Речной сток и гидрологические расчеты (стр. 4 )

Основные характеристики стока вычистяются по следующим формулам:

1) средний многолетний расход

Qо = Мср·F / 1000 (м³/с), где

F – площадь водосбора, км²;

Мср – среднее значение модуля стока для бассейна реки, определенное по карте, л/(с· км²);

2) объем среднего многолетнего стока

W = Qо· (м³/год).

Точность расчета среднего годового стока по карте ГГИ (см. таблицу 5.26 на стр.172 учебного пособия . Практическая гидрология. Л.: Гидрометеоиздат, 1976) оценивается в зависимости от коэффициента изменчивости годового стока Сv, который при отсутствии наблюдений определяется по карте (см. учебное пособие . Практическая гидрология. Л.: Гидрометеоиздат, 1976, стр. 128).

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2.

РАСЧЕТ ВНУТРИГОДОВОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СТОКА ПРИ НАЛИЧИИ И НЕДОСТАТОЧНОСТИ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ МЕТОДОМ
КОМПАНОВКИ СЕЗОНОВ.

ЗАДАНИЕ 1: Проанализировать данные о среднемесячных расходах воды бассейна реки, выбранной в практической работе № 1, за весь период наблюдений по водохозяйственным годам.

ЗАДАНИЕ 2: Построить средний за многолетний период гидрограф стока реки за водохозяйственный год и выделить на нем лимитирующие и нелимитирующие периоды и сезоны.

ЗАДАНИЕ 3: Рассчитать распределение стока по периодам и сезонам для заданной вероятности превышения.

ТЕОРИЯ:

Водохозяйственный год – это год, начало которого совпадает с началом половодья одного календарного года, а конец – с предполоводным периодом следующего календарного года.

Согласно методу водохозяйственный год делится на два основных периода – паводочный (нелимитирующий) и меженный (лимитирующий). Лимитирующий период делится на два сезона – летне-осенний и зимний, один из которых наиболее неблагоприятный, или лимитирующий, в отношении использования стока, а другой – нелимитирующий (рис. 1).

Рис. 1. Гидрограф реки Швянтойн – г. Укмярге за 1953 – 54гг.

(. Практическая гидрология. Л.: Гидрометеоиздат, 1976.)

Расчетная обеспеченность распределения стока по периодам и сезонам зависит от видов использования водных ресурсов:

- водоснабжение - 95-97%;

- судоходство – 90%;

- крупные ГЭС – 95%;

- малые ГЭС – 75-85%;

- орошение – 75-85%.

В соответствии с границами водохозяйственного года, лимитирующего периода и сезона подсчитываются суммы месячных расходов в пределах одного года за весь период наблюдений. Вычисленные суммы располагаются в убывающем порядке в виде таблицы и для них устанавливаются эмпирические обеспеченности Р ( см. формулу в практической работе № 1). По каждому члену ряда для года и лимитирующих периода и сезона вычисляются модульные коэффициенты:

К = ΣQмес / ΣQмес. ср. г.

Таблица. Суммы месячных расходов Σ Q и модульные коэффициенты К за год

и лимитирующие период и сезон.

№	Р,%	год	Годовой сток	Лим. период	Лим. сезон
ΣQмес. ран.	Кг	ΣQмес. ран	Кл. п.	ΣQмес. ран	Кл. с.

По данным таблицы на полулогарифмической клетчатке вероятности строят кривые обеспеченности в модульных коэффициентах Кг = f(Р), Кл. п. = f(Р) и Кл. с. = f(Р), по которым определяют Кг, Кл. п. и Кл. с. при заданной вероятности превышения.

Полученные модульные коэффициенты умножаются на соответственные средние многолетние суммы месячных расходов и определяются абсолютные значения стока заданной вероятности превышения:

1) за год

ΣQмес. г.Р% = КгР% · ΣQмес. ср. г.;

2) за лимитирующий период

ΣQмес. л.п. Р% = Кл. п.Р% · ΣQмес. ср. л.п.;

3) за лимитирующий сезон

ΣQмес. л.с. Р% = Кл. с.Р% · ΣQмес. ср. л.с.

Сток нелимитирующего периода определяется по разности стока за год и стока за лимитирующий период:

ΣQмес. нл. п.Р% = ΣQмес. г.Р% - ΣQмес. л.п. Р%.

Сток нелимитирующего сезона определяется по разности стока лимитирующего и лимитирующего сезона:

ΣQмес. нл. с.Р% = ΣQмес. л.п..Р% - ΣQмес. л.с. Р%.

По полученным значениям стока заданной вероятности превышения определяются доли стока за все периоды и сезоны в % от годового.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3.

РАСЧЕТЫ МАКСИМАЛЬНОГО ВЕСЕННЕГО СТОКА ЗАДАННОЙ

ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ПРИ ОТСУТСТВИИ ДАННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ.

ЗАДАНИЕ: Рассчитать максимальный расход воды весеннего половодья 1-% обеспеченности для неизученной реки унифицированным методом, рекомендованным нормативными документами, и по региональной методике, разработанной и .

ТЕОРИЯ:

УНИФИЦИРОВАННЫЙ МЕТОД

Формула расчета максимального расхода воды заданной вероятности превышения Р% для неизученных равнинных рек имеет следующий вид:

QР = hРKоμδозδбδлδаF / (F+ f)ª, где

hР – слой стока расчетной обеспеченности (мм), устанавливается при

помощи трех параметров: hо – среднего многолетнего слоя стока

половодья и его коэффициентов Сv и Сѕ, устанавливаемых по

картам для центра бассейна (см. Ресурсы поверхностных вод

СССР. Т. 15, вып.3. Нижний Иртыш и Нижняя Обь, 1972, рис. 62, 63,

66 или нормативные издания). Для засушливых районов к значени-

ям hо, снятым с карты, вводятся поправочные коэффициенты (см. таблицу 7.12 учебного пособия . Практическая гидрология. Л.: Гидрометеоиздат, 1976, стр. 220). К коэффициенту

вариации малых рек вводятся поправки (см. таблицу 7.13 учебного пособия . Практическая гидрология. Л.: Гидрометеоиздат, 1976, стр. 221). Коэффициент асимметрии слоя стока половодья Сs устанавливается по соотношению с коэффициентом вариации: 2Сv, когда в формировании половодья

главную роль играют талые воды и 3Сv, когда в формировании мак-

симального стока половодья значительное участие принимают дожди.

Ко – коэффициент дружности весеннего половодья меняется по терри -

тории в зависимости от природной зоны и типа рельефа бассейна

(см. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 15, вып.3. Нижний

Иртыш и Нижняя Обь, 1972, рис. 69 или см. таблицу 7.10 учебного

пособия . Практическая гидрология. Л.: Гидрометео-

издат, 1976, стр. 219).

μ– коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров

слоя стока и максимального расхода воды половодья, меняется по

природным зонам (см. таблицу 7.11 учебного пособия .

Практическая гидрология. Л.: Гидрометеоиздат, 1976, стр. 220).

δоз-коэффициент, учитывающий влияние озер, вычисляется по формуле

δоз = 1 – lg (1 + сf'оз) , где

с – коэффициент, зависящий от среднемноголетнего слоя половодья

и изменяющийся от 0,2 при слое более 100мм до 0,4 при слое 20

мм и менее;

f'оз- средневзвешенная озерность водосбора в % ( из ОГХ).

Если озера расположены на водосборе вне главного русла реки и ос –

новных притоков, то независимо от степени озерности δоз = 0,8.

δб- коэффициент, учитывающий влияние болот, вычисляется по

формуле

δб = 1- βlg(0,1fб + 1), где

β- коэффициент, учитывающий тип болот и преоблада-

ющий механический состав почвогрунтов вокруг болот и

заболоченных земель; изменяется от 0,3 для верховых болот с

глинистыми грунтами до 0,8 для низинных болот с супесчаными

грунтами;

fб - относительная площадь болот и заболоченных земель, в %

(из ОГХ).

При заболоченности водосбора менее 3% их влияние не существенно

и может не учитываться.

δл – коэффициент, учитывающий влияние леса, определяется по форму-

ле

δл = α / (fл+1)ª, где

fл - относительная площадь леса, в % (из ОГХ);

α- параметр, учитывающий расположение леса на водосборе, и в

зависимости от fл изменяется от 0,75 до 1,3 в лесной зоне и от 1

до 1,4 в лесостепной, а при fл более 30% равен 1;

а-коэффициент редукции, равный в лесной зоне 0,22;в лесостепной

от 0,1 для суглинистых грунтов до 0,2 для супесчаных.

Если лесистость водосбора менее 3%, то она не учитывается.

δа – коэффициент, учитывающий влияние распашки при водосборе реки

менее 200км²: в лесной и лесостепной зоне равен 0,9 при распахан-

ности водосбора более 70% и 1 при распашке менее 50%,в степной

зоне 0,8 при распашке более 70% и 1 при распашке менее 50%.

F – водосборная площадь(км²) определяется по топографической карте;

f – эмпирический параметр, учитывающий снижение редукции модуля

максимального стока с уменьшением площади водосбора,

изменяется от 1км² в тундровой и лесной зонах, 2км² в лесостепной,

до 10км² в степной и полупустынной зонах.

а – показатель степени редукции меняется по природным зонам: от 0,17

в тундровой и лесной, 0,25 в лесостепной до 0,35 в степной и полу –

пустынной.

РЕГИОНАЛЬНАЯ МЕТОДИКА

Для неизученных рек территории Тюменской области разработана методика оценки максимального стока заданной обеспеченности по карте среднего многолетнего модуля максимального весеннего стока и его коэффициента вариации. По картам, представленным на рисунках 2 и 3, относительно центра водосбора неизученной реки методом линейной интерполяции или средневзвешенного определяется средний многолетний модуль максимального весеннего стока (Мmax, л/с·км²) и коэффициент вариации Сv. От среднего значения модуля максимального весеннего стока переходят к среднему значению максимального расхода весеннего половодья по формуле

Qmax = МmaxF / 10³.

Через коэффициент вариации, определенный по рисунку 3, переходят

к максимальным расходам заданной обеспеченности согласно методике, описанной в практической работе №1. Коэффициент асимметрии Сs в первом приближении для всей территории области рекомендуется принимать по соотношению Сs = 2Сv.

Рис. 2 Средние многолетние модули максимального весеннего стока рек Тюменской области, л/(с·км²)

Рис. 3 Коэффициенты вариации максимального весеннего стока рек Тюменской области.

5. СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ.

В

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ РЕК – средние запасы воды, находящиеся в речной сети в рассматриваемый период времени (год, сезон и т. д.). Оцениваются обычно по годовому стоку рек рассматриваемого района или региона.

ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ГОД - расчетный годичный период, начинающийся с самого многоводного сезона.

ВРЕМЯ ДОБЕГАНИЯ - время, в течение которого водная масса проходит некоторое расстояние от места своего выпадения по поверхности бассейна или через подземные горизонты до русла реки.

Г

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАСЧЛЕНЕНИЕ ГИДРОГРАФА – такой анализ гидрографа, когда выделяются объемы воды, сформированные снеговыми, дождевыми, подземными и ледниковыми водами.

ГЕОГРАФО-ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА – метод, сформулированный в 1931-33гг. , который «устанавливает причинную связь всех вод данного района, за исключением чужих, пришлых, с географическим ландшафтом в целом, включая сюда, кроме климата, геологию и геоморфологию, почвы и растительность».

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ – один из основных разделов инженерной гидрологии, в задачи которого входит разработка методов, позволяющих рассчитать значения различных характеристик гидрологического режима при разном объеме исходной информации и даже в ситуации ее отсутствия.