Розрахунок багаторічної величини річного стоку

ДЕПАРТАМЕНТ ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Волгоградська державна сільськогосподарська академія

Кафедра: _____________________
Дисципліна: Гідрологія

Контрольна робота

Виконала: студент третього курсу,
заочного відділення, групи __ ЕМЗ, _____
________________________________

Волгоград 2006р.

ВАРІАНТ 0 Річка Сура, с. Кадишева, площа водозбору F = 27 900 км ^2, залісненій 30%, боліт немає, середнє багаторічне кількість опадів 682 мм.
Середньомісячні і середньорічні витрати води і модулі стоку

Роки	Січень	Лютий	Березень	Квітень	Травень	Червень	Липень	Серпень	Вересень	Жовтень	Листопад	Грудень	Рік	М л / с * км 2	Ма л / с * км 2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
1964	47,6	42,6	44,9	699	259	94,7	66,8	60,8	51,0	49,7	44,3	42,5	125	4,48	4,23
1965	37,9	41,2	56,1	574	148	71,4	53,3	50,1	46,8	48,4	45,1	55,2	102	3,66	3,54
1966	46,4	42,9	141	380	85,5	55,6	47,6	42,2	42,3	43,1	43,9	37,2	83,9	3,01	2,66
1967	27,6	33,2	36,3	332	94,6	53,9	44,4	46,1	38,4	40,4	36,9	31,4	67,9	2,43	2,47
1968	32,8	27,2	48,9	767	113	72,1	79,0	45,3	42,2	45,2	51,8	15,4	112	4,01	3,72
1969	27,4	23,0	20,0	636	104	68,1	67,4	52,4	45,5	64,9	76,8	73,7	105	3,76	2,42
1970	54,5	55,1	48,8	1120	137	77,5	54,7	48,1	48,9	52,3	66,2	44,7	151	5,41	4,24
1971	43,8	40,3	95,6	565	104	58,6	51,8	42,0	36,7	48,4	60,1	63,4	101	3,62	2,88
1972	32,7	26,4	48,6	333	67,4	51,2	44,6	26,2	27,4	37,2	48,1	60,6	67,0	2,40	1,71
1973	34,3	32,0	37,3	308	86,4	56,6	56,1	66,2	57,8	66,9	94,4	67,9	79,5	2,85	2,40

Басейн - аналог - р. Сура, м. Пенза.
Середня багаторічна величина річного стоку (норма) М _оа = 3,5 л / с * км ^2, С _{v =} 0,27.
Таблиця для визначення параметрів при підрахунку максимальної витрати талих вод

Варіант	Річка-пункт	F 1	k o	n 1	h	C v		n 2
0	Сура-Кадишева	2	0,020	0,25	80	0,40	1,30	0,20	0,8

1. Визначити середню багаторічну величину (норму) річного стоку при наявності даних спостережень.
Вихідні дані: середньорічні витрати води, що розраховується період 10 років (з 1964 - 1973 рр..).
Q _о = ,
де Q _i - Середній річний стоку за i-й рік;
n - число років спостережень.
Q _i = 994,3
Q _{о = =} 99,43 м ³ / с (величина середнього багаторічного стоку).
Отриману норму у вигляді середнього багаторічного витрати води потрібно виразити через інші характеристики стоку: модуль, шар, обсяг і коефіцієнт стоку.
Модуль стоку М _о = = = 3,56 л / с * км ^2, де F - площа водозбору, км ^2.
Середній багаторічний об'єм стоку за рік:
W _o = Q _{o *} T = 99,43 * 31,54 * 10 ⁶ = 3 136,022 м ^3,
де Т - число секунд в році, рівну приблизно 31,54 * 10 ⁶ с.
Середній багаторічний шар стоку h _o = = = 112,4 мм / рік
Коефіцієнт стоку α = = = 0,165,
де х _о - середня багаторічна кількість опадів в рік, мм.

2. Визначити коефіцієнт мінливості (варіації) З _v річного стоку.
З _{v = ,} Де _- Середньоквадратичне відхилення річних витрат від норми стоку.
_{= .}
  Якщо n <30, то _{= .}
Якщо стік за окремі роки виразити у вигляді модульних коефіцієнтів до = , То З _v = , А при n <30 С _v =
Складемо таблицю для підрахунку З _v річного стоку річки.
Таблиця 1
Дані для підрахунку З _v

№ п / п	Роки	Річні витрати м 3 / с	Q o	к =	К-1	(До-1) 2
1	2	3	4	5	6	7
1	1964	125,00	99,43	1,26	0,26	0,066
2	1965	102,00	99,43	1,03	0,03	0,001
3	1966	83,90	99,43	0,84	-0,16	0,024
4	1967	67,90	99,43	0,68	-0,32	0,101
5	1968	112,00	99,43	1,13	0,13	0,016
6	1969	105,00	99,43	1,06	0,06	0,003
7	1970	151,00	99,43	1,52	0,52	0,269
8	1971	101,00	99,43	1,02	0,02	0,000
9	1972	67,00	99,43	0,67	-0,33	0,106
10	1973	79,50	99,43	0,80	-0,20	0,040
Усього:		994,30		10,00	0,00	0,627

З _v = = = = 0.2638783 = 0.264.
Відносна середня квадратична помилка середньої багаторічної величини річного стоку річки за період з 1964 по 1973 рр.. (10 років) дорівнює:
= = = 8,3%
Відносна середня квадратична помилка коефіцієнта мінливості З _v при його визначенні методом моментів дорівнює:
= 23,24%.
Довжина ряду вважається достатньою для визначення Q _o   і C _v, якщо 5-10%, а 10-15%. Величина середнього річного стоку за цієї умови називається нормою стоку. У нашому випадку перебуває в межах припустимого, а більше допустимої помилки. Значить, ряд спостережень недостатній необхідно подовжити його.
3. Визначити норму стоку при нестачі даних методом гідрологічної аналогії.
Річка-аналог вибирається за:
- Подібністю кліматичних характеристик;
- Синхронності коливань стоку в часі;
- Однорідності рельєфу, грунтів, гідрогеологічних умов, близькою ступеня покриття водозбору лісами і болотами;
- Співвідношенню площ водозборів, які не повинні відрізнятися більш ніж в 10 разів;
- Відсутності факторів, що спотворюють стік (будівництво гребель, вилучення і скидання води).
Річка-аналог повинна мати багаторічний період гідрометричних спостережень для точного визначення норми стоку і не менше 6 років паралельних спостережень з досліджуваної рікою.
\ S
За графіком зв'язку М _о одно 7,9 л / с.км ²
Q _O = = = 106,02
Коефіцієнт мінливості річного стоку:
З _v = A C _va,
де С _v - Коефіцієнт мінливості стоку в розрахунковому створі;
C _va - у створі річки-аналога;
М _оа - середньобагаторічне величина річного стоку ріки-аналога;
А - тангенс кута нахилу графіка зв'язку.
У нашому випадку:
З _v = 1 * 3,5 / 3,8 * 0,27 = 0,25
Остаточно приймаємо М _о = 3,8 л / с * ^км2, Q _O = 106,02 м ³ / с, З _v = 0,25.
4. Збудувати і перевірити криву забезпеченості річного стоку.
У роботі потрібно побудувати криву забезпеченості річного стоку, скориставшись кривої трипараметричного гамма-розподілу. Для цього необхідно розрахувати три параметри: Q _o - Середню багаторічну величину (норму) річного стоку, C _v і C _s річного стоку.
Використовуючи результати розрахунків першій частині роботи для р. Сура, маємо Q _O = 106,02 м ³ / с, З _v = 0,25.
Для р. Сура приймаємо C _s = 2С _v = 0,50 з подальшою перевіркою.
Ординати кривої визначаємо в залежності від коефіцієнта З _v за таблицями, складеними С.М. Крицьким і М.Ф. Менкелем для C _s = 2С _v. Для підвищення точності кривої необхідно враховувати соті частки З _v і провести інтерполяцію між сусідніми стовпцями цифр.
Ординати теоретичної кривої забезпеченості середньорічних витрат води річки Сура с. Кадишева.
Таблиця 2

Забезпеченість, Р%	0,01	0,1	1	5	10	25	50	75	90	95	99	99,9
Ординати кривої	2,22	1,96	1,67	1,45	1,33	1,16	0,98	0,82	0,69	0,59	0,51	-

ГРАФІК
Побудувати криву забезпеченості на клітковині ймовірностей і перевірити її дані фактичних спостережень.
\ S

Таблиця 3
Дані для перевірки теоретичної кривої

№ п / п	Модульні коефіцієнти за спаданням До	Фактична забезпеченість Р =	Роки, відповідні До
1	1,52	9,09	1970
2	1,26	18,18	1964
3	1,13	27,27	1968
4	1,06	36,36	1969
5	1,03	45,45	1965
6	1,02	54,55	1971
7	0,84	63,64	1966
8	0,80	72,73	1973
9	0,68	81,82	1967
10	0,67	90,91	1972

Для цього модульні коефіцієнти річних витрат потрібно розташувати за спаданням і для кожного з них обчислити його фактичну забезпеченість за формулою Р = , Де Р - забезпеченість члена ряду, розташованого в порядку убування;
m - порядковий номер члена ряду;
n - число членів ряду.
Як видно з останнього графіка, завдані точки осередненою теоретичну криву, значить крива побудована правильно і співвідношення C _s = 2 З _v відповідає дійсності.
5. Розрахувати внутрішньорічний розподіл стоку методом компонування для цілей зрошення з розрахунковою ймовірністю перевищення Р = 80%.
Розрахунок ділиться на дві частини:
а) міжсезонне розподіл, що має найбільш важливе значення;
б) внутрісезонное розподіл (по місяцях і декадах), яке встановлюється з деякою схематизацией.
Розрахунок виконується по гідрологічних років, тобто по роках, які починаються з багатоводного сезону. Терміни сезонів починаються єдиними для всіх років спостережень з округленням їх до цілого місяця. Тривалість багатоводного сезону призначається так, щоб у межах сезону поміщалося повінь як в роки з найбільш раннім терміном настання, так і з найбільш пізнім терміном закінчення.
У завданні тривалість сезону можна прийняти наступний: весна-квітень, травень, червень; літо-осінь - липень, серпень, вересень, жовтень, листопад; зима - грудень і січень, лютий, березень наступного року.
Величина стоку за окремі сезони і періоди визначається сумою середньомісячних витрат. В останньому році до витрати за грудень додаються витрати за 3 місяці (I, II, III) першого року.

Розрахунок всерединірічного розподілу стоку методом компонування (міжсезонне розподіл). р. Сура за 1964 - 1973 рр..
№ п / п	Роки	Витрати за лімітуючий сезон літо-осінь					Σ сток літо-осінь	Середнє значення стоку літо-осінь	Q про	До	К-1	(До-1) 2.	Витрати за сезон весна			Σ весняний стік
		VII	VIII	IX	X	XI							IV	V	VI
1	1964/65	94,7	66,8	60,8	51	49,7	323	64,6	52,766	1,22	0,22	0,0503	44,9	699	259	1002,9
2	1965/66	71,4	53,3	50,1	46,8	48,4	270	54		1,02	0,02	0,0005	56,1	574	148	778,1
3	1966/67	55,6	47,6	42,2	42,3	43,1	230,8	46,16		0,87	-0,13	0,0157	141	380	85,5	606,5
4	1967/68	53,9	44,4	46,1	38,4	40,4	223,2	44,64		0,85	-0,15	0,0237	36,3	332	94,6	462,9
5	1968/69	72,1	79	45,3	42,2	45,2	283,8	56,76		1,08	0,08	0,0057	48,9	767	113	928,9
6	1969/70	68,1	67,4	52,4	45,5	64,9	298,3	59,66		1,13	0,13	0,0171	20	636	104	760
7	1970/71	77,5	54,7	48,1	48,9	52,3	281,5	56,3		1,07	0,07	0,0045	48,8	1 120,00	137	1305,8
8	1971/72	58,6	51,8	42	36,7	48,4	237,5	47,5		0,90	-0,10	0,0100	95,6	565	104	764,6
9	1972/73	51,2	44,6	26,2	27,4	37,2	186,6	37,32		0,71	-0,29	0,0857	48,6	333	67,4	449
10	1973/64	56,6	56,1	66,2	57,8	66,9	303,6	60,72		1,15	0,15	0,0227	37,3	308	86,4	431,7
							2638,3	527,66		10,00	0,00	0,2359				7490,4

Таблиця 4

Q _ло = = 263,83 м ³ / сек
З _v = = 0,1612
C _s = 2C _v = 0,322
Q _між = = 445,67 м ³ / сек
C _v = = 0,1816
C _s = 2C _v = 0,363
Q _{рас рік} = К _р * 12 * Q _о = 0,78 * 12 * 106,02 = 992,347 м ³ / сек
Q _{рас між} = К _р * Q _між = 0,85 * 445,67 = 378,82 м ³ / сек
Q _{рас ло} = К _р * Q _ло = 0,87 * 263,83 = 229,53 м ³ / сек
Q _{рас вага} = Q _{рас рік} - Q _{рас між} = 992,347-378,82 = 613,53 м ³ / сек
Q _{рас зим} = Q _{рас між} - Q _{рас ло} = 378,82-229,53 = 149,29 м ³ / сек
Визначити розрахункові витрати за формулами:
річного стоку Q _{рас рік} = ^К, * 12 Q _о,
лімітує періоду Q _{рас між} = К ^_р,, * Q _ло,
лімітує сезону Q _{рас ло} = К ^_р,,, * Q _{рас рік} Q _ло,
де К ^_р,, К ^_р,,, К ^_р,,, - ординати кривих трипараметричного гамма-розподілу, зняті з таблиці відповідно для С _v річного стоку, З _v меженного стоку і С _v для літа - осені.
Примітка: так як розрахунки виконуються за середньомісячним витрат, розрахункова витрата за рік потрібно помножити на 12.
Одним з основних умов методу компонування є рівність Q _{рас рік} = Σ Q _{рас сез.} Однак це рівність порушується, якщо розрахунковий стік за нелімітірующее сезони визначати також по кривих забезпеченості (зважаючи на відмінність параметрів кривих). Тому розрахунковий стік за нелімітірующій період (у завданні - за весну) визначити по різниці Q _{рас вага} = Q _{рас рік} - Q _{рас між,} а за нелімітірующій сезон (у завданні зима)
Q _{рас зим} = Q _{рас між} - Q _{рас ло.}
Внутрісезонное розподіл - пріімается осереднені по кожній з трьох груп водності (багатоводна група, що включає роки з забезпеченістю стоку за сезон Р <33%, середня по водності 33 <Р <66%, маловодна Р> 66%).
Для виділення років, що входять в окремі групи водності, необхідно сумарні витрати за сезон розташувати за спаданням і підрахувати їх фактичну забезпеченість (приклад - табл. 4). Так як розрахункова забезпеченість (Р = 80%) відповідає маловодної групі, подальший розрахунок можна робити для років, що входять до маловодну групу (табл. 5).
Для цього в графу «Сумарний стік» виписати витрати по сезонах, відповідним забезпеченням Р> 66%, а в графу «Роки» - записати роки, відповідні цих витрат.
Середньомісячні витрати усередині сезону розташувати в спадному порядку із зазначенням календарних місяців, до яких вони відносяться (табл. 5). Таким чином, першим виявиться витрата за найбільш багатоводний місяць, останнім - за маловодний місяць.
Для всіх років здійснити підсумовування витрат окремо за сезон і за кожний місяць. Приймаючи суму витрат за сезон за 100%, визначити відсоток кожного місяця А%, що входить у сезон, а до графи «Місяць» записати найменування того місяця, який повторюється найбільш часто. Якщо повторень немає, вписати будь-який з зустрічаються, але так, щоб кожен місяць, що входить в сезон, мав свій відсоток від сезону.
Потім, помножуючи розрахункова витрата за сезон, визначений у частині міжсезонного розподілу стоку (табл. 4), на процентну частку кожного місяця А% (табл.5), обчислити розрахунковий витрата кожного місяця.
Q _{рас IV} = = 613,53 * 9,09 / 100% = 55,77 м ³ / с.
За даними табл. 5 графи «Розрахункові витрати по місяцях» на міліметрівці побудувати розрахунковий гідрограф Р-80% досліджуваної річки (рис 3).
6. Визначити розрахунковий максимальний витрата, талих вод Р = 1% при відсутності даних гідрометричних спостережень за формулою:
Q _p = M _p F = , М ³ / с,
де Q _p - розрахунковий миттєвий максимальна витрата талих вод заданої забезпеченості Р, м ³ / с;
M _p - модуль максимальної розрахункової витрати заданої забезпеченості Р, м ³ / с * км ^2;
h _p - розрахунковий шар повені, см;
F - площа водозбору, км ^2;
n-показник ступеня редукції залежності = F (F);
k _o - параметр дружності повені;
і - Коефіцієнти, що враховують зниження максимальних витрат річок, зарегульованих озерами (водосховищами) і в заліснених і заболочених басейнах;
- Коефіцієнт, що враховує нерівність статистичних параметрів шару стоку і максимальних витрат при Р = 1%; = 1;
F ₁ - додаткова площа водозбору, що враховує зниження редукції, км ^2, прийнята згідно з додатком 3.

ГІДРОГРАФІЯ
\ S
Рис. 3

Таблиця 5
Обчислення внутрісезонного розподілу стоку

№ п / п	Роки	Сумарний стік	Р%	Середньомісячні витрати за спаданням
				Q 1	місяць	Q 2	місяць	Q 3	місяць	Q 4	місяць	Q 5	місяць
1. За весняний сезон
1	1967/68	462,9	72,7	332	V	94,6	VI	36,3	IV
2	1972/73	449	81,8	333	V	67,4	VI	48,6	IV
3	1973/64	431,7	90,9	308	V	86,4	VI	37,3	IV
Усього:		1343,6	-	973		248,4		122,2
100%			%	72,42	V	18,49	VI	9,09	IV
2. За літньо-осінній сезон
1	1966/67	230,8	72,7	55,6	VII	47,6	VIII	43,1	XI	42,3	X	42,2	IX
2	1967/68	223,2	81,8	53,9	VII	46,1	IX	44,4	VIII	40,4	XI	38,4	X
3	1972/73	186,6	90,9	51,2	VII	44,6	VIII	37,2	XI	27,4	X	26,2	IX
Усього:		640,6	-	160,7		138,3		124,7		110,1		106,8
100%			%	25,09	VII	21,59	VIII	19,47	XI	17,19	X	16,67	IX
3. За зимовий сезон
1	1967/68	140,3	72,7	48,9	III	32,8	I	31,4	XII	27,2	II
2	1966/67	134,3	81,8	37,2	XII	36,3	III	33,2	II	27,6	I
3	1968/69	85,8	90,9	27,4	I	23	II	20	III	15,4	XII
Усього:		360,4	-	113,5		92,1		84,6		70,2
100%			%	31,49	III	25,55	II	23,47	XII	19,48	I
Розрахункові витрати по місяцях
		I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
		47,01	38,14	47,01	55,77	444,32	113,44	57,58	49,56	49,56	39,46	44,69	47,01
Розрахункові обсяги (млн. м 3) по місяцях
		125,99	92,29	125,99	144,44	1190,78	293,81	154,31	132,82	128,36	105,75	115,75	125,99
Примітка: Щоб отримати обсяги стоку в млн. куб., Слід витрати помножити: а) для 31-денного місяці на коефіцієнт 2,68, б) для 30-денного місяці -2,59. в) для 28-денного місяці -2,42.

Параметр k _o визначається за даними річок-аналогів, в контрольній роботі   k _o виписується з додатка 3. Параметр n ₁ залежить від природної зони, визначається з додатка 3.
h = K _p h,
де K _p - ордината аналітичної кривої трипараметричного гама - розподілу заданої ймовірності перевищення, визначається за додатком 2 залежно від C _v (додаток 3) при C _s = 2 C _v з точністю до сотих інтерполяцій між сусідніми стовпцями;
h - середній шар повені, встановлюється по річках - аналогами або інтерполяцією, в контрольній роботі - за додатком 3.
Коефіцієнт , Що враховує зниження максимального стоку річок, зарегульованих проточними озерами, слід визначати за формулою:
= 1 / (1 + Сfоз),
де С - коефіцієнт, що приймається в залежності від величини середнього багаторічного шару весняного стоку h;
fоз - середньозважена озерність.
Так як в розрахункових водозборах немає проточних озер, а розташована поза головного русла fоз <2%, приймаємо = 1. Коефіцієнт , Що враховує зниження максимальних витрат води в заліснених водозборах, визначається за формулою:
= / (F _л +1) ⁿ ₂ = 0,654,
де n ₂ - коефіцієнт редукції приймається за додатком 3. Коефіцієнт залежить від природної зони, розташування лісу на водозборі і загальної залісеності f _л у%; виписується за додатком 3.
Коефіцієнт , Що враховує зниження максимальної витрати води заболочених басейнів, визначається за формулою:
= 1 - Lg (0,1 f +1),
де - Коефіцієнт, що залежить від типу боліт, визначається за додатком 3;
f - Відносна площа боліт і заболочених лісів і лук в басейні,%.
Розрахувати максимальний витрата 1% імовірності перевищення талих вод для р. Сура с. Кадишева (F = 27 900 км ^2, залісненій - 30%, заболоченість - 0).
По додатку 3 визначаємо F ₁ = 2 км ^2, h = 80 мм, C _v = 0,40, n = 0,25, = 1, К _о = 0,02;
= 1,3;
n ₂ = 0,2;
= 0,8;
за додатком 2 К _р = 2,16;
h _p = k _p h = 2,16 * 80 = 172,8 мм, = 1;
= / (F _л +1) ⁿ ₂ = 1,30 (30 +1) ^0,2 = 0,654;
= 1 - Lg (0,1 f +1) = 1-0,8 Lg * (0,1 * 0 +1) = 1.
Q _1% = = 4879,314 м ³ / с.