УТОЧНЕНИЕ ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КЫРГЫЗСТАН ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
УТОЧНЕНИЕ ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КЫРГЫЗСТАН ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
Аннотация
В статье рассмотрены вопросы учета климатических условий эксплуатации автомобильных дорог при проектировании конструкций дорожных одежд на примере Кыргызской Республики.
Главными признаками при определении нормативных границ дорожно-климатических зон Кыргызстана были приняты высота над уровнем моря и среднегодовая сумма осадков. Горный рельеф местности с выраженным перепадом высотных отметок местности и сокращение наблюдательной сети метеостанций ограничивают возможность правильного районирования территории.
Установлено, что с изменениями высотных отметок Кыргызская Республика характеризуется значительными изменениями показателей температуры и влажности. На основе анализа многолетних климатических данных выполнено деление территории Кыргызской Республики на климатические районы. Районирование основано на нескольких климатических параметрах: гидротермическом коэффициенте и показателе Эмбергера.
1. Введение
Для территории Кыргызстана характерна выраженная вертикальная зональность. Территория Кыргызской Республики расположена в пределах двух горных систем. Северо-восточная ее часть, большая по площади, лежит в пределах Тянь-Шаня, юго-западная – в пределах Памиро-Алая. Климат Кыргызстана является континентальным с относительно небольшим количеством осадков. В году в среднем 247 солнечных дней. В низинах температура меняется от -4°…-6°С в январе до 16°...24°С в июле. В высокогорьях от -14°…-20°С в январе до 8°...12°C в июле. Для зимы характерны сильные снегопады. По схеме климатического районирования Кыргызстана на её территории выделяют 4 климатические области
.В действующем нормативе на проектирование автомобильных дорог СНиП КР 32-01:2004
территория Кыргызстана делится на 4 дорожно-климатические зоны (II, III, IV, V) по таким признакам геокомплекса, как абсолютные высотные отметки зоны над уровнем моря и годовое количество осадков. Этого для проектирования дорожных одежд явно недостаточно.2. основная часть
В нормативах на проектирование дорожных одежд: ОДН 218.046-01
и др. территория Кыргызской Республики отнесена исключительно к V-ой дорожно-климатической зоне. Констатируется рассогласование между нормативными документами. При проектировании дорожных одежд проигнорирован разнообразный климат Кыргызской Республики, что обуславливает неточность в назначении расчётных параметров при проектировании дорожных одежд.Дорожно-климатические зоны Республики Кыргызстан, согласно действующему нормативному документу на проектирование автомобильных дорог, показаны на рисунке 1.
Рисунок 1 - Дорожно-климатическое районирование Кыргызской Республики (согласно СНиП КР 32-01:2004)
Обзор ранее проведённых исследований районирования различных территорий свидетельствует об актуальности и перспективах сужения границ районирования для повышения надёжности проектирования инженерных сооружений и конструкций
, .Существует несколько известных в научной литературе подходов районирования территорий, построенных на учёте тех или иных климатических параметров
, , , .В данной работе анализ климатических условий Кыргызской Республики проведен на основе метеорологических данных наблюдательной сети Кыргызгидромета
, .В среднем для всей территории Кыргызстана средняя годовая температура в ХХ веке в пересчёте на 100 лет возросла на 1,6°С, что значительно выше глобального потепления на 0,6°С
. При этом как по отдельным климатическим областям, так и станциям внутри областей, то есть высотным зонам, повышение температуры неодинаково.В рамках программы по поддержанию и развитию сети автомобильных дорог Российской Федерации на кафедре «Строительство и эксплуатация дорог» ФГБОУ ВО МАДИ ведётся разработка альбомов типовых конструкций дорожных одежд для различных условий эксплуатации автомобильных дорог. На начальном этапе выполняется анализ особенностей природно-климатических условий рассматриваемой территории для более точного учёта важных условий эксплуатации дорожных одежд при их проектировании.
Например, была проведена оценка климатических факторов для Республики Удмуртии . Оценка условий увлажнения территории выполнена с помощью гидротермического коэффициента (ГТК), предложенного в работах Селянинова Г. Т. Гидротермический коэффициент определяется по следующей формуле:
где Σr – сумма осадков за вегетационный период (мм);
Σt – сумма активных температур за тот же период (°С).
Классификация зон увлажнения по ГТК приведена в таблице 1.
Таблица 1 - Классификация зон увлажнения по ГТК Селянинова Г. Т.
Показатель ГТК Селянинова Г. Т. | Характеристика района |
<0,4 | Сухой |
0,4…0,7 | Очень засушливый |
0,7…1,0 | Засушливый |
1,0…1,3 | Слабо засушливый |
1,3…1,6 | Влажный |
В последующем, на основе показателя Селянинова Г. Т. было выполнено уточнённое дорожно-климатическое районирование Республики Удмуртия.
Ввиду выраженной вертикальной зональности территории Кыргызстана для мест с малой или нулевой плотностью размещения метеостанций было принято решение провести линейно-регрессионный анализ зависимости ГТК Селянинова Г. Т. от высоты над уровнем моря (рис. 2). Значение коэффициента корреляции составило r = 0,53, что по шкале Чеддока интерпретируется как заметная степень статистической взаимосвязи. Уравнение регрессии имеет следующий вид:
где y – ГТК Селянинова Г. Т.;
x – высота над уровнем моря, м.
Чтобы определить характеристики районов с малой или нулевой плотностью размещения метеостанций, было использовано вышеуказанное уравнение регрессии. Для каждой характеристики района с известными значениями ГТК Селянинова Г. Т. рассчитаны диапазоны высотных отметок. В результате получено следующее: для территорий, расположенных на высоте более 2 600 м, территория района характеризуется как влажная, 1 900…2 600 м – слабо засушливая, 1 100…1 900 м – засушливая, 400…1 100 м – очень засушливая, менее 400 м – сухая.
Рисунок 2 - Линейный парный регрессионный анализ зависимости ГТК Селянинова Г. Т. от высоты над уровнем моря
Рисунок 3 - Районирование территории Кыргызской республики по ГТК Селянинова Г. Т.
Таблица 2 - Классификация зон увлажнения по показателю Эмбергера
Показатель Эмбергера | Характеристика района |
Более 90 | Влажный |
50…90 | Полувлажный |
30…50 | Полусухой |
Менее 30 | Сухой |
Показатель Эмбергера определяется по следующей формуле
:где P – среднегодовое количество осадков, мм;
M – средняя максимальная температура самого тёплого месяца, °C;
m – средняя минимальная температура самого холодного месяца, °C.
Таким образом, предложенный метод основан на учёте двух главных параметров, определяющих водно-тепловой режим дорожных одежд, которыми являются температура воздуха и количество осадков.
Так же, как и в случае определения зависимости ГТК Селянинова Г. Т. от высоты над уровнем моря, было принято решение провести линейно-регрессионный анализ зависимости показателя Эмбергера от высоты над уровнем моря (рис. 4). Значение коэффициента корреляции составило r = 0,58, что по шкале Чеддока интерпретируется как заметная степень статистической взаимосвязи. Уравнение регрессии имеет следующий вид:
где y – показатель Эмбергера;
x – высота над уровнем моря, м.
Характеристики районов с малой или нулевой плотностью размещения метеостанций были определены с помощью вышеуказанного уравнения регрессии. Для каждой характеристики района с известными показателями Эмбергера рассчитаны диапазоны высотных отметок. В результате получено следующее: для территорий, расположенных на высоте более 2 400 м, назначена влажная характеристика района, 1 300…2 400 м – полувлажная, 700…1 300 м – полусухая, менее 700 м – сухая.
Рисунок 4 - Линейный парный регрессионный анализ зависимости коэффициента Эмбергера от высоты над уровнем моря
Увлажнённость местности является общепринятым критерием выделения однородных территорий при дорожно-климатическом районировании. Увлажнённость местности можно выразить как через показатель Эмбергера, так и ГТК Селянинова Г. Т.
Чтобы определить возможность назначения расчетных характеристик по дорожно-климатическим зонам с известными показателями, предлагается сопоставить значения климатических параметров и параметров ГТК Селянинова Г. Т. для районов Кыргызской Республики и Российской Федерации.
Рисунок 5 - Районирование территории Кыргызской Республики по коэффициенту Эмбергера
3. Заключение
Существующие методы климатического районирования территорий показывают схожие результаты в определении природно-климатических условий районов Кыргызстана. Некоторые различия в результатах объясняется разным количеством характеристик районов в методиках районирования территорий. Так по ГТК Селянинова Г. Т. зоны делятся на 5 типов, а по показателю Эмбергера – на 4. Тем не менее близость полученных результатов свидетельствуют о корректности используемых подходов. Увлажненность территорий является одним из основных критериев дорожно-климатического районирования. Уточнение дорожно-климатического районирования Кыргызской Республики будет способствовать повышению достоверности и надёжности при проектировании дорожных одежд.