Гидравлика, гидрология и метеорология (стр. 26 )

Рис. 9.5. Теоретическая кривая обеспеченности

Для расчета колебаний годового стока при 5–10-летнем периоде наблюдений прибегают к удлинению имеющегося ряда путем построения графика связи годового стока рассматриваемой реки и реки-аналога (см. подраздел 9.3).

Расчет колебаний годового стока при отсутствии наблюдений. Для определения коэффициента вариации годового стока неизученных рек предложен ряд эмпирических зависимостей. Широкое применение в практических расчетах получила формула :

Cv = а – 0,063 lg (F + 1),                        (9.29)

где а – географический параметр. Параметр а для европейской части СНГ можно определить по специальной карте [17]. Он изменяется от 0,45–0,50 на севере до 0,75–0,90 на юге. При этом на территории Беларуси он изменяется в сравнительно узких пределах: от 0,55 на севере до 0,62 на юге;

F – площадь водосбора реки, км2.

Коэффициент вариации среднемноголетнего годового стока в условиях Беларуси можно определить по карте изолиний, представленной на рис. 9.6 [13].

Рис.10.6. Коэффициенты вариации среднемноголетнего годового стока

(сплошные линии) и географический параметр А0 5%-ной обеспеченности

(штриховые линии) для территории Беларуси

предложены формулы для определения коэффициента вариации годового стока рек различной водности:

для бассейнов средней водности с площадями водосбора F>1000 км2 и нормой стока М0=1,5ч15 л/(с·км2)

Cv = 0,78 – 0,29 lg М0 – 0,06 lg F;                (9.30)

для малых рек с площадями водосбора F<1000 км2

Cv = 0,73 – 0,29 lg М0 – 0,03 lg F;                (9.31)

для бассейнов со значительной озерностью

Cv = 0,78 – 0,29 lg М0 – 0,08 lg f0,                (9.32)

где f0 – озерность бассейна.

,                        (9.33)

где F0 – площадь озер в бассейне, км2.

После определения коэффициента вариации дальнейший расчет колебаний годового стока неизученных рек ведется в последовательности, рассмотренной ранее.

По изложенному методу можно рассчитывать колебания не только среднегодовых расходов, но и других характеристик стока как годовых, так и за отдельные периоды года, например за навигацию, период весеннего половодья и др.

Пример. Для расчетного створа в устье р. Проня (притока р. Сож) с площадью водосбора F = 4910 км2 требуется определить среднегодовые расходы 10, 50 и 90%-ной обеспеченности.

Р е ш е н и е. 1. По карте изолиний (см. рис. 9.1) устанавливаем, что р. Проня имеет среднемноголетний модуль стока М0 = 5,75 л/(с·км2).

2. Определяем среднемноголетний расход по формуле

м3/с.

3. Коэффициент вариации, вычисленный по формуле (9.29), при а = 0,58 равен 0,347, по формуле (9.30) – 0,34,найденный по карте изолиний (см. рис. 9.6) – 0,32. Принимаем для дальнейшего расчета среднее значение Cv = 0,336.

Cv = а – 0,063 lg (F + 1) = 0,55 – 0063 lg (4910 + 1) = 0,32.

4. Находим коэффициент асимметрии по соотношению (9.25):

Cs = 2 Cv = 2 · 0,336 = 0,672.

5. Определяем модульные коэффициенты для лет расчетной обеспеченности по формуле (9.27). Значения отклонений ординат кривой обеспеченности Ф от середины при Cv = 1 устанавливаем по табл. 9.4 для найденного значения  Cs = 0,672:

К10% = 1 + 1,33·0,336 = 1,45;

К50% = 1 + (–0,11)·0,336 = 0,96;

К90% = 1 + (–1,18)·0,336 = 0,60.

6. Определяем среднегодовые расходы расчетной обеспеченности по формуле (9.28):

Q10% = К10% Q0 = 1,45·28,23 = 40,93 м3/с;

Q50% = К50% Q0 = 0,96·28,23 = 27,10 м3/с;

Q90% = К90% Q0 = 0,60·28,23 = 16,94 м3/с.

По статистическим данным в устье р. Проня Q0 = 29,5 м3/с; погрешность расчета составляет  4,5%.

9.5. Внутригодовое распределение стока

Для решения многих водохозяйственных задач мало знать величину годового стока для лет различной водности, а нужно еще уметь установить распределение стока по сезонам и месяцам года.

Внутригодовое распределение стока выражают в процентах или долях от объема годового стока, а также в виде месячных модульных коэффициентов, представляющих отношения среднемесячных расходов к среднегодовому:

К = Qср. мес / Qср. год.                (9.34)

Последний способ применяется на практике чаще.

В практических расчетах приходится выявлять внутригодовое распределение стока для года средней водности, а также для маловодных и многоводных лет расчетной обеспеченности.

При наличии данных наблюдений за многолетний период внутригодовое распределение стока устанавливают по фактическим значениям среднемесячных расходов в реальные годы с обеспеченностями стока, близкими к расчетным.

Внутригодовое распределение стока неизученных рек определяют по методу гидрологических аналогий. Основные положения, которыми нужно руководствоваться при выборе реки-аналога, изложены в п. 9.3. Здесь же дополнительно укажем, что для правильного выбора реки-аналога желательно иметь наблюдения за уровнями рассматриваемой реки хотя бы за 1–2 года. Сопоставление графиков колебания уровней обеих рек за эти годы позволит выявить степень согласованности внутригодового распределения стока рассматриваемой реки и реки-аналога.

Расчет внутригодового распределения стока неизученных рек по методу аналогий ведется в приведенной ниже последовательности:

по данным многолетних наблюдений на реке-аналоге определяют для нее среднегодовые расходы для лет расчетной водности;

выбирают по реке-аналогу реальные годы для установления внутригодового распределения стока;

подсчитывают для выбранных реальных лет месячные модульные коэффициенты;

пользуясь картой изолиний нормы стока или данными по реке-аналогу, устанавливают для рассматриваемой реки среднемноголетний расход;

определяют для нее значения среднегодовых расходов для лет расчетной водности;

подсчитывают среднемесячные расходы рассматриваемой реки для лет расчетной водности, принимая для нее такие же значения месячных модульных коэффициентов, как и для реки-аналога.

9.6. Максимальные расходы воды

Максимальные расходы воды необходимо знать для расчета различных гидротехнических сооружений: мостов, плотин и др. Ошибка в определении максимального расхода может привести либо к разрушению, либо к излишнему удорожанию стоимости сооружения.

На большинстве рек СНГ максимальные расходы наблюдаются в период весеннего половодья. На реках степной и лесостепной зон расходы от дождей и ливней могут превышать снеговые.

Величина максимального расхода весеннего половодья зависит от запасов снега в бассейне, интенсивности снеготаяния, наличия озер и болот в бассейне, его лесистости, почвенно-геологических условий и др. Величина максимального расхода дождевого паводка определяется прежде всего интенсивностью и площадью распространения дождя (ливня).

Размеры сооружений рассчитывают на максимальные расходы определенной обеспеченности. Чем большее производственное значение имеет сооружение и чем опаснее последствия его разрушения, тем допускается меньшая вероятность превышения расчетного расхода.

Процент обеспеченности максимальных расходов устанавливают в соответствии с требованиями действующих технических условий по проектированию сооружений. Все постоянные сооружения разбиты по капитальности на четыре класса. Наиболее ответственные сооружения относятся к первому классу капитальности:

Класс капитальности сооружений	I	II	III	IV
Расчетная вероятность превышения р, %	0,01	0,1	0,5	1,0

При проектировании постоянных сооружений (независимо от их класса), разрушение которых может вызвать катастрофические наводнения, нормами допускается уменьшение расчетной обеспеченности максимального расхода воды до 0,01%.

Временные гидротехнические сооружения следует рассчитывать на максимальный расход обеспеченностью 10%.

Определение максимальных расходов по данным наблюдений.

Для точного расчета вероятных максимальных расходов необходимо иметь данные наблюдений за 20 лет (не менее). Значения расчетных расходов устанавливают отдельно для весеннего половодья и дождевых паводков.

Расчет максимальных расходов при наличии данных наблюдений ведется по кривой обеспеченности, ординаты которой устанавливают по трем параметрам: среднемноголетнему максимальному расходу Q0max, коэффициенту вариации Cv и коэффициенту асимметрии Cs.

Среднемноголетний максимальный расход определяется как среднеарифметическая величина из всех максимальных расходов за годы наблюдений:

Q0 max = УQmax / n.                        (9.35)

Коэффициент вариации находится по формуле (9.23), в которую подставляются модульные коэффициенты максимальных расходов Кi, представляющие отношения максимальных расходов каждого года к среднемноголетнему максимальному расходу:

Ki = Qmax i / Q0 max.                        (9.36)

Коэффициент асимметрии устанавливается чаще всего по соотношениям: для максимальных расходов весеннего половодья Cs / Cv = 2; для максимальных расходов дождевых паводков – 2– 4, при этом на территории Беларуси: для рек бассейна Западной Двины – 2; рек бассейна Немана и левобережных притоков Припяти – 3; рек бассейнов Днепра, Сожа, Березины, правобережных притоков Припя-  ти – 4.