodně s pravděpodobností překročení p = 1 % se stanoví pomocí nomogramu (obr. 5.11) v závislosti na zadaných faktorech. Pro určení průtoků s různou pravděpodobností překročení se průtok získaný pomocí nomogramu vynásobí korekčním koeficientem kL = 1,37 při p = 0,33 % a ks = 0,87 při p = 2 %. Pokud nejsou bažiny, pak se při použití nomogramu obvykle předpokládá zamokření 1 %. Pokud je obsah jezera větší než 20 %, vliv zamokření se nezohledňuje a odtok se stanoví pomocí nomogramu pro obsah jezera 20 % a zamokření 1 %.
Příklad. Určete maximální průtok jarní povodňové vody s pravděpodobností překročení p = 0,33 % pro povodí (viz předchozí příklad) s bažinatostí 4,5 % a obsahem jezer 2 %.
Podle mapy (viz obr. 5.10) vezmeme elementární modul odtoku jarní povodně C1% = 2,5 m3/s-km2 pro oblast jižně od Jakutska. Na stupnici F nomogramu (viz obr. 5.11) najdeme bod odpovídající povodí o rozloze 4,5 km2 a nakreslíme jím svislou čáru k průsečíku s linií elementárního modulu C, % = 2,5. Z nalezeného bodu nakreslíme vodorovnou čáru k průsečíku se svislou stupnicí X (bod a). Na stupnici „Bažinatost“ najdeme bod odpovídající 4,5% a nakreslíme jím svislou čáru k průsečíku s linií 2% obsahu jezera. Průsečíkem nakreslíme vodorovnou čáru k průsečíku se stupnicí Y (bod b). Body a a b spojíme přímkou a v místě jejího průsečíku se stupnicí Q najdeme průtok Qt % = 8,0 m3/s.
V uvažovaných příkladech je dominantním průtokem dešťová povodňová voda, proto se otvor vodonosné konstrukce vypočítává na základě tohoto průtoku.