3.2. Инженерная оценка степени гидрометеорологической изученности районов строительства и основных подходов к методам определения расчетных гидрологических характеристик

Необходимость инженерной оценки степени гидрометеорологической изученности районов строительства обусловлена нормативными требованиями СНиП 11-02-96 [142] и СП 11-103-97 [170]. Эти требования относятся и к объектам дорожно-мостового строительства. Они должны быть соотнесены, и соблюдаться при проектировании временных и вспомогательных сооружений как неотъемлемой части процесса строительства дорожно-мостовых сооружений.

Анализ требований и основных положений нормативных документов [142, 170], а также многолетнего опыта проектирования временных и вспомогательных сооружений позволил установить, что основными целями и задачами инженерной оценки степени гидрометеорологической изученности являются:

анализ размещения пунктов опорной государственной гидрометеорологической сети и временных ведомственных пунктов наблюдений;

установление полноты и достоверности результатов этих наблюдений;

выявление наличия и разновидностей опасных гидрометеорологических процессов применительно к требованиям СНиП 22-01-95 [164], СНиП 2.06.15-85 [159] и СНиП 2.01.15-90 [148];

определение необходимости организации дополнительных стационарных наблюдений за гидрологическим режимом водных объектов, состава и методов проведения инженерно-гидрометеорологических и экологических изысканий, а также принципиальных подходов к выбору и обоснованию методов определения расчетных гидрометеорологических характеристик.

Эти основные цели и задачи инженерной оценки степени гидрологической изученности районов строительства развивают основные положения строительных норм [142, 170], предопределяют исследования по соотнесению этих районов и мест расположения новых (реконструируемых) объектов к нормативным критериям степени этой изученности, а также по разработке соответствующих рекомендаций и формулированию исходных положений расчетно-технологического комплекса по технической регламентации учета гидрологических воздействий на временные и вспомогательные сооружения.

Инженерная оценка степени гидрологической изученности является первым этапом инженерно-гидрологических обоснований при любой стадии проектных работ, включая разработку тендерной документации. Она должна основываться на сборе, обобщении и анализе исходных данных и материалах по гидрометеорологии, геологии, гидрографии, картографии и экологии, а также на изыскательских, научно-проектных работах и обобщениях прошлых лет по различным гидрометеорологическим факторам и характеристикам.

Опыт показывает, что для изучения гидрологических процессов немаловажное значение имеют данные метеорологических наблюдений. Метеорологические факторы и характеристики позволяют более полно раскрыть условия формирования и проявления многофакторных процессов и явлений, таких как паводочные, волновые, селевые, ледово-термические и др.

При работах этой направленности необходимо уделять особое внимание сбору, анализу и обобщению сведений об экстремальных значениях гидрометеорологических характеристик и об особо неблагоприятных гидрометеорологических условиях (сезонах) возможного (существующего) функционирования дорожно-мостовых сооружений во внутригодовом и многолетнем периодах.

Зона изучения расчетных гидрометеорологических условий и характеристик должна охватывать территорию размещения всех возможных вариантов дорожно-мостовых объектов (сооружений), а при работах по защите дорожных сетей от наводнений и в ряде других случаев эта зона должна быть расширена.

Расширение этой зоны может быть обусловлено:

• необходимостью привлечения к исследованиям более надежных или дополнительных опорных гидрометеорологических пунктов (водомерных постов, метеостанций), существующих ГЭС, дорог, мостов и других сооружений, расположенных в удалении от объекта проектирования;

• особо сложными условиями развития русловых процессов в зоне блуждания русл и на конусах выноса, а также при наличии пониженных и неясно выраженных водораздельных пространств, через которые могут происходить переливы: выплески части паводочного стока из одних бассейнов (русл рек) в другие, смежные с ними.

При инженерной оценке территориальной степени гидрологической изученности и основных подходов к обоснованию методов определения расчетных гидрологических характеристик особое значение имеет исходная гидрометеорологическая информация, накапливаемая на опорной гидрометеорологической сети России и зарубежных стран.

По состоянию на 01.01.80 г. эта сеть в СССР насчитывала 7083 поста, из которых на 5478 постах производилось измерение характеристик речного стока. В США в 1980 г. численность гидрологических постов, измеряющих сток воды, составляла порядка 8000 постов, а в Канаде - 2000.

В соответствии с планом развития гидрологической сети, составленным Государственным гидрологическим институтом (ГГИ) с участием всех управлений Гидрометслужбы, к 1990 г. должно было функционировать 8089 пунктов наблюдений, в том числе на 7385 постах планировалось измерять сток воды [53].

Однако за последнее десятилетие роста численности гидрологических постов в России не произошло. Гидрологическая изученность территории в целом к 1990 г. осталась на уровне 1980-х годов при сохранении весьма малой плотности расположения постов, характеризуемой приведенными ниже данными, которые позволяют судить о степени гидрометеорологической изученности по территории ряда стран [31, 66, 68].

Страна, территория	Плотность постов, тыс. км2/пост
СССР	4,0
Европейская часть СССР	1,8
Азиатская часть СССР	8,5
Армения	0,28
Якутия	20-30
Афганистан	4,19
Канада	7,1
Бразилия	6,8
Аргентина	3,97
Австралия	3,6
США (в зависимости от района)	0,97 (0,08-11,9)
Франция	0,73
Великобритания	0,48
Германия	0,14

Территория России характеризуется неравномерной плотностью расположения гидрометеорологических постов, изменяющейся по отдельным регионам от 1,8 до 30 тыс. км²/пост.

Расположение этих постов приурочивалось в основном к населенным пунктам. Начиная с 1989-1990 гг. наметилась тенденция сокращения числа пунктов наблюдений, а также весьма значительной задержки издания официальной справочно-обзорной, результирующей и расчетной гидрометеорологической информации.

Работами Д.Л. Соколовского, Е.В. Болдакова, Б.Ф. Перевозникова и ряда других авторов неоднократно отмечалось низкое качество и репрезентативность гидрометрических измерений на опорной государственной сети. Это обусловлено рядом причин.

И, прежде всего, относительно короткими периодами наблюдений, перерывами в отдельные периоды (включая паводочные и ночные), переносами постов и их повреждениями, отсутствием измерений на поймах, несовершенством гидрометрических средств измерений и оборудования постов и рядом других причин, достаточно подробно освещенных в работах прежних лет и поэтому здесь не рассматриваемых.

Выполненный анализ позволяет отметить, что недостаточная плотность расположения гидрометеорологических постов, их расположение преимущественно у населенных пунктов,

весьма низкое качество и недостаточная достоверность результирующей информации по этим пунктам наблюдений, специфика расположения внегородских дорожно-мостовых объектов, а также повышенные требования строительных норм [151, 152, 154, 155, 165] к определению расчетных гидрологических характеристик и надежному функционированию

возводимых (реконструируемых) объектов обуславливают особую актуальность и необходимость проведения инженерно-гидрометеорологических изысканий на каждом объекте строительства.

Анализ многолетнего опыта проектирования ведущих проектных организаций страны (Гипротрансмоста, Союздорпроекта, Мосгипротранса и др.) позволяет установить, что только при качественном и целенаправленном проведении таких изысканий могут быть получены наиболее достоверные исходные данные для гидрологических расчетов и обоснований проектов основных, временных и вспомогательных дорожно-мостовых сооружений.

Это положение предопределило одно из направлений исследования по разработке наиболее оптимального состава и методологии проведения инженерно-гидрометеорологических изысканий для целей разработки проектов этих сооружений.

Результаты этого исследования отражены в подгл. 3.4.

Предпроектное состояние гидрометеорологической изученности районов строительства в соответствии с рекомендациями СНиП 11-02-96 [142] и СП 11-103-97 [170] принято оценивать применительно к одной из следующих степеней этой изученности:

1 - изученная;

2 - недостаточно изученная;

3 - неизученная.

Этими нормами были регламентированы также условия, характеризующие каждую из этих трех степеней изученности.

Анализируя эти рекомендации нельзя не заметить, что они не в полной мере отражают многолетний опыт инженерно-гидрометеорологических изысканий, специфику объектов проектирования и условий дорожно-мостового строительства.

Так, в отличие от рекомендаций этих норм, каждая из трех степеней гидрометеорологической изученности должна рассматриваться индивидуально применительно к локально-площадному, линейно-протяженному или территориально-площадному расположению дорожно-мостовых объектов.

В строительном нормировании игнорируется использование в аналоговых целях опыта эксплуатации построенных в прежнее время дорожно-мостовых объектов, хотя этот опыт представляет несомненный практический интерес для изучения и расширения гидрометеорологической информации до репрезентативно-значимой.

Анализ положений и требований норм [142, 170], опыта, особенностей и требований дорожно-мостового строительства позволил разработать уточненную регламентацию критериальных условий соотнесения территорий расположения дорожно-мостовых объектов к каждой из трех нормативно-обусловленных степеней гидрометеорологической изученности (табл. 1).

Для отнесения объектов локально-площадного расположения к первой нормативной степени изученности (см. табл. 1) может быть достаточно наличие одного близлежащего репрезентативного пункта гидрометеорологических наблюдений или одного близкорасположенного объекта этого типа расположения.

Для соотнесения этих объектов ко второй и третьей нормативным степеням изученности, а также соотнесения двух других разновидностей расположения дорожно-мостовых объектов к первой-третьей степеням изученности необходимо привлекать как можно большее количество репрезентативных пунктов гидрометеорологических наблюдений (включая временные и краткосрочные), а также аналоговых объектов и других результирующих материалов прошлых лет.

Таблица 1

Степень изученности территории	Критериальные условия, определяющие степень изученности территории
1 - изученная	Наличие достаточного количества репрезентативных постов (метеостанций), отвечающих следующим условиям: расстояние до площадки строительства и гидрометеорологические условия позволяют осуществлять перенос в ее пределы значений по каждой из требуемых расчетных характеристик; наблюдения ведутся за всеми гидрометеорологическими характеристиками, необходимыми для проектирования объекта; качество наблюдений отвечает требованиям к достоверности данных, используемых для расчетов; ряд максимальных расходов (уровней) воды по продолжительности может быть признан достаточным для определения расчетных гидрологических характеристик; ряды наблюдений других гидрометеорологических характеристик являются достаточно продолжительными и репрезентативными для установления надежной связи с опорным пунктом Наличие достаточных по протяженности, расположению, количеству и периоду функционирования построенных ранее дорожно-мостовых объектов (сооружений), способных обладать аналоговыми (представительскими) качествами по достоверной информации.
2 - недостаточно изученная	Имеющиеся посты (метеостанции) не отвечают хотя бы одному из условий, характеризующих территорию как изученную Имеющиеся объекты (сооружения) не обладают в полной мере представительскими качествами и достоверной информацией
3 - неизученная	Отсутствие репрезентативных постов (метеостанций), а также в случаях: при отсутствии наблюдений за требуемой гидрометеорологической характеристикой; при гидрометеорологическом режиме, в формировании которого локальные факторы и условия их проявления преобладают над зональными (бассейны малых рек, горные районы и др.); при гидрометеорологических процессах и явлениях, формирование которых определяется только локальными факторами и условиями (русловые процессы, переработка берегов водоемов, лавины, заторы и др.); при необходимости проведения специальных исследований Отсутствие или недостаточное количество представительских объектов (сооружений), а также в случаях, когда они не обладают аналоговыми качествами по количеству, протяженности, расположению, периоду функционирования и достоверности информации

Это диктуется необходимостью более полного и надежного изучения условий формирования гидрометеорологического режима водных объектов и учета пространственно-временной изменчивости расчетных гидрологических характеристик.

Для особо крупных объектов либо объектов, находящихся в сложных природных условиях, требующих дополнительной информации для уточнения степени изученности, нормами допускается [170] проведение рекогносцировочного обследования в подготовительный период проектных работ. К таким объектам следует относить объекты линейно-протяженного и территориально-площадного расположения в районах с недостаточной и неизученной степенями гидрометеорологической изученности.

Репрезентативными данными наблюдений могут обладать посты (метеостанции) как близлежащие к объекту проектирования, так и отдаленные от него. Близлежащие репрезентативные посты (метеостанции) обладают наиболее полной информацией для прямого и непосредственного ее использования на объектах любого расположения. При их наличии расчетные гидрологические характеристики должны определяться путем их переноса в расчетные створы.

Отдаленные репрезентативные посты (метеостанции) способны обладать аналоговой информацией для объектов локально-площадного и линейно-протяженного расположения.

При их наличии расчетные гидрологические характеристики должны определяться на основе методов гидрологической аналогии, расчетных зависимостей изменения расчетных величин расходов воды по длине реки (или площади водосбора), а также с применением других методов, предусматриваемых СП 33-101-2003 [147], Пособием (ПМП-91) к СНиП 2.05.03-84* [112] и рассматриваемых в последующих главах монографии.

Рассмотрение оптимальной густоты гидрометеорологической сети применительно к рекомендациям ГГИ и Всемирной метеорологической организации, соотнесения конкретных объектов проектирования к трем разновидностям их расположения и ряда других, рассматриваемых в данной подглаве монографии вопросов, более подробно отражено автором в работе [105].