Гидравлика, гидрология и метеорология (стр. 27 )

Максимальные расходы расчетной обеспеченности вычисляют по зависимости

Qmax = К Q0 max,                        (9.37)

где К – модульный коэффициент, определяемый по формуле (9.27).

Отклонение ординаты кривой обеспеченности от середины при  Cv = 1 находится для расчетной обеспеченности по табл. 9.4.

Если сведения о максимальных расходах имеются за короткий период, недостаточный для надежного установления вероятных расходов расчетной обеспеченности, прибегают к удлинению ряда наблюдений путем построения кривой связи максимальных расходов рассматриваемой реки и реки-аналога (см. подраздел 9.3).

Определение максимальных расходов при отсутствии наблюдений. Максимальные расходы неизученных рек устанавливают по эмпирическим формулам, методу гидрологических аналогий или на основании гидравлических расчетов.

Для определения максимальных расходов весеннего половодья предложено большое количество  э м п и р и ч е с к и х  з а в и с и м о - с т е й. Наиболее простой и удобной является формула :

Qmax = А0 F 0,75 δ1·δ2 , м3/с,                (9.38)

где A0 – географический параметр, характеризующий величину максимального расхода расчетной обеспеченности, при F =  = 1 км2 он имеет размерность расхода (м3/с);

δ1 – коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов при наличии в бассейне озер и болот;

δ2 – коэффициент, учитывающий лесистость бассейна.

Величина параметра А0 устанавливается по картам изолиний или по аналогии с изученными бассейнами. На рис. 9.5 показаны штриховыми линиями величины максимального элементарного стока талых вод 5%-ной обеспеченности для территории Беларуси.

Коэффициент озерности и заболоченности бассейна δ1 определяется по формуле

δ1 = 1 – 0,6 lg (1 + f0 + 0,2 fб),                (9.39)

где fб – заболоченность бассейна.

.                        (9.40)

где Fб – площадь болот в бассейне, км2.

Формула (9.38) справедлива при (f0 + 0,2 fб ) ≤ 45%. При значениях  f0 < 2% и fб < 10% озерность и заболоченность бассейна можно не учитывать.

Коэффициент лесистости бассейна находится по выражению

δ2 = 1 – г (fл – fл1),                        (9.41)

где г – коэффициент, принимаемый равным 0,3 для лиственных лесов лесостепной зоны и 0,6 – для северных лесов;

fл = Fл /F– лесистость бассейна в долях от единицы;

Fл – площадь лесов в бассейне;

fл1 – средняя лесистость всего района.

Коэффициент лесистости δ2 вводится в формулу (9.38) только для рек малых бассейнов (F < 300ч500 км2). Лесистость больших бассейнов учитывается параметром А0.

Максимальные расходы талых вод для бассейнов площадью 50–100 км2 можно вычислить по формуле :

Qmax = А0 F 0,85 δ1·δ2 .                        (9.42)

Из многочисленных эмпирических формул для максимальных расходов дождевых и ливневых паводков наиболее простой является приближенная зависимость :

,                (9.43)

где В – географический параметр, значение которого устанавливается по данным табл. 9.7;

F – площадь водосбора реки, км2;

δ3 – коэффициент, зависящий от рельефа бассейна: δ3 = 0,5ч0,6 – для водосборов с плоским рельефом и δ3 =1,0 – для горных рек;

δ4 – коэффициент учета формы бассейна:

д4 = 0,5 Вmax /Вср ;                        (9.44)

Вmax – максимальная ширина бассейна, км;

Вср – средняя ширина бассейна, км.

Т а б л и ц а  9.7. Значение параметра В в формуле

Зона	Значение В при обеспеченности, %
50	10	2–3	1
Лесная и лесостепная	2–3	4–6	7–10	8–12
Предгорные районы Урала	3–5	6–8	10–15	15–20
Ливнеопасные районы Дальнего Востока, Кавказа и Карпат	8–12	15–20	25–30	40–60

Расчет максимальных расходов неизученных рек по  м е т о д у  г и д р о л о г и ч е с к и х  а н а л о г и й  включает следующие этапы:

выбор реки-аналога;

определение максимальных расходов расчетной обеспеченности для реки-аналога по данным наблюдений;

вычисление параметров Аа и Ва для реки-аналога, выраженных из формул (9.38) и (9.43):

,                        (9.45)

,                        (9.46)

где индекс а показывает, что все члены в последних формулах относятся к реке-аналогу;

определение максимальных расходов рассматриваемой реки по формулам (9.38) и (9.43) при значениях параметров А0 и В, установленных для реки-аналога.

Г и д р а в л и ч е с к и й  р а с ч е т  максимальных расходов сводится к определению площади живого сечения реки в расчетном створе и средней скорости течения при максимальном горизонте высоких вод:

Qmax = щv.

Площадь живого сечения реки устанавливают по данным промера русла (см. подраздел 11.3). Положение максимального горизонта высоких вод определяют по следам, оставленным паводком на местности, или по опросам местных жителей.

Средняя скорость течения при максимальном горизонте вычисляется по формуле Шези:

,                        (9.47)

где С – скоростной коэффициент Шези, который можно вычислить по формуле (5.8);

Rг – гидравлический радиус живого сечения реки.

Для определения продольного уклона I водной поверхности производят нивелировку реки на участке длиной не менее 10-кратной ширины русла.

Пример. Для расчетного створа в устье р. Случь (приток р. Припять) определить максимальный расход весеннего половодья 5%-ной обеспеченности при следующих данных: площадь водосбора F = 5470 км2; площадь озер в бассейне F0 = 8 км2 ; площадь болот F0 = 1000 км2 .

Р е ш е н и е. Максимальный расход определяем по формуле (9.38).

Географический параметр А0 устанавливаем по карте изолиний (см. рис. 9.5). Для бассейна р. Случь А0 = 1,4 мм/ч.

Определяем озерность и заболоченность бассейна:

Коэффициент озерности и заболоченности бассейна находим по зависимости (9.39):

δ1 = 1 – 0,6 lg (1 + f0 + 0,2 fб) = 1 – 0,6 lg (1 + 0,15 + 0,2 ⋅ 18,3) = 0,59.

Так как площадь водосбора F > 500 км2, лесистость бассейна не учитываем, т. е. принимаем δ2 = 1.

Максимальный расход

Qmax = 1,4 · 54700,75 · 0,59 · 1 = 524 м3/с.

По статистическим данным максимальный расход в устье р. Случь составляет  576 м3/с. Погрешность расчета равна – 9 %.

10. ИЗМЕРЕНИЕ УРОВНЕЙ И ГЛУБИН ВОДЫ

10.1. Общие сведения

Для изучения гидрологического режима на реках, озерах и водохранилищах создают специальные наблюдательные пункты.

Уровнем воды называют высоту положения ее свободной поверхности относительно постоянной горизонтальной плоскости отсчета. Это одна из главных характеристик открытых потоков. От уровней зависят габариты проектируемых на водотоках сооружений по высоте. Важнейшие характеристики потока (расход, площадь живого сечения, скорость и др.) рассматриваются в виде функций уровня Н. По уровням строятся и экстраполируются соответствующие графики расходов Q = f(Н), скоростей v = f (H) и др.

Графики колебаний уровня дают возможность судить о динамике гидрологических явлений и соответственно о многолетнем и внутригодовом распределении стока, особенно в периоды паводков и половодий. По измерениям уровней накоплен наибольший объем информации. Это объясняется простотой измерений при достаточно высокой точности.

Причины колебаний уровней могут быть различны. Например, многолетние колебания могут быть вызваны климатическими изменениями, геологическими и эрозионными процессами; годовые колебания зависят от водности того или иного года и других метеорологических условий; сезонные колебания определяются географическим положением водосборного бассейна и связаны с сезонными изменениями осадков, весенним таянием снега или летним таянием ледников, муссонными периодами дождей и т. д.

Для проведения систематических наблюдений на водных объектах существует сеть гидрологических наблюдательных пунктов, которые подразделяются на станции и посты.

Гидрологическая станция – это учреждение, имеющее определенный штат сотрудников и выполняющее необходимый перечень и объем работ соответственно разряду (I, II, III).

Гидрологический пост – это место на реке, озере или водохранилище, выбранное с соблюдением определенных требований и оборудованное для проведения измерений, выполняемых наблюдателем. Гидрологические посты бывают I, II и III разрядов.