автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование характеристик водопропускных сооружений лесных автомобильных дорог

ИИ4617927

На правах рукописи

Виноградов Алексей Юрьевич

ОБОСНОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ ЛЕСНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 дек ?о;о

004617927

На правах рукописи

ОБОСНОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ ЛЕСНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова

Научный руководитель: Салминен Эро Ойвович,

кандидат технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Овчинников Михаил Михайлович,

доктор технических наук, профессор

Никитин Владимир Валентинович, кандидат технических наук, доцент

Ведущая организация: ОАО «ЛЕСИНВЕСТ» (г. Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится «15» декабря 2010 г. в «11» часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.03 при Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии по адресу: 194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер. 5, Главное здание, Зал заседаний

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова

Автореферат разослан «-/¿^ » ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

№

Г. М. Анисимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие лесной отрасли полностью зависит от создания развитой транспортной инфраструктуры, обоснованность размещения которой в лесном массиве предопределяет эффективность всего лесозаготовительного процесса. В свою очередь, рациональность размещения дорожной сети определяется на стадии предпроектных изысканий. В технологической цепи строительства лесовозных и лесохозяйственных дорог, изыскания регламентируются СНиП 11-02-96 (инженерные изыскания), в т. ч. СП 11-103-97 (гидрометеорологические изыскания). Для расчета расходов заданной вероятности при проектировании водопропускных сооружений используется СП 33-101-2003 (расчетные гидрологические характеристики); для оценки возможного воздействия проектируемого сооружения на окружающую среду - СП 11-101-95.

В зависимости от местоположения лесной автодороги на конкретном участке (для 2 дорожно-климатической зоны) - в приводораздельной или склоновой части водосбора - количество пересекаемых временных и постоянных водотоков в среднем составляет от 0,25 до 8 переходов на километр дороги. Около 10 % пересекаемых водотоков являются малыми, с площадью водосбора менее 50 км2, и 85 % - очень малыми, с площадями менее 5 км2 (ГОСТ 19179). Такие водотоки практически не охвачены сетью гидрологических наблюдений, обеспеченные расчетные ливневые паводки на них всегда превышают паводки весеннего половодья той же обеспеченности и СП рекомендует проводить расчеты по формуле метода предельной интенсивности ливня (п.7.44 СП 33-101-2003).

В этом методе такие важнейшие особенности местности как залесен-ность и заболоченность не учитываются, в то время как они являются определяющими при определении размеров водопропускных и водоотводных сооружений. В результате, расхождение между рассчитанными обеспеченными расходами в сравнении с наблюденными, достигает тысячи и более процентов.

Альтернативой подобному подходу является построение физически обоснованных математических моделей, способных на основании параметрически заданных характеристик индивидуального бассейна дать не только расчетные характеристики заданной вероятности прохождения стока, но и спрогнозировать их изменение под воздействием проектируемого сооружения и хозяйственной деятельности на территории бассейна (например, сплошных рубок). Такая возможность предусмотрена в существующем СП, где рекомендуется для контроля при проведении альтернативных методов расчета, проведение анализа, включающего сравнитель-

ную оценку погрешностей расчетов по различным методам (п. 4.1 ОП СП 33-101-2003).

Актуальность реализации разрабатываемой методики, как одного из приоритетных направлений развития естественных наук в текущем десятилетии, отмечается и Международной ассоциацией естественных наук (2003-2013 гг.). Главной целью международного проекта PUB (Predictions in Ungauged Basins) является создание математических моделей для прикладных расчетов на территориях, не охваченных гидрометрическими наблюдениями для решения хозяйственных задач.

Таким образом, методика, способная учесть ландшафтные особенности водосбора при расчетах расходов заданной вероятности в створе пересечения лесовозной дороги, отвечала бы любым запросам проектировщиков, работающих в сфере проектирования водоотводных и водопропускных дорожных сооружений.

Целью работы является обоснование характеристик водопропускных и водоотводных сооружений на основании учета физико-географических особенностей местности.

В соответствии с поставленной целью, в диссертации последовательно решались следующие задачи:

- Анализ принципов, на которых основаны существующие методики расчета стоковых характеристик.

- Разработка физически обоснованной математической модели стока воды с малых бассейнов.

- Разработка алгоритма модели.

-■Разработка методики расчета характеристик стока заданной обеспеченности и соответственно параметров водопропускных отверстий гидротехнических сооружений в створе пересечения проектируемой лесовозной дорогой с учетом ландшафтных особенностей местности.

- Разработка принципов построения информационной базы ландшафтных характеристик, необходимых для оценки параметров модели.

- Разработка методики оценки параметров модели.

- Оценка влияния хозяйственной деятельности в бассейне на условия формирования стока.

Объект исследования - водопропускные сооружения лесных дорог на малых лесных бассейнах.

Предметом исследования является характеристики водопропускных и водоотводных сооружений лесных дорог.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

- теоретическом обосновании математической модели расчета стока с малых лесных бассейнов для целей проектирования водопропускных гид-

ротехнических автодорожных сооружений, учитывающей конкретные почвенно-грунтовые, растительные и географические особенности местности;

- разработке методики расчета характеристик стока воды с малых водосборов заданной обеспеченности при проектировании водопропускных и водоотводных гидротехнических автодорожных сооружений;

- обосновании метода оценки и назначения физических параметров модели, характеризующих индивидуальные особенности местности;

- получении возможности оценить влияние хозяйственной деятельности или изменений климата на работоспособность проектируемого гидротехнического сооружения.

Практическая значимость. Разработанная методика внедрена и использована при расчетах отверстий водопропускных сооружений для малых водотоков лесной зоны Европейской части РФ в ряде проектно-изыскательских организаций (ЛенТИСИЗ, Геопроектизыскания, Геотран-синжиниринг, НПО Гидротехпроект).

Основные положения, выносимые на защиту.

- Физически обоснованная математическая модель стока с малых бассейнов, учитывающая конкретные растительные, повенно-грунтовые условия для расчета характеристик водопропускных и водоотводных сооружений лесных дорог.

- Алгоритм расчета стока с малых бассейнов лесной зоны РФ с учетом конкретных особенностей местности.

- Принципы построения информационной базы для расчета стока с малых бассейнов при отсутствии гидрометрических наблюдений.

- Методика оценки и назначения параметров модели в лесосырьевых регионах, не охваченных стандартной сетью гидрометрических наблюдений;

- Оценка влияния хозяйственной деятельности на формирование стока воды с бассейна.

Обоснованность и достоверность положений и выводов диссертации подтверждается:

- методологией исследования, основанной на физических закономерностях движения воды;

- соответствием полученных по предлагаемой методике суточных значений стока результатам многолетних натурных наблюдений.

Апробация работы. Основные положения и выводы диссертации докладывались автором на следующих конференциях:

- научно-методические семинары, СПбГЛТА, 2007 - 2009г.г.;

- научно-технические конференции кафедры сухопутного транспорта леса, СПбГЛТА, 2009-2010 г.г.

Основные положения работы изложены в 10 статьях, в том числе в 3 изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, общим объемом 125 страниц, 25 рисунков, 51 таблицы, списка использованных источников (105 наименований) и 12 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована ее практическая значимость, описана структура исследования и приведено краткое содержание ее разделов.

Первая глава посвящена анализу принятой методики [СП 33-101-2003, СНиП 2.01.14-83] для оценки расходов заданной обеспеченности неизученных малых водотоков в месте пересечения автодорогой.

Рассмотрены основные факторы, влияющие на формирование стока, и проблема определения вероятности появления экстремальных значений гидрологических характеристик.

Предложена методика расчета значений стока заданной вероятности при независимой экспертизе проектно-изыскательской документации. Необходимость этого связана с принятием закона № 184-ФЗ от 27.12.02 г., отменяющего обязательность использования нормативных документов при изысканиях и проектировании и регламентирующего персональную ответственность соответствующих организаций. Проблеме страхования профессиональной ответственности изыскателей в частности было посвящено заседание Коллегии Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (материалы Коллегии Росгидромета №19/2 от 12.12.07 г. об информационном обеспечении результатами расчетов страховых компаний). Делается вывод о возможности использования альтернативного подхода к расчетам основных гидрологических характеристик и отверстий водопропускных сооружений с помощью метода математического моделирования.

Вторая глава диссертационной работы посвящена рассмотрению альтернативных методов инженерных расчетов стока. Дан краткий обзор отечественных работ в этой области Ю. Б. Виноградова, Е. М. Гусева, В. Н. Демидова, Ю. М. Денисова, А. А. Камусина, В. В. Коваленко, С. А. Кондратьева, В. И. Корня, Л. С. Кучмента, Ю. Г. Мотовилова, В. В. Никитина, М. М. Овчинникова, Э. О. Салминена и других исследователей.

Кратко изложены концепции, положенные в основу предлагаемой методики для решения вышеуказанных задач, их отличия от повсеместно принятых методов и преимущества использования. Упор делается на воз-

можность физического обоснования всех расчетных зависимостей и их соответствию физическим законам.

Делается вывод о невозможности использования подавляющего большинства существующих моделей для массовых расчетов расходов воды заданной вероятности в рассматриваемом створе в связи с их неприспособленностью к конкретным бассейнам.

Третья глава посвящена описанию методики расчета и ее обоснованию. Алгоритм вычисления расходов стока, в том числе и заданной вероятности, базируется на следующих допущениях.

Задача пространственной схематизации рассматриваемого бассейна решена путем выделения стокоформирующих комплексов (СФК). В лесоведении по подобному принципу лесная площадь делится на выделы. Предполагается, что внутри такого комплекса все параметры почвенно-растительного покрова остаются неизменными и меняются на границах. Для каждого СФК рассчитывается время добегания, за которое почвенный или грунтовый сток достигнет русловой сети или нижележащего (по склону или речной долине) СФК.

Количество СФК и их площадь зависит от величины бассейна, степени освещения его метеорологической информацией, параметрическим обеспечением.

В предложенном виде принципиальная расчетная схема состоит из двух частей. В первой рассчитываются суточные изменения влажности и температуры в точке (в том числе в толще земляного полотна автодороги). Эта часть модели описывает процессы, происходящие в типовой почвенно-растительной колонке, поделенной на расчетные почвенные слои, мощностью х. Температурный режим почвы рассчитывается при условии, что расчетный слой почвы (РСП) в течение времени Л сверху и снизу контактирует со средой, имеющей постоянную температуру. Тогда удельный поток тепла Q, переносимый за расчетную единицу времени Г, с, через толщу почвенного горизонта г, м, пропорционален градиенту температуры: dQ|Л = ЬсП}(Ь, где Ь - коэффициент теплопроводности расчетного слоя, Вт/(м2 • град).

Интегрируя данное уравнение для каждого расчетного слоя почвы,

ж

, получаем следующую зависимость:

~(Л + С-ехр{-, где А, В и С - параметры, зависящие от тепло- и воднофизических характеристик выше- и нижележащих РСП.

С момента устойчивого перехода температуры через нулевую отметку все осадки выпадают в твердом виде, поэтому к нашей расчетной схеме прибавляется новый слой - слой снега.

Удельный поток холода, попадающий в почву будет равен: сК2!& = Ьснега/2снега(Гв - Гп), Вт, где Ть - температура воздуха, град; Тп - температура верхнего почвенного слоя, град.

Зная количество холода, проникшее в почву за сутки, объем влаги в каждом почвенном слое и учитывая удельную теплоту плавления, можно рассчитать скорость промерзания почвенных слоев Я* = Qx|М*, где Я* -слой замерзшей за сутки воды, мм (размерность влажностных характеристик, отмеченная в мм, здесь и ниже означает мм слоя); М - удельная теплота плавления льда, Дж/мм.

После того, как вся вода в расчетном слое замерзла, расчет переходит на нижележащий слой до тех пор, пока на поверхности среднесуточные температуры имеют отрицательные значения. Весной картина меняется на обратную. Разделение выпадающих осадков на жидкие и твердые производится по температурному порогу, когда появление капель воды и снежных хлопьев равновероятно. В расчетах за такую критическую температуру принято +2°С. Перехват части жидких осадков растительным покровом рассчитываем по формуле

Р = {РМ-НГ)

1 ~ехр

Н

'м )_

где Рм - емкость перехвата (максимальная водоудерживающая способность растительного покрова), мм; Ну - слой воды в емкости перехвата, мм; Я - слой осадков, мм.

При среднесуточной температуре ниже 2СС, считаем, что все осадки выпадают в твердом виде. Мощность снежного покрова определяем как слой суточных осадков, отнесенных к плотности снега. Влагозапас воды в снеге остается равным сумме осадков за холодный период (испарением в зимние месяцы пренебрегаем), а толщина снега используется для определения потока холода в почву или через дорожную одежду.

Поверхностное задержание, аккумуляция воды в верховых болотах и мелких озерах, учитывается следующим образом

о=(пм-нР[

1-ехр

V

А

м ;

где Ом - емкость болота (озера), мм; НР - количество воды в аккумулирующих емкостях к моменту Начала стока, мм. Слой поверхностного сто-кообразования Нд, мм, в нашем случае, равен нулю.

Расчет испарения ведется по формуле Е = Ь0[1-ехр(~кЕ0/1тм)], где к -доля вклада данного почвенного яруса в испарение (зависит от типа и со-

стояния почвы и глубины распространения корневой системы растений), доли единицы; к^ - максимальная водоудерживающая способность почвы, мм, т. е. минимальное количество влаги, при котором в процессе испарения полностью реализуются потенциальные возможности испаряемости, где Е и Е0 - интенсивности испарения и испаряемости, мм; - начальное значение количества влаги в почве, мм.

Испаряемость вычисляется по зависимости Е0: Е0 = ¿Д/с?/соби , где с( -дефицит влажности воздуха, мб, за расчетный период времени А/; а -угол наклона площадки, градусы; к - коэффициент испаряемости, м/(мб-с), в зависимости от типа испаряющей поверхности.

Скорость притока в нижележащие почвенные слои регламентируется величиной коэффициента фильтрации = где / — время, за которое

слой влаги, превышающий максимальную водоудерживающую способность, покинет горизонт; К0нг - коэффициент фильтрации нижележащего почвенного горизонта. В случаях, когда К0а г мал (свободная влага не успевает за расчетное время стечь в нижележащий горизонт), вода стекает по расчетному слою в сторону понижения рельефа.

К0, мм/с, рассчитывается по формуле С. А. Лаврова:

К0 = £(П - \ - 0,04)2 Д,, где к = 3,63 ■ 1 (Г5 м/с = 2,18 мм/мин; 0,04 - доля защемленного воздуха, П - пористость слоя почвы, доли единицы; /гм -его максимальная водоудерживающая способность, мм.

Высота капиллярного подъема зависит от гранулометрического состава почвы; в первом приближении #п = 0,12Х~°'&1, где X - размер основной фракции мелкозема, мм.

Капиллярная влажность рассчитывается по формуле ^иш/ = (ПВ-НВ)/N + г -НВ, где N - число слоев почвы от уровня грунтовых вод до высоты капиллярного поднятия; г - порядковый номер расчетного слоя почвы.

Влагосодержание каждого РСП, при отсутствии влияния капиллярной влажности, согласно уравнению водного баланса, равна: Щ=Щ +Р-Е-8, где Щ - влажность, мм, на конец расчетного периода; Щ - на начало; Р - приход влаги с осадками, мм; Е - испарение; £ -сток в нижележащий почвенный горизонт или за пределы единичной площадки, мм.

Вторая часть отвечает за расчет перераспределения грунтового стока в бассейне и расхода в замыкающем створе (месте пересечения проектируемой автодорогой).

Последовательно рассчитываются:

Скорость, м/с, стекания к русловой сети: V = СсЛГ0р rsina, где АГ0рг -

коэффициент фильтрации расчетного горизонта; а - уклон, градусы.

Расстояние, м, которое единичный объем влаги пройдет за расчетный период Т: L = V-T, где Г - расчетный интервал времени, с; Сс - коэффициент сопротивления движению воды, безразм.

Потенциально возможный слой избыточной влаги в слое почвы, который будет двигаться в сторону понижения рельефа под влиянием гравитации за расчетный период: Hj^=H¡_l t-D¡-K0i+1T> 0, где H¡_lt - слой влаги, пришедший сверху за расчетный период t; Ком - коэффициент фильтрации нижележащего í + 1 слоя; D¡ - дефицит влажности г-го РСП, мм, равный разности влажности г-го слоя на начало расчетного периода и максимальной водоудерживающей способности.

Необходимое количество расчетных периодов Г, за которые весь объем излишней влаги с СФК стечет в русловую сеть: L^jL-T, где £СфК -

длина СФК по линии нормали к руслу, м;

Суммарный сток , м3, с СФК за расчетный интервал времени Т:

9сфк,< = Ы0~3H¡jFCfyK /Г, где ^сфк - площадь СФК, м2; МО"3 - раз-мерностный коэффициент.

Русловая трансформация стока: íp = SpJVp, где fp - время руслового

добегания, с; Sp - длина русловой сети, м; Fp - средняя скорость течения, м/с.

Расход, м3/с, в замыкающем створе: = <7Сфк,<•

Суммарный общий приток, м3/с, в русловую сеть за расчетный интервал времени со всех СФК: Qo6m =£бсфк,г.

Уровень затопления Яср, м, в верхнем бьефе водопропускного дорожного сооружения определяется подбором по размеру профиля F поперечного сечения ручья (лога), вероятностному расходу Qx%, м3/с, и уклону I , в %о, ручья в замыкающем створе. Измерения Ful производятся при стандартных полевых изысканиях (СП 11-103-97).

V = C^H^I, где V - средняя скорость течения, м/с; С - коэффициент Шези; #ср - средняя глубина потока, м; / - уклон реки, в %о. Коэффициент Шези определяется по формуле Маннинга С -(\/п)Н^67, где п - коэффициент шероховатости, безразм. Коэффициент Шези также может быть определен обратным путем при полевых измерениях расхода воды

и

I7 = ()\%/V, Нср = /(Т7), где ^ - площадь живого сечения реки в створе перехода, м3; 7/ср определяется подбором для рассчитанного расхода заданной обеспеченности

При расчетной глубине затопления Н большей в 1,4 раза, чем планируемый диаметр трубы И^, предполагается напорный режим эксплуатации трубы и расчет отверстия ведется по формуле 0) = ^Дфл/22(Я - /¡1р - [(¡^ - О))' гДе ¡тр - уклон трения, доли единицы; г

- продольный уклон трубы, доли единицы; I — длина трубы, м; со - площадь живого сечения трубы, м2.

В остальных случаях имеет место безнапорный режим и величина отверстия трубы определяется по формуле ю = где ср -

коэффициент скорости для оголовков трубы, доли единицы.

Рассматриваемая методика предназначена для расчетов отверстий пересекаемых автодорогой ручьев и логов, площадью водосбора до 10 км2. В условиях таежной зоны для подобных водотоков достаточно запроектировать трубный переход. В случаях, когда рассчитанный расход превышает 10 м3/с, целесообразно проектировать мостовой переход.

Расчет отверстия моста ведется по формуле Ь = где Н -

глубина затопления при расчетном вероятностном расходе.

В случае, когда величина отверстия моста превышает технологические возможности строительства, предусматривается вариант напорного истечения: Ь = (?ЦН-ищ>). Ограничением величины стесненности является

критическая скорость , зависящая от типа берегового крепления. Таким

образом, в первой части модели последовательно рассчитываются:

- влажность почвы;

- температура почвы и земляного полотна;

- высота снежного покрова;

- глубина промерзания почвы и земляного полотна;

- слой водоотдачи из снежного покрова;

- слой грунтового стокообразования;

- испарение с поверхности почвы и транспирация. Информационная база для проведения проверочных расчетов включает

в себя:

1. Входную информацию:

- ежедневная среднесуточная температура воздуха;

- ежедневный среднесуточный дефицит влажности воздуха;

- ежедневные осадки (для расчета расходов заданной обеспеченности -соответствующей обеспеченности).

2. Начальную информацию:

- температура и влажность в почвенном профиле (земляном полотне);

- пористость почвы (земляном полотне);

- водно- и теплофизические характеристики слоев почвы (земляном полотне);

- начальный уровень грунтовых вод;

- характеристика древостоя(емкость перехвата и площадь проективного покрытия).

Во второй части модели рассчитываются следующие характеристики:

- горизонтальная составляющая стока из каждого почвенного слоя для каждого СФК;

- слой дождевого и талого стока из прирусловой части;

- время склонового добегания;

- время руслового добегания;

- суточный слой стока в замыкающем створе;

- среднесуточный расход (обеспеченный расход) в замыкающем створе

- обеспеченный уровень в месте проектируемого перехода автодороги;

- наличие напорного или безнапорного режима в зависимости от планируемой величины отверстия водопропускных конструкций;

- расчетная величина отверстия водопропускного сооружения. Информационная база включает в себя:

1. Входную информацию:

- среднесуточная инфильтрация из вышележащих слоев почвы;

- среднесуточное испарение из каждого слоя почвы;

- суточный слой фильтрации в глубокие слои почвы.

2. Ландшафтные параметры:

- площадь стокоформирующего комплекса;

- уклоны склонов (в пределах каждого СФК) и русла;

- средняя длина склонов (в пределах каждого СФК) и русла;

- коэффициенты шероховатости склонов и русла.

Методика подбора параметров модели должна опираться на следующие требования: возможность прямого измерепия либо априорной литературно-экспертной оценки. Рекомендуется использование существующих геоинформационных систем на базе цифровых почвенно-грунтовых и растительных лесных карт и аэрокосмических снимков. Выводы:

1. Предложенный способ систематизации параметров позволяет использование их при расчетах расходов заданной обеспеченности.

2. Физико-географическими факторами, используемыми в модели, являются рельеф, климат, почвенно-растительный покров, гранулометрический состав почв или земляного полотна автодороги.

3. Оценка параметров модели на отдельном водосборе начинается с выделения на его территории стокоформирующих комплексов. В качестве отдельных СФК выделяются основные типы подстилающей поверхности данной местности.

Общая блок-схема модели представлена на рис. 1.

Рис. 1. Общая блок-схема модели

Четвертая глава посвящена сравнительному анализу результатов расчетов. В рамках исследования была выбрана серия малых водосборов расположенных в зоне тайги Европейской части РФ размером от 0,01 до 150 км2. Выбранные объекты различались своими размерами и ландшафтом (табл. 1). Критерием отбора бассейнов являлось наличие гидрометрических наблюдений на них за период более 10 лет, детальное описание ландшафтов и близость метеорологических станций.

Расчеты были проведены с суточным интервалом. Результатами стали среднесуточные величины расходов в створах, которые были сопоставлены

с измеренными расходами за тот же период.

Таблица 1

Примеры объектов моделирования различных категорий масштаба

Категория масштаба, км2 Лог Площадь бассейна, км2 Средний многолетний расход, л/с Характеристика бассейна

<0,1 В. Усадье 0,016 0,15 полевой

<0,1 Синяя Гнилка 0,015 0,14 лесной

<1 Усадье 0,36 1,1 полевой

<1 Таежный 0,45 1,3 лесной

<50 Соминка-Дворец 33,9 313 лесной

<50 Лошшца-Мосолино 48,3 440 лесной

<200 Соснинка 101 2190 лесной

<200 р. Полометь 136 2980 смешанный водосбор

Получены характеристики водного баланса по бассейнам, а также статистические оценки эффективности расчетов. Период расчета составил для разных объектов от 5 до 45 лет (1955-2000 гг.).

На рис. 3 для некоторых из рассматриваемых бассейнов приведены гидрографы стока, измеренные и рассчитанные по изложенной в диссертационной работе методике за период 1955-2000 гг.

Сравнительная оценка результатов расчета водопропускных отверстий по стандартным методикам и предложенным методом.

Для любого проектировщика важны конкретные величины гидрологических характеристик различной обеспеченности. Результаты расчета максимальных паводков (половодья и дождевых) полученных по методикам СП 33-101-2003 и МАДИ, по предложенной модели и экстраполированные наблюденные величины представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, на малых водосборах площадью до 10 км2 расчетные дождевые паводки превышают паводки весеннего половодья, 10-50 км2 - величины паводков близки между собой, более 50 км2 расход половодья становится больше.

Измеренные величины подтверждают эту тенденцию. Однако, при пересечении автодорогой малых водотоков с площадями водосборов менее 1 км2, переоценка расхода заданной обеспеченности как по методике СП, так и по формуле МАДИ превышает измеренные величины в 10 и более раз. Модель дает более адекватные результаты. В то же время, с ростом пло-

щади водосбора, ошибка модельного расчета растет и для площадей более 100 км2 методика СП дает не менее точные результаты.

Таблица 2

Сравнительные величины расходов 2% обеспеченности в створе проектируемого перехода, рассчитанные по разным методикам

Лог (река) -створ Пло щадь, км2 Дождевой паводок (м3/сек)/ %к измеренному (расходы) Весеннее половодье (м3/сек)/ %к измеренному (расходы)

2% измерен ный 2% по модели 2% по СП 33101-2003 2% по ф-лсМАДИ 2% измерен ный 2% по модели 2% по СП 33101-2003

В.Усадье 0,016 0,0035 0,0065/186 0,043/1229 0,081/2314 0,0042 0,009/210 0,015/358

С. Гпшпса 0,015 0,0054 0,0051/94 0,039/722 0,076/1407 0,0061 0,006/102 0,014/230

Усадье 0,36 0,11 0,42/382 1,73/1573 1,83/1663 0,147 0,165/112 0,740/503

Таежный 0,45 0,12 0,2/166 1,21/1008 2,29/1908 0,111 0,159/143 0,410/369

Соминка-Дворец 33,9 10,3 7,9/77 14,9/145 22,0/214 10,7 12,3/115 16,23/152

Лошшца-Мосолшю 48,3 10,4 11,3/109 11,6/116 31,3/301 11,1 11,9/107 24,5/221

Соснинха-Киты 101 21,9 23,6/108 24,4/111 26,4/121 19,2 18,6/96 41,2/215

Полометь-Полометь 136 12,1 15,6/129 19,2/159 53,4/441 29,1 55/189 47,3/163

Таким образом, результаты расчетов расходов 2 % обеспеченности по предложенной методике для всех исследуемых объектов следует признать приемлемыми. Экономический эффект использования модели для расчетов отверстий водопропускных дорожных сооружений при пересечении малых и очень малых водотоков при строительстве лесовозных дорог может составлять сотни тысяч рублей (табл. 3).

Результаты моделирования хода температур в почве (толще земляного полотна лесовозной автодороги).

Сравнение результатов расчета с измеренными величинами температуры почвы (из-за отсутствия контрольной информации) проводилось для одного объекта - лога Синяя Гнилка.

На рис. 2 приведены рассчитанные и измеренные графики хода температур в слоях почвы 0-20 и 60-80см за 1955 и 1958 годы. Обращает внимание тот факт, что ход рассчитанных температур на четвертый год расчета (начальные условия заданы на 1 апреля 1955 года) лучше соответствует наблюденным, чем в первый год.

Таблица 3

Сравнительные затраты на материалы при строительстве трубных _переходов через малые реки и лога _

№ п/п Река-створ Стоимость материалов, руб.

при экстраполяции измеренных расходов при использовании предложенной методики при расчетах по СП 33-101-2003 при расчетах по формуле МАДИ

1 В. Усадье 5800 5800 11655 11655

2 С. Гнилка 5800 5800 11655 11655

3 Усадье 11655 20886 34734 46273

4 Таежный 11655 11655 34734 34734

5 Соминка 92547 69468 138820 231367

6 Лоншща 92547 92547 92547 277640

7 Соснинка 173554 185094 173554 185094

8 Полометь 92547 185094 185094 185094

Контрольные измерения проводились термометрами Савинова до глубины 20 см и вытяжными до глубины 80 см. Состав почв - суглинки, водо-упор на глубине около 2,5 метров.

Результаты имитационного моделирования.

Проведен имитационный расчет величин стока для лога Таежный при условии сплошной вырубки леса на нем (табл. 6). Для сравнения даны рассчитанные величины стока с лесом и измеренные. Снеготаяние на вырубке проходит быстрее на 3 дня и более интенсивно, дождевые паводки также имеют большие величины на 5-15 л/с.

Статистический анализ характеристик распределения.

Результаты статистического анализа характеристик распределения величин максимальных расходов, приводятся в качестве примера для логов Усадьевского и Таежного по измеренному и расчетному ряду значений (табл. 4 и 5).

Коэффициенты вариации и асимметрии рядов исходных данных и вычисленных значений близки между собой. Квантили расчетных обеспечен-ностей в большинстве случаев превышают измеренные величины, что оправдано с точки зрения надежности расчета.

Таблица 4

Статистические характеристики расчетных и измеренных рядов максимального стока лога Таежного (}макс (л/с)

Элемент Период Ялет Средн. СУ Сз б средн. 6Су бСБ 1% 10% 95%

Омахе расчетный весна 23 85,6 0,28 1,10 5,02 0,02 0,59 159 118 55,2

Омакс измеренный 23 52,9 0,40 1,18 8,50 0,08 0,62 125 83,6 24,4

Омакс расчетный лето-осень 23 49,4 0,58 2,81 7,42 0,20 0,60 171 85,4 27,8

Омакс измеренный 23 23,6 0,71 2,03 3,95 0,17 0,65 85,9 45,9 7,36

Таблица 5

Статистические характеристики расчетных и измеренных рядов _максимального стока лога Усадьевский (^макс (л/с)

Элемент Период N лет Средн. СУ С$ б средн. бСу 5Сб 1% 10% 95%

Омакс расчетный весна 23 97,9 0,28 0,21 5,98 0,04 0,53 16« 133 54,9

Омакс измеренный 16 88,3 0,30 0,17 6,69 0,05 0,64 147 122 43,5

Омакс расчетный лето-осень 23 37,0 0,68 1,83 7,77 0,20 0,63 125 68,9 9,51

Омакс измеренный 18 41,6 0,60 1,28 5,98 0,11 0,59 122 75,2 11,1

Таблица 6

Сравнительные величины суточного стока с водосбора до и после

го (0-20) и нижнего (60-80) см слоев почвы.1955,1958г.г.

Гидрограф р. Полометь (хЛоломап ИИ год) —•—р«=«™™» —д— изнераниы!

30.00

25.00

20.00

15.00

10.00

5.00

0.00 29.0

А

.1956 18.05.1958 07.07.1958 28.08.1956 15.10.1S58 д«л

18.00 16.00 14.00 12.00 10.00 8.00 8.00 4.00 2.00 0.00

06.03.1957 25.04.1957 14.06.1957 03.08.1957 22.09.1957 11.11.1957

Гидрограф р. Полоиеть (х-Полометь 1957 год]—«— рас"*™»"-* л—намеренный

.1

в 1 ^

г \ Ли-

Ч ^ ^/г

*

Гидрограф р. Полометь (х. Полометь 1955 год

—рассчитанный - «маренный

СТОК ЛОГ1ТНЖНЫЙ1953 ГОД —рассчтнаиа —А—наиарчныа

» I 1ап1

.1958 1 5.05.1958 04.07.1S58 23.08.1555 12.10.1958 д»и

01.04.1555 21.05.1955 10.07.1955 29.08.1955 18.10.1955

Сток лога Таежный 1986 год

Сток лога Таежный 1987 год

в.ИВвб 26.В.19» 14.11.1986

1В.5.1987 7.7.1Э87

Рис. 3. Сравнительный ход измеренных и рассчитанных расходов реки Полометь

и лога Таежный

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертационной работе на основе математического моделирования, предложенных методов анализа и экстраполяции данных экспериментальных долгосрочных гидрометеорологических и специальных наблюдений, разработанного комплекса программного обеспечения алгоритмов природной моделирующей системы получены следующие научные результаты:

1. На основании использования предложенной модели, основанной на учете конкретных почвенно-грунтовых и растительных особенностей ландшафта, разработана, апробирована и внедрена методика расчета вероятностных значений стока для целей проектирования автодорожных гидротехнических сооружений.

2. Обоснован метод оценки параметров модели, характеризующих рельеф и подстилающую поверхность рассматриваемой местности. Проведена систематизация и оценка параметров предложенной модели по лесному и полевому стокоформирующим комплексам. Подтверждена возможность использования ГИС для описания географического распределения параметров модели.

3. Предложена и подтверждена возможность использования методики предварительного расчета вероятностных расходов в местах пересечений лесных автодорог с водотоками при решении вопроса об эффективном размещении лесной дорожной сети и мелиоративных канав. Дана методика предварительных расчетов затрат на строительство гидротехнических дорожных сооружений на этапе решения технико-экономической задачи оптимального размещения путей в лесосырьевой базе. При использовании предложенной методики экономия прямых затрат на приобретение материалов при строительстве трубных поперечных водоотводов на водотоках площадью водосбора до 10 км2 составляет от 100 до 300 %.

4. Рассчитанные величины температуры земляного полотна (или почвы) не отличаются более чем на 2,5 градуса от измеренных и позволяют прогнозировать температурный режим земляного полотна при различном увлажнении.

5. Конкретизированы задачи полевых инженерных изысканий для информационного обеспечения предлагаемой методики. Упрощена технология проведения таких работ.

6. Проведено сравнение результатов расчетов по общепринятой методике (СП 33-101-2003) и предложенной методике с экстраполированными результатами многолетних наблюдений. Сравнительная точность расчетов для водосборов площадью до 1 км2 улучшена на 1000-1500 %, до 50 км2 на 150-300%.

7. Подтверждена возможность методом имитационного моделирования проводить оценку влияния хозяйственной деятельности на величину стока. После имитации проведения сплошных рубок на водосборе, расчетная величина стока возрастает на 15-30 %, что согласуется с экспериментальными наблюдениями.

Основные положения диссертации и результаты расчетов изложены в следующих работах:

1. Виноградов, А. Ю. Воздействие линейных сооружений на водно-тепловой режим почво-грунтов лесного массива [Текст]: Материалы паучно-методического семинара CTJI / А.Ю. Виноградов. - СПб: Изд-во СПбГЛТА, 2007. - с. 159-171.

2. Виноградов, А. Ю. Исследование гидрологического режима водных объектов р. Черепеть для проектирования расширения Черепетской ГРЭС [Текст]: Естественные и технические науки № 3(41), ISSN 1684-2626/ А.Ю. Виноградов, К.Ф. Брюхань. - М: Изд-во Спутник, 2009. - с.267-269.

3. Гуревич, Е. В. Анализ минимального стока рек Черноморского побережья Кавказа в связи с возрастающей антропогенной нагрузкой [Текст]: Естественные и технические науки № 4 (42), ISSN 1684-2626/ E.B. Гуревич, А.Ю. Виноградов. - М; Изд-во Спутник, 2009. - с. 175-178.

4. Виноградов, А. Ю. Метод расчета гидрологических характеристик при проектировании автомобильных дорог [Текст]: Материалы научно-методической конференции СТЛ / А.Ю. Виноградов. - СПб: Изд-во СПбГЛТА, 2009. - с. 165-174.

5. Виноградов, А. Ю. Влияние изменения хозяйственной деятельности на плодородие почв лесной зоны РФ [Текст]: Материалы научно-методической конференции СТЛ / А.Ю. Виноградов, Л.Н.Смирнова. - СПб: Изд-во СПбГЛТА, 2009. - с. 179-184.

6. Салминен, Э. О. Сравнительная оценка результатов расчетов по модели «водный переход» и СП 33-101-2003 [Текст]: Материалы научно-методической конференции СТЛ /Э.О.Салминен, А.Ю. Виноградов. - СПб: Изд-во СПбГЛТА, 2009. - с. 175-179.

7. Салминен, Э. О. Альтернативный метод расчетов максимальных расходов для проектирования водопропускных сооружений автодорог [Текст]: Материалы научно-методической конференции СТЛ /Э.О.Салминен, А.Ю. Виноградов. - СПб: Изд-во СПбГЛТА, 2009. - с. 129-135,

8. Виноградов, А. Ю. Расчет динамики водно-теплового режима лесных почво-грунтов при проектировании линейных сооружений [Текст]: Технология и оборудование лесопромышленного комплекса, вып. 4. ISBN 978-5-9239-0185-6/ А.Ю. Виноградов. - СПб: Изд-во СПбГЛТА, 2009. - с. 18-23

9. Виноградов, А. Ю., Салминен Э. О. Расчет изменения максимальных расходов воды малых рек в результате хозяйственной деятельности и его влияние на проектирование дорожного водоотвода [Текст]: Труды СпбНИИЛХ, Лесное хозяйство и комплексное природопользование, выпуск 2(22), ISSN 2079-6080/ А.Ю. Виноградов, Э.О.Салминен. - СПб: Изд-во Политехнического университета, 2009. - с. 268-277.

10. Виноградов, А. Ю. Методика расчета максимальных расходов для проектирования поперечного дорожного водоотвода [Текст]: Известия СПбГЛТА; выпуск 191, / А.Ю. Виноградов. - СПб: Изд-во СПбГЛТА, 2010. - с. 95-103.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.220.03 или прислать отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5 Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия имени С. М. Кирова, Учёный совет.

ВИНОГРАДОВ АЛЕКСЕЙ ЮРЬЕВИЧ АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 08.11.10. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,0. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 248. С 10 а.

Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТА 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.

Глава 1. Анализ общепринятой методики расчетов' максимальных расходов на стадии.предпроектных изысканий

1.1 Проблемы! гидрологических расчетов?для инженерных изысканий

1.2 Метод предельной интенсивности ливня

1.3 Метод аналогии 10 1.4' Лесистость и заболоченность

1.5 Метод МАДИ

1.6 Выводы по главе

Глава 2.Современные концепции в задаче детерминированного моделирования для расчетов вероятностных расходов в створе перехода автодороги

2.1 Метод математического моделирования

2.2 Существующие подходы к моделированию

Глава'3. Алгоритм и принципиальная блок-схема модели. Методика подбора параметров

3.1. Введение

3.2. Принципы построения модели

3.3. Методика предпроектных изысканий

3.4. Описание динамики влаги в ненасыщеннойзоне

3.5. Фазовые переходы. Расчетная схема 28»

3.6. Описание алгоритма

3.7. Объекты моделирования

3.8. Схематизация бассейна

3.9. Основные параметры рельефа 4Г

3.10. Описание основных объектов, на которых проведена проверка работоспособности модели 42'

3.11. Климатические характеристики 4 8 •

3.12. Система параметров модели 5О

3.13. Методика определения скорости и времени добегания

3.14. Методика интерполяции осадков в бассейнах с сложным рельефом

3.15. Выводы по главе

Глава 4. Сравнительные результаты моделирования процессов формирования стока на малых экспериментальных водосборах

4.1 Анализ критериев оценки результатов моделирования стока

4.2 Результаты моделирования стока

4.3 Результаты моделирования хода температур в почве

4.4 Результаты имитационного моделирования

4.5 Выводы по главе 4 71 Основные выводы и результаты 72 Приложения 89 Литература

Актуальность темы. Развитие лесной отрасли полностью зависит от создания развитой транспортной инфраструктуры, обоснованность' размещения которой в лесном массиве предопределяет эффективность всего лесозаготовительного процесса. В свою очередь, рациональность размещения дорожной сети определяется на стадии предпроектных изысканий. В технологической цепи строительства лесовозных и лесохозяйственных дорог, изыскания регламентируются СНиП 11-02-96 (инженерные изыскания) [72], в т.ч. СП 11-103-97 (гидрометеорологические изыскания) [71]. Для расчета обеспеченных расходов при проектировании- водопропускных сооружений используется СП 33-101-2003 (расчетные гидрологические характеристики) [70].

При строительстве лесных дорог около 10% пересекаемых водотоков являются малыми, с площадью водосбора менее 50 км2, и 85% - очень малыми, с площадями менее 5 км2 (ГОСТ 19179). Такие водотоки практически не охвачены сетью гидрологических наблюдений, обеспеченные расчетные ливневые паводки на них всегда превышают паводки весеннего половодья той же вероятности и СП рекомендует проводить расчеты по формуле метода предельной интенсивности ливня (п.7.44 [70]).

В этом методе такие важнейшие индивидуальные особенности местности как залесенность и заболоченность не учитываются, в то время как они являются определяющими при определении размеров водопропускных и водоотводных сооружений. В результате расхождение между рассчитанными и наблюденными вероятностными расходами достигает тысячи и более процентов[12ДЗ].

Предложенная Московским автодорожным институтом методика расчета ливневых паводков (формула МАДИ) [78], является упрощенным вариантом того же метода.

Альтернативой подобному подходу является построение физически обеспеченных обоснованных математических моделей, способных на основании параметрически заданных характеристик индивидуального бассейна дать не только расчетные характеристики заданной вероятности прохождения стока, но и спрогнозировать их изменение под воздействием проектируемого сооружения и хозяйственной деятельности на территории бассейна (например, сплошных рубок). Такая возможность предусмотрена в существующем СП, где рекомендуется для контроля при проведении альтернативных методов расчета, проведение анализа, включающего сравнительную оценку погрешностей расчетов по различным методам (п. 4.1 ОП СП 33-101-2003).

Актуальность реализации разрабатываемой методики, как одного из приоритетных направлений развития естественных наук в текущем десятилетии, отмечается и Международной ассоциацией естественных наук (2003-2013гг.). Главной целью международного проекта PUB (Predictions in Ungauged Basins) является создание математических моделей для прикладных расчетов на территориях, не охваченных гидрометрическими наблюдениями, для решения хозяйственных задач.

Таким образом, методика, способная учесть ландшафтные особенности водосбора при расчетах расходов заданной вероятности в створе пересечения лесовозной дороги, отвечала бы любым запросам проектировщиков, работающих в сфере проектирования водоотводных и водопропускных дорожных сооружений.

Целью работы является обоснование характеристик водопропускных и водоотводных сооружений, на основании учета, физико-географических особенностей местности.

В" соответствии с поставленной целью, в диссертации последовательно решались следующие задачи:

- Анализ принципов, на ■ которых основаны существующие методики расчета стоковых характеристик.

- Разработка физически обоснованной математической модели стока воды с малых бассейнов.

- Разработка алгоритма модели.

- Разработка методики расчета характеристик стока заданной вероятности "и соответственно параметров водопропускных отверстий гидротехнических сооружений в створе пересечения проектируемой лесовозной дорогой с учетом ландшафтных особенностей местности.

- Разработка принципов построения информационной базы ландшафтных характеристик, необходимых для- оценки параметров модели.

- Разработка* методики оценки параметров модели.

- Оценка влияния хозяйственной, деятельности в, бассейне на условия формирования стока.

Объект исследования - водопропускные сооружения лесных дорог на малых лесных бассейнах.

Предметом- исследования1 является характеристики водопропускных и водоотводных сооружений лесных дорог

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

- теоретически обоснована математическая модель расчета стока с малых лесных бассейнов для целей проектирования водопропускных гидротехнических автодорожных сооружений, учитывающая конкретные почвенно-грунтовые, растительные и географические особенности местности;

- разработана методика расчета характеристик стока воды с малых водосборов заданной обеспеченности при проектировании водопропускных и водоотводных гидротехнических автодорожных сооружений;

- обоснован метод оценки и назначения физических параметров модели, характеризующих индивидуальные особенности местности;

-5- получена возможность оценить влияние хозяйственной деятельности или изменений климата на работоспособность проектируемого гидротехнического сооружения.

Практическая; значимость. Разработанная, методика внедрена и использована, при расчетах отверстий! водопропускных сооружений;: для малых водотоков лесной зоны Европейской части РФ в ряде проектно-изыскательских организаций (ЛенТИСИЗ, Геопроектизыскания, Геотрансинжиниринг, НПО Еидротехпроект - приложение 8).

Основные положения^ выносимые на защиту.

- Физически1 обоснованная математическая модель, стока с малых бассейнов, учитывающая; конкретные растительные, повенно-грунтовые условия для расчета характеристик водопропускных и водоотводных сооружений лесных дорог.

- Алгоритм расчета с учетом конкретных особенностей местности.

- Принципы построения информационной базы для расчета стока с малых бассейнов при;отсутствии гидрометрических наблюдений.

- Методика оценки и назначения параметров модели в неизученных лесосырьевых регионах.

- Оценка влияния; хозяйственной деятельности на формирование стока воды с бассейна.

Обоснованность и?достоверность положений и выводов диссертации подтверждается:

- Методологией исследования, основанной на физических закономерностях движения воды.

- Соответствием полученных по предлагаемой методике суточных значений стока результатам многолетних натурных наблюдений.

Апробация! работы. Основные положения и выводы диссертации докладывались автором на следующих конференциях:

- научно-методический семинар, посвященный, памяти д.т.н. проф. Ильина Б.А., ЛТА 2007г.

- научно-технические: конференции кафедры сухопутного транспорта леса, ЛТА, 2009 -2010 г.г.

Основные положения работы изложены в 10 статьях.

Структура; и объем диссертации? Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, общим объемом; 137 страниц, 25 рисунков, 51 таблицы, списка литературы (105 наименований) и 12 приложений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В; диссертационной работе на основе- средств математического моделирования, предложенных, методов анализа и экстраполяции данных экспериментальных и долгосрочных гидрометеорологических и специальных наблюдений, разработанного комплекса программного обеспечения алгоритмов природной моделирующей системы, получены; следующие научные результаты:

1. На основании использования предложенной модели разработана и апробирована методика расчета вероятностных значений стока для целей проектирования дорожных гидротехнических сооружений (акты о' внедрении приложение 8). 2. Обоснован метод оценки параметров модели, характеризующих рельеф и подстилающую поверхность рассматриваемой местности. Проведена систематизация и оценка параметров предложенной модели по лесному , и полевому стокоформирующим комплексам. Подтверждена возможность использования ГИС для описания географического распределения параметров модели.

3. Предложена и подтверждена возможность использования методики предварительного расчета вероятностных расходов в местах возможных пересечений лесных автодорог с водотоками при решении вопроса. об эффективном размещении лесной дорожной сети и мелиоративных канав. Представлена возможность предварительных расчетов затрат на строительство гидротехнических дорожных сооружений на этапе решения технико-экономической задачи оптимального размещения путей в лесосырьевой базе. При использовании предложенной методики экономия прямых затрат на приобретение материалов при строительстве трубных поперечных водоотводов на водотоках площадью водосбора до 10 км2 составляет от 100 до 300%.

4. Рассчитанные величины температуры земляного полотна (или почвы) не отличаются более 2,5 градусов от измеренных и позволяют прогнозировать температурный режим земляного полотна при различном увлажнении.

5. Конкретизированы задачи полевых инженерных изысканий при информационном обеспечении предлагаемой методики расчетов. Упрощена технология проведения таких расчетов.

6. Проведено сравнение результатов расчетов по общепринятой методике (СП 33-101-2003) и предложенной методике с экстраполированными результатами многолетних наблюдений. Сравнительная точность расчетов для водосборов до 1 км2 улучшена на 1000 -1500 %, до 50 км2 на 150 - 300 %.

7. Подтверждена возможность методом имитационного моделирования проводить оценку влияния хозяйственной деятельности на величину стока. После имитации проведения сплошных рубок на водосборе, расчетная величина стока возрастает на 15-30%, что согласуется с экспериментальными наблюдениями. о о

30.00

20.00

10.00

0.00

12.03.19: -10.00

-20.00

-30.00

-40.00

Рассчитанный ход температур в верхнем слое почвы 1955-58 гг. температура воздуха измеренная Л рассчитанная температура слоя почв 0-20см

Рис. 4.2 Рассчитанный ход температур в верхнем слое почвы 1955-1958 г.г. х.Полометь)

Годы С

Рассчитанный сток м /с 2

Наблюденный сток м3/с 2

Осадки мм 7

Общее испарение мм 4

Поверхностный сток мм 0

Почвенный сток 1

Подземный сток 1

Невязка наблюденного и рассчитанного стока м3/с от годовой суммы осадков 8

Максимальный расход рассчитанный, м3/с 1 наблюденный м3/с 1

Абс. невязка, % 1

Годы 1955 1956 1957 1958 Среднее

Рассчитанный сток л/с 5,9 4,5 3,5 4,6 4,6

Наблюденный сток л/с 6,1 6,6 6,5 6,5 6,4

Осадки мм 615 713 807 678 703

Общее испарение мм 332 463 531 488 453

Поверхностный сток 0 0 0 0 0

Почвенный сток 5,5 4,1 3,1 4,2 4,2

Подземный сток 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4

Невязка наблюденного и л/с -0,2 -2,1 -3,0 -1,9 -1,8 рассчитанного стока % от годовой суммы осадков 1 11 14 11 9

Максимальный расход рассчитанный, л/с 105 86 61 67 80 наблюденный, л/с 107 73 66 58 76

Абс. невязка, % 2 9 8 13 8

Усадьевского

Годы 1 955 1956 1957 1958 Среднее

Рассчитанный сток л/с 0 ,21 0,18 0,11 0,14 0,16

Наблюденный сток л/с 0 ,18 0,21 0,11 0,14 0,16

Осадки мм 6 15 713 807 678 703

Общее испарение мм 3 32 463 531 488 453

Поверхностный сток 0 0 0 0 0

Почвенный сток 0 ,2 0,17 0,1 0,13 0,13

Подземный сток 0 ,01 0,01 0,01 0,01 0,01

Невязка наблюденного и л/с 0 -0,03 0 0 0,00 рассчитанного стока ,03 от годовой суммы осадков 5 5 0 0 2

Максимальный расход рассчитанный, л/с 6 Д 2,8 2,9 5,4 4,3 наблюденный л/с 3 ,5 3,4 2,8 2,3 3

Абс. невязка, % 4 2 12 3 39 24

1. Агрогидрологические свойства почв Новгородской области Текст.: справочник. -Л.: Гидрометеоиздат, 1970.- 93-111 с.

2. Агроклиматический справочник Новгородской области Текст.: справочник Л.: Гидрометеоиздат, 1960. - 122 с.

3. Андерсон, М.Г. Стратегия моделирования Текст.: монографиям / М.Г. Андерсон, Т.П. Берт. -М.: «Мир», 1988 с. 12-15.

4. Бевен, К. Модели с распределенными параметрами'Текст.: статья / К. Бевен — М.: «Мир», 1988 с. 497-505.

5. Брюхань, Ф.Ф. Промышленная экология МГУИЭ Текст.: учебник/ Ф.Ф. Брюхань. — М., 2002 с. 64-80,130.

6. Будыко, М.И. Тепловой баланс земной поверхности Текст.: монография / М.И. Будыко. Л.: 1956.-256 с.

7. Виноградов, А. Ю. Воздействие линейных сооружений на водно-тепловой режим почво-грунтов лесного массива Текст.: Материалы научно-методического семинара СТЛ / А.Ю. Виноградов. СПб: Изд-во СПбГЛТА, 2007. - с. 159-171.

8. Виноградов, А. Ю. Метод расчета гидрологических характеристик при проектировании автомобильных дорог Текст.: Материалы научно-методической конференции СТЛ/А.Ю. Виноградов. СПб: Изд-во СПбГЛТА, 2009. - с. 165-174

9. Виноградов, А. Ю. Влияние изменения хозяйственной деятельности на плодородие почв лесной зонььРФ< Текст.: Материалы научно-методической конференции СТЛ/А.Ю. Виноградов, Л.Н.Смирнова. СПб: Изд-во СПбГЛТА, 2009. - с. 179-184.

10. Виноградов, А. Ю. Методика расчета максимальных расходов для проектирования поперечного дорожного водоотвода Текст.: Известия-СПбГЛТА, выпуск 191, / А.Ю. Виноградов. СПб: Изд-во СПбГЛТА, 2010. - с. 95-103.

11. Виноградов, Ю.Б., Распределенное моделирование в гидрологии Текст.: монография / Ю.Б. Виноградов, Т.А. Виноградова. М.: Академия, 2008. - 350 с.

12. Виноградов, Ю.Б. Математическое моделирование процессов формирования стока. Критический анализ Текст.: монография / Ю.Б. Виноградов. Л.: Гидрометеоиздат, 1988.-312 с.

13. Виноградов Ю.Б. Вопросы гидрологии дождевых паводков на малых водосборах Средней Азии и Южного Казахстана Текст.: монография / Ю.Б. Виноградов. Труды КазНИГМИ, 1967, вып. 28.

14. Водогрецкий, В.Е. Экспедиционные гидрологические исследования Текст.: монография / В.Е. Водогрецкий, О.М. Крестовский, Б.Л. Соколов. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.-231 с.

15. Воронков, H.A. Роль лесов в охране вод Текст.: монография / H.A. Воронков. — Гидрометеоиздат, Л., 1988 г.11-18 с.

16. Вуд, Э.Ф. Прогнозирование в реальном времени Текст.: монография / Э.Ф.Вуд, П.Э. 0,Коннел. М., «Мир», 1988, с. 616.

17. Гаевский, B.JI. Альбедо больших территорий Текст.: монография / В.Л.Гаевский Труды ГГО. Выпуск 109, 1961. 61-75 с.

18. Государственный Водный Кадастр. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Текст.: справочник / Том 1, Выпуск 4, Часть 1, 2. — РСФСР, Северо-Западное УГМС. 1966-1984 гг.

19. Грунтоведение Текст.: монография /под ред. С.М. Сергеева. М:, МГУ, 1973, с.387.

20. Гусев, Е.М. Моделирование стока на малых водосборах в зоне многолетней мерзлоты на основе модели SWAP Текст.: монография / Е.М. Гусев, О.Н. Насонова, Л.Я. Джоган. Водные Ресурсы, том 33 №2 М: 2006, с.133-145.

21. Денисов, Ю.М., Сергеев А.И. Метод расчета максимальных расходов талых вод горных рек Текст.: статья / Ю.М. Денисов, А.И. Сергеев. — Труды Среднеазиатского НИГМИ. Ташкент, 2001, вып. 163 (244), с. 123-143.

22. Денисов, Ю.М. Стохастико-детерминированные математические модели стока рек Текст.: статья / Ю.М. Денисов. / Труды Среднеазиатского НИГМИ. - Ташкент, 1996, вып. 149 (230), с. 5-21.

23. Димо, В.Н. Тепловой режим почв СССР Текст.: статья / В.Н. Димо. Научные труды Почвенного института имени В.В. Докучаева. - М.: Колос, 1972. - 359 с.

24. Зубенок, Л.И. Испарение на континентах Текст.: монография / Л.И. Зубенок. Л.: Гидрометеоиздат, 1976-295 с.

25. Иванов, КЕ. Гидрология болот Текст.: монография / К.Е. Иванов. Л.: Гидрометеоиздат, 1953, 296 с.

26. Исаченко, А.Г. Ландшафты СССР Текст.: монография / А.Г. Исаченко. Л.: Издательство ЛГУ, 1985. - 320 с.

27. Камусин, A.A. Основы моделирования и оптимизации процессов водного транспорта леса Текст.: учебное пособие / A.A. Камусин, A.A. Митрофанов, В.П. Полищук, М.М. Овчинников. М. Изд-во МГУЛ 2003 г. 152 с.

28. Карта Новгородской области масштаба 1:100000 Карта.: ГУГК, Москва, 1964. Листы 7, 8,11,12.

29. Климатические ежемесячники Текст.: справочник / Выпуск 13, Новгород. 19701984 гг.

30. Кнут, Д.Э. Искусство программирования Текст.: монография / Д.Э.Кнут. Т1. Основные алгоритмы. Третье издание. - М.: Вильяме, 2000. - 713 с.

31. Коваленко, В.В. Моделирование гидрологических процессов Текст.: монография / В.В. Коваленко, Н.В. Викторова, Е.В. Гайдукова. СПб: Изд-во РГГМУ, 2006. - 560 с.

32. Кокорев, A.B. Некоторые проблемы расчетов основных гидрологических характеристик Текст.: статья / A.B. Кокорев. Л.: Труды ВФ ГГИ, «Гидрометеоиздат», 2005, с. 12-22.

33. Кондратьев, С.А., Тройская Т.П., Вирккала Р.-С., Ефремова Л.В., Гаенко М.И., Маркова Е.Г., Аксенчук И.А. Геоинформационная система "Водные ресурсы бассейна1. М

34. Ладожского озера". // Ладожское озеро. Мониторинг, исследование современного состояния и проблемы управления Ладожского озером и другими большими озерами Текст.: статья / С.А. Кондратьев и др. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2000.-490 с.

35. Константинов, А.Р. Испарение в природе Текст.: монография / А.Р. Константинов. Издание второе. - Л.: ГМИ, 1968. — 532 с.

36. Корень, В.И. Математические модели в прогнозах речного стока Текст.: монография / В.И. Корень. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 220 с.

37. Кухлинг, X. Справочник по физике Текст.: монография / X. Кухлинг. М. : Мир, 1983 с. 157, 205.

38. Кучмент, Л.С. Ансамблевые долгосрочные прогнозы весеннего половодья с помощью физико-математических моделей формирования стока Текст.: статья / Л.С. Кучмент, А.Н. Гельфан. М: Метеорология и гидрология. 2007, № 2, с. 76-88.

39. Кучмент, Л.С. К определеншо параметров физико-математических моделей формирования речного стока при недостаточности гидрологических наблюдений. Текст.: статья / Л.С. Кучмент А.Н. Гельфан. Метеорология и гидрология. 2005, № 12, с. 77-87.

40. Кучмент, Л.С. Применение физико-математических моделей формирования речного стока для оценки степени опасности катастрофических наводнений Текст.: статья / Л.С. Кучмент, А.Н. Гельфан. Метеорология и гидрология. 1994, № 4, с. 93-100

41. Кучмент, Л.С. Модель формирования стока на водосборах зоны многолетней мерзлоты (на примере верхней Колымы) . Текст.: статья / Л.С. Кучмент, А.Н. Гельфан, В.Н. Демидов. М: Водные ресурсы, 2000, том 27, №4, с. 435-444.

42. Кучмент, Л.С. Применение адвективно-диффузионной модели для расчетов неустановившегося движения воды в речных руслах Текст.: статья / Л.С. Кучмент, В.Н. Демидов, Д.А. Брязгин. Метеорология и гидрология. № 5, 1999, с.100-107.

43. Кучмент, Л.С. Построение моделей гидрометеорологического цикла суши глобального масштаба: анализ современного состояния и перспективы Текст.: статья / Л.С. Кучмент П.Э. ОДоннел. М: Водные Ресурсы, 1993, том 20, № 2, с. 149-158.

44. Кучмент Л.С. Математическое моделирование речного стока Текст.: монография / Л.С. Кучмент. Л.: Гидрометеоиздат, 1972 - 191 с.

45. Кучмент Л.С. Динамико-стохастические модели формирования речного стока Текст.: монография / Л.С. Кучмент, А.Н. Гельфан. М.: Наука, 1993. - 104 с.

46. Кучмент Л.С., Мотовилов Ю.Г., ОсухБ. Моделирование гидрологического цикла речных водосборов. Текст.: статья / Л.С. Кучмент, Ю.Г. Мотовилов, Б. Осух. М.: НТК РАН, 1993.-285 с.

47. Ландшафтная карта СССР. Карта.: / п/общ.ред И.С.Гудилина. М.: ГУГК, 1987. -14 л.

48. Макгрегор, Дж. Тестирование объектно-ориентированного программного обеспечения Текст.: статья / Дж. Макгрегор, Д.Сайке. М.: DiaSofit, 2002. - 416 с.

49. Методические рекомендации по определению расчетных гидрологических характеристик при наличии данных гидрометеорологических наблюдений Текст.: методические рекомендации / ред. A.B. Рождественского. Н. Новгород, 2007 11-57 с.

50. Методические рекомендации по определению расчетных гидрологических характеристик при недостаточности данных гидрометеорологических наблюдений Текст.: методические рекомендации / ред. A.B. Рождественского. Спб, 2007 34-47 с.

51. Молчанов, A.A. Сосновый лес и влага Текст.: монография / A.A. Молчанов. -М., изд. АН СССР, 1953, 140 с.

52. Назаров, Г.В. Гидрологическая роль почвы Текст.: монография / Г.В. Назаров. -Л., ГМИ 1981,216 с.

53. Патрашев, А.Н. Прикладная гидромеханика Текст.: монография / А.Н. Патрашев, Л.А. Кивако, С.И. Гожий.-МО, Москва 1970.-е. 51,193,403-411,431.

54. Пивоварова, З.И. Радиационные характеристики климата СССР Текст.: монография / З.И. Пивоварова. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 355 с.

55. Попов, Е.Г. Основы гидрологических прогнозов Текст.: монография / Е.Г. Попов. Л.: Гидрометиоздат, 1968. - 296 с.

56. Почвенная карта РСФСР. М 1 : 2500000 Карта.: картографический материал /. -М.: ГУГК, 1988.-14 л.

57. Рекомендации по использованию математической модели «Гидрограф» Текст.: промежуточный отчет по теме 1.1.5.5. Труды ГГИ— СПб, 2000. 35 с.

58. Ресурсы поверхностных вод СССР, том 8 Новгородская область Текст.: монография / Под редакцией канд. геогр.наук М.С. Протасьева Л., Гидрометеоиздат, 1972г. 651 стр.

59. Роде, A.A. Почвенная влага Текст.: монография / A.A. Роде. М.: Издательство АН СССР, 1952.-456 с.

60. Роде, A.A. Основы учения о почвенной влаге Текст.: монография / A.A. Роде. -Л.; Гидрометеоиздат, 1969 г. т. 1, с.78-269.

61. Рубинштейн, Е.С. Однородность метеорологических рядов во времени и пространстве в связи с изменением климата Текст.: монография / Е.С. Рубинштейн. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 220 с.

62. Рухин, Л.Б. Некоторые особенности минералогического состава современного аллювия Текст.: статья / Л.Б. Рухин Научн. бюлл., ЛГУ, 1947 г., №19 (с. 37 - 49).

63. Салминен, Э. О. Сравнительная оценка результатов расчетов по модели «водный переход» и СП 33-101-2003 Текст.: Материалы научно-методической конференции СТЛ /Э.О.Салминен, А.Ю. Виноградов. СПб: Изд-во СПбГЛТА, 2009. - с. 175-179.

64. Салминен, Э. О. Альтернативный метод расчетов максимальных расходов для проектирования водопропускных сооружений автодорог Текст.: Материалы научно-методической конференции СТЛ /Э.О.Салминен, А.Ю. Виноградов. СПб: Изд-во СПбГЛТА, 2009. - с. 129-135.

65. Свод правил по проектированию и строительству. СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик Текст.: свод правил / ред A.B. Рождественского Госстрой России. — М., 2004. 73 с.

66. СП 11-103-97 «Инженерно-гидрометеорологические изыскания для строительства» Текст.: свод правил М: ГУП «ЦППС», 2001. - 32 с.

67. СНиП 11-02-96 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения» Текст.: свод правил М: Минстрой России, 1997. - 44 с.

68. Семенова, О.М. Анализ и моделирование процессов формирования стока в малоизученных бассейнах Текст.: автореферат / О.М. Семенова. Спб, 2008. - 13-49 с.

69. СН-435-72 Определение расчетных гидрологических характеристик Текст.: свод правил Госстрой СССР. -М.: Стройиздат, 1974

70. СНиП 2.01.14-83. Определение расчетных гидрологических характеристик Текст.: свод правил Госстрой СССР. - М.: Стройиздат, 1985. - 36 с.

71. Справочник по климату СССР Текст.: справиочник / Вып. 22-25. Ч. 1-5. Л.: Гидрометеоиздат, 1966-1968 гг.

72. Справочное руководство гидрогеолога Текст.: справочник /изд.2 под ред.

73. B.М.Максимова, Л., «Недра», 1967 г., 592 с.

74. Транспорт леса Текст.: учебник / Том 1. Салминен Э.О., Грехов Г.Ф., Тюрин H.A. Сухопутный транспорт М:, И.Ц. «Академия», 2009 с. 113-129.

75. Транспорт леса Текст.: учебник / Том 2. Овчинников М.М., Полищук В.П., Григорьев Г.В. Лесосплав и судовые перевозки. Учебник. М. Издательский центр "Академия", 2009. 208 с.

76. Федоров, С.Ф. Гидрологическая роль леса Текст.: монография / С.Ф. Федоров,

77. C.Д. Крестовский. Л.: «Гидрометиздат», 1989. - с.112-119,155.

78. Ханке, Р.Д. Моделирование баланса почвенных вод Текст.: монография / Р.Д. Ханке. М.: «Мир», 1988 с. 27-43.

79. Хафф, Д.Д. Моделирование режима эвапотранспирации в лесных массивах Текст.: монография/ Д.Д. Хафф, У.Т. Суонк. М.: «Мир», 1988 с. 161-179.

80. Швер, Ц.А. Атмосферные осадки на территории СССР Текст.: монография / Ц.А Швер. JL: Гидрометеоиздат, 1976. — 302 с.

81. Шульц, Г.Э. Общая фенология Текст.: монография / Г.Э. Шульц. Л.: Наука, 1981.-188 с.

82. Яворский, Б.М. Детлаф А.А. Справочник по физике Текст.: справочник/ Б.М. Яворский, А.А. Детлаф. М. : Наука, 1974, с. 158, 210, 271.

83. Abbott, М.В., J.C.Bathurst, J.A.Cunge, P.E.O'Conell and J.Rasmussen (1986) An introduction to the European Hydrological System, "SHE" Текст.: статья / M.B. Abbott и др. -Journal of Hydrology 87(l/2):45-77.

84. Adam, J.C., E.A. Clark, D.P. Lettenmaier, and E.F. Wood, 2006, Correction of global precipitation products for orographic effects Текст.: статья / J.C. Adam и др. J. Clim., 19(1), 15-38.

85. Armstrong, R. 2001. Historical Soviet daily snow depth version 2 (HSDSD) Текст.: статья / R. Armstrong. Boulder, CO: National Snow and Ice Data Center. CD-ROM.

86. Arora, V. K., and S. Harrison (2007), Upscaling river networks for use in climate models Текст.: статья / V. К. Arora, S. Harrison. Geophys. Res. Lett., 34, L21407, doi: 10.1029/ 2007GL031865.

87. Beven K. Towards an alternative blueprint for a physically based digitally simulated hydrologic response modelling system Текст.: статья / К. Beven. Hydrological Processes. 16, 0-0,2002.

88. Beven K. Searching for the Holy Grail of Scientific Hydrology Текст.: статья / К. Beven. Hydrological Process. 12(1998).

89. Beven, K. & Freer, J. A dynamic TOPMODEL Текст.: статья / К. Beven. -. Hydrological Process. 15, 1993-2011 (2001)

90. Beven, K. How far can we go in distributed hydrological modelling? Текст.: статья / К. Beven. Hydrology and Earth System Sciences, 5(1), 1-12 (2001).

91. Bronstert A. 1997. Modelling of Runoff Generation and Soil Moisture Dynamics for Hillslopes and Microcatchments Текст.: статья / A. Bronstert, E. Plate. -. Journal of Hydrology 198: 177-195.

92. Calver A. The Institute of hydrology distributed model. In Computer Models of Watershed Hydrology, Singh VP (ed.) Текст.: статья / A. Calver, W.L. Wood. Water Resources Publications: Highlands Park, CO; 595-626, 1995

93. GAME-Siberia and Frontier Observational Research System for Global Change (2003): Текст.: статья / edited by Rikie Suzuki and Tetsuo Ohata. Dataset for Water and Energy Cycle in Siberia (Version 1),, GAME-Siberia and FORSGC.

94. Liu Z Towards a comprehensive physically-based rainfall-runoff model Текст.: статья / Z. Liu, E. Todini.- Hydrology and Earth System Sciences, 6(5), 859-881 (2002).

95. NashJ.E., River flow forecasting through conceptual models: 1 A discussion of principles Текст.: статья / J.E. Nash, J.V. Sutcliffe // J. Hydrol. 1970. V. 10. № 3. P. 282-290.

96. Pomeroy, J.W. et al., (2007), The cold regions hydrological model: a platform for basing process representation and model structure on physical evidence in Hydrol. Process Текст.: статья / J.W. Pomeroy. 21, 2650-2667.

97. Refsgaard. J-C MIKE SHE. In Computer Models of Watershed Hydrology, Singh VP (ed.) Текст.: статья / J-C. Refsgaard, B. Storm. Water Resources Publications: Highlands Park, CO; 809-846,1995.

98. Renard K.G.(1982)Currently available models Текст.: статья / К. Renard. ASAI [58] № 5 p.507-522.

99. Toba, T. An observational study of the factors that influence interception loss in boreal and temperate forests Текст.: статья / Т. Toba, Т. Ohta. Journal of Hydrology. Volume 313, Issues 3-4, 10 November 2005, p. 208-220

100. Yang, D. (2005), Bias corrections of long-term (1973 2004) daily precipitation data over the northern regions Текст.: статья /D.Yang, и др. Gephys. Res. Lett., 32, L19501, doi:10.1029/2005GL024057