[ Аналіз умов формування і розрахунок основних статистичних характеристик стоку річки Кегети ] | 10,4 17 26 18,6 25 24 34 23 |
Геоморфологічні коефіцієнти
До геоморфологічних коефіцієнтам відносяться коефіцієнт озерності, коефіцієнт заболоченості і коефіцієнт залісеності. Вони розраховуються відповідно як процентне відношення сумарної площі озер, боліт і лісів, розташованих в басейні деякої річки, до площі водозбору цієї річки. Наприклад, коефіцієнт озерності визначається за формулою (9):
,
Наскільки можна встановить по карті на рис. 1, басейн р.. Кегети містить озеро. Ліси не відображені на карті.
2.2 Кліматичні фактори стоку
Опади
Розподіл опадів по поверхні суші залежить від видалення місцевості від океану, рельєфу місцевості і рослинного покриву. У міру віддалення від океану кількість поступово зменшується. У гірських районах схили, звернені до влагоносним вітрам, отримують більше опадів, ніж протилежні. Вплив рельєфу позначається в тому, що з підвищенням місцевості кількість опадів, що випадають зазвичай збільшується. Збільшення кількості опадів з висотою зазвичай відбувається до відміток 3000 - 3500 м над рівнем моря, а вище ця залежність зменшується або припиняється.
Спираючись на карти джерела, можна відзначити велику зволоженість басейну Кегети опадами зважаючи на сприятливі умов географічного розташування. Середньорічні суми опадів тут на більшій частині території на висотах від 1300-1400 м до 2300-2500 м перевищують 1000 мм. Вище і нижче цих меж опадів випадає менше, і при підйомі по південно-західному схилу Киргизького хр. до висот 3500 - 3800 м їх кількість зменшується до 600 мм.
Випаровування
Процес випаровування полягає в тому, що вода з рідкого або твердого стану переходить в газоподібний. До факторів, що збільшує випаровування, належать підвищення температури і збільшення швидкості вітру, що підсилює турбулентне перемішуванню мас повітря, що стикаються з випаровує поверхнею. Крім того, на інтенсивність випаровування впливає вологість грунту, сонячна радіація, які обумовлюють життя рослин та їх зростання, парціальний тиск (пружність) водяної пари в повітрі та ін
Температура в долині р.. Кегети в середньому зменшуються з висотою від +20 до +10 ° С в липні і від -4 до -14 ° С у січні. Середня вологість у липні складає 40 - 55%, а в січні - 55 - 60%. Середньорічна випаровуваність в басейні Кегети рівномірно зменшується від низовий до верхів'їв від 1200-1300 мм до 600 мм. У цілому, басейн Кегети за класифікацією В. Кеппена і А.В. Вознесенського відноситься до бореального типу клімату з ясно вираженою взимку і влітку і достатнім зволоженням, і лише високогірні ділянки Киргизького хребта мають холодний тундровий тип клімату.
3. Сток та його розподіл
3.1 Визначення норми річного стоку і його статистичних характеристик
Нормою річного стоку Q 0 називається середнє його значення за багаторічний період такої тривалості, при збільшенні якої отримане середнє істотно не змінюється, що включає кілька повних парних циклів коливань водності річки при незмінних географічних умовах і однаковому рівні господарської діяльності в басейні річки. Норма річного стоку, або середній багаторічний стік, є основною і стійкою характеристикою, що визначає загальну водність річок і потенційні водні ресурси цього басейну або району.
Згідно з «Вказівок по визначенню розрахункових гідрологічних характеристик» (СН 435-72) / 7,8,13 /, тривалість періоду спостережень вважається достатньою для встановлення розрахункових значень норми річного стоку, якщо розглянутий період репрезентативний і відносна середня квадратична помилка багаторічної величини e Q 0 не перевищує 5 ... 10%, а коефіцієнт варіації (мінливості) e з v - 10 ... 15%.
Норма річного стоку, як будь-яка середня арифметична величина статистичного ряду, може бути визначена за формулою:
, (17)
де Q N - Норма річного стоку, Q i - річні значення стоку за тривалий період (N років).
Середньорічна витрата води р.. Кегати за 1927-1975
рік | Q i, м 3 / с | Рік | Q i, м 3 / с | рік | Q i, м 3 / с |
1927 1928 1929 1930 1931 1932 1933 1934 1935 1936 1937 1938 1939 1940 1941 1942 1943 1944 1945 1946 | - - - - - 2.51 2.55 2.60 2.35 2.12 2.15 1.58 2.11 2.37 2.43 3.46 1.81 1.80 2.22 2.45 | 1947 1948 1949 1950 1951 1952 1953 1954 1955 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 | 1.88 2.15 3.02 2.46 2.00 2.43 2.28 2.29 2.97 2.98 2.16 2.35 2.47 2.08 2.30 2.99 2.23 2.56 2.16 3.01 | 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 | 2.67 2.30 2.88 3.56 2.30 2.72 2.64 1.96 2.26 |
Внаслідок недостатньої довжини рядів спостережень за річним стоком (як правило не перевищують 60 ... 80 років, складаючи в основному 20 ... 40 років) норма річного стоку, визначена за (17) відрізняється від істинного середнього значення Q N на величину σ Qn тоді:
Q N = Q 0 n ± σ Qn, (18)
де Q 0 n - середній річний стік за обмежений період спостережень; σ Qn - середня квадратична помилка n-річної середньої.
C огласно теорії помилок, величина σ Qn, на яку відрізняється середнє значення річного стоку за n років від щирої норми Q N за N років при N ® ∞, дорівнює
(19)
де σ Q - середнє квадратичне відхилення одиничних значень річного стоку Q i від середнього за n років.
Визначається σ Q за формулою
. (20)
Для порівняння точності визначення норми стоку річок різної водності користуються відносним значенням середньої квадратичної помилки. Так, висловлюючи σ Q у відсотках від Q 0n отримаємо середню, квадратическую помилку норми стоку, обчислену по обмеженому ряду n років,
, (21)
де - Коефіцієнт варіації ряду річних значень стоку за n років.
Коефіцієнт варіації C V характеризує коливання річних значень стоку відносно їх середньої величини. Він є безрозмірною характеристикою мінливості річного стоку, зручною для порівняння декількох рядів спостережень, що розрізняються своїми середніми значеннями. При вираженні окремих членів ряду в безрозмірних модульних коефіцієнтах K i коефіцієнт варіації визначається за формулою
. (22)
Оскільки в коливаннях річного стоку спостерігається певна циклічність, що виявляється в послідовній зміні груп багатоводних і маловодних років, то середньоарифметичне з багаторічного ряду спостережень вважається нормою тільки у випадку, якщо ряд складається з повних циклів коливань водності.
Цикл - це поєднання багатоводних, маловодних і середніх за водністю років. Включення в розрахунковий період спостережень однієї багатоводної фази дає перебільшення, тільки маловодної фази - применшення норми стоку.
Розрахунковий (репрезентативне) період встановлюється у всіх випадках, коли тривалість спостережень не перевищує 50-60 років. Він включає найбільшу кількість закінчених циклів, що складаються з груп багатоводних і маловодних років. Беруться до уваги лише основні тривалі цикли, що поширюються на великі території і охоплюють всі річки даного району.
Циклічність коливань стоку і розрахунковий період для визначення норми стоку встановлюють за допомогою різницевих сумарних кривих річного стоку. Найбільш зручно будувати сумарні криві у відносних величинах - модульних коефіцієнтах К.
Розрахунки за визначенням норми стоку, коефіцієнта варіації C V і для побудови сумарної кривої зручніше звести в таблицю 7.
По вище приведених формулах і за даними таблиці 7 визначають Q 0 і C v. За значеннями графи 6 будується залежність S (k-1) = f (t). Приклад такої кривої наведено на рисунку 9.
Таблиця 7
№ | рік | СР г.расх. | мод. коеф.K | K i -1 | Σ (K i -1) | (K i -1) ² |
1 | 1932 | 2,51 | 1,05 | 0,0493 | 0,0493 | 0,00 |
2 | 1933 | 2,55 | 1,07 | 0,07 | 0,12 | 0,00 |
3 | 1934 | 2,60 | 1,09 | 0,09 | 0,20 | 0,01 |
4 | 1935 | 2,35 | 0,98 | -0,02 | 0,18 | 0,00 |
5 | 1936 | 2,12 | 0,89 | -0,11 | 0,08 | 0,01 |
6 | 1937 | 2,15 | 0,90 | -0,10 | -0,02 | 0,01 |
7 | 1938 | 1,58 | 0,66 | -0,34 | -0,36 | 0,12 |
8 | 1939 | 2,11 | 0,88 | -0,12 | -0,48 | 0,01 |
9 | 1940 | 2,37 | 0,99 | -0,01 | -0,48 | 0,00 |
10 | 1941 | 2,43 | 1,02 | 0,02 | -0,47 | 0,00 |
11 | 1942 | 3,26 | 1,36 | 0,36 | -0,11 | 0,13 |
12 | 1943 | 1,81 | 0,76 | -0,24 | -0,35 | 0,06 |
13 | 1944 | 1,80 | 0,75 | -0,25 | -0,60 | 0,06 |
14 | 1945 | 2,22 | 0,93 | -0,07 | -0,67 | 0,01 |
15 | 1946 | 2,45 | 1,02 | 0,02 | -0,64 | 0,00 |
16 | 1947 | 1,88 | 0,79 | -0,21 | -0,86 | 0,05 |
17 | 1948 | 2,15 | 0,90 | -0,10 | -0,96 | 0,01 |
18 | 1949 | 3,02 | 1,26 | 0,26 | -0,70 | 0,07 |
19 | 1950 | 2,46 | 1,03 | 0,03 | -0,67 | 0,00 |
20 | 1951 | 2,00 | 0,84 | -0,16 | -0,83 | 0,03 |
21 | 1952 | 2,43 | 1,02 | 0,02 | -0,82 | 0,00 |
22 | 1953 | 2,28 | 0,95 | -0,05 | -0,86 | 0,00 |
23 | 1954 | 2,29 | 0,96 | -0,04 | -0,91 | 0,00 |
24 | 1955 | 2,97 | 1,24 | 0,24 | -0,66 | 0,06 |
25 | 1956 | 2,98 | 1,25 | 0,25 | -0,42 | 0,06 |
26 | 1957 | 2,16 | 0,90 | -0,10 | -0,52 | 0,01 |
27 | 1958 | 2,35 | 0,98 | -0,02 | -0,53 | 0,00 |
28 | 1959 | 2,47 | 1,03 | 0,03 | -0,50 | 0,00 |
29 | 1960 | 2,08 | 0,87 | -0,13 | -0,63 | 0,02 |
30 | 1961 | 2,30 | 0,96 | -0,04 | -0,67 | 0,00 |
31 | 1962 | 2,99 | 1,25 | 0,25 | -0,42 | 0,06 |
32 | 1963 | 2,23 | 0,93 | -0,07 | -0,49 | 0,00 |
33 | 1964 | 2,56 | 1,07 | 0,07 | -0,42 | 0,00 |
34 | 1965 | 2,16 | 0,90 | -0,10 | -0,51 | 0,01 |
35 | 1966 | 3,01 | 1,26 | 0,26 | -0,26 | 0,07 |
36 | 1967 | 2,67 | 1,12 | 0,12 | -0,14 | 0,01 |
37 | 1968 | 2,30 | 0,96 | -0,04 | -0,18 | 0,00 |
38 | 1969 | 2,88 | 1,20 | 0,20 | 0,03 | 0,04 |
39 | 1970 | 2,56 | 1,07 | 0,07 | 0,10 | 0,00 |
40 | 1971 | 2,30 | 0,96 | -0,04 | 0,06 | 0,00 |
41 | 1972 | 2,72 | 1,14 | 0,14 | 0,19 | 0,02 |
42 | 1973 | 2,64 | 1,10 | 0,10 | 0,30 | 0,01 |
43 | 1974 | 1,96 | 0,82 | -0,18 | 0,12 | 0,03 |
44 | 1975 | 2,26 | 0,94 | -0,06 | 0,06 | 0,00 |
Σ Q i = | 102,86 | Σ K i = | Σ (K i -1) = | Σ (K i -1) ² = | ||
Q n = ΣQ i / n = | 2,39 | 43,00 | 0,00 | 1,00 |
Q on = | 2,391 | |
σ = | 0,309 | |
C v = | 0,129 | |
ε Q% = | 1,656 | <5 ... 10% |
ε Cv% = | 9,129 | <10 ... 15% |
9,028 | <10 ... 15% | |
Q N = Q on |
При водохозяйственном плануванні, будівельному та енергетичному проектуванні, які передбачають природний або видозмінений режим річкового стоку, необхідно знати не тільки середню величину (норму) стоку, але і стік маловодних і багатоводних років, а також межі можливих коливань річного стоку в майбутньому багаторічному періоді.
Якби коливання стоку мали певну періодичність і був би відомий закон коливань, то за наявними даними спостережень можна було б встановити хронологічний хід стоку на заданий майбутній період часу і визначити, коли буде спостерігатися та чи інша величина стоку або скільки разів за цей час річний стік перевищить те чи інше значення. Але таке завдання поки нерозв'язна. Тому розрахунки річного стоку та інших його характеристик представляються у вигляді кількісної оцінки відповідає тій чи іншій заданої забезпеченості чи повторюваності - в середньому один раз на N років без зазначення строку настання розрахункової величини.
Забезпеченістю гідрологічної величини називається ймовірність того, що розглядається її значення може бути перевищено. При цьому розрізняють:
ймовірність перевищення для явищ, які спостерігаються тільки один раз на рік;
- Ймовірність перевищення серед сукупності всіх можливих значень для явищ, які можуть спостерігатися кілька разів на рік;
- Ймовірність перевищення в аналізованому пункті або на розглянутій території в будь-якому пункті.
Імовірність служить критерієм оцінки достовірності появи того чи іншого значення розглянутої характеристики або явища.
Розрізняють теоретичну ймовірність (lim m / n = p) і емпіричну ймовірність або частковість (m / n), що виявляється зі спостережень частоти появи сприятливих випадків, що становлять дуже довгий ряд.
Для встановлення емпіричної забезпеченості членів обмеженого ряду, яка б у великій мірі відповідала теоретичної забезпеченості, запропоновано кілька формул, серед них формули:
С.Н. Крицького і М.Ф. Менкеля / 4 /
p = (m / (n +1)) 100% (23)
М.М. Чегодаєва
p = ((m-0.3) / (n +0.4)) 100% (24)
Формула (23) виведена в припущенні, що використовується в розрахунках ряд, що охоплює n i - річний період, серед інших n - річних періодів, що складають генеральну сукупність, характеризується підвищеною водністю високих витрат і зниженою низьких. Вона дає певний запас (завищення) у верхній частині кривої забезпеченості і рекомендується для розрахунків максимальних витрат.
Формула (24) заснована на припущенні, що розглянутий n i - літній період по своєї водності займає медіанне положення серед інших n - річних періодів. Ця формула дає запас (заниження) у нижній частині кривої забезпеченості і рекомендується при розрахунках річного, сезонного та мінімального стоку.
Для побудови теоретичних кривих забезпеченості, які відповідали б емпіричним кривим, необхідно за даними спостережень обчислити значення параметрів їх диференціального рівняння і провести його інтегрування.
Практично досить встановити три основних параметри теоретичної кривої розподілу - середню багаторічну величину (норму) Q, яка, будучи виражена у відносних одиницях - модульних коефіцієнтах K, дорівнює одиниці, коефіцієнт мінливості (варіації) C v; коефіцієнт асиметрії C s, за якими можуть бути побудовані теоретичні криві забезпеченості річного стоку за формулою / 2,4 /:
K р% = Ф р% × C v +1 (25)
де Ф р% = - Ф р% (C s, p%), функція Фостера приймається за табл.
Теоретичну криву забезпеченості необхідно зіставити з даними безпосередніх спостережень, обчисленими за формулами 23 або 24. Якщо точки емпіричної забезпеченості, нанесені на графік теоретичної кривої забезпеченості, осередненою останню, значить вона відповідає дійсності. Невідповідність емпіричних точок і теоретичної кривої забезпеченості вказує на неправильність визначення параметрів кривої, в першу чергу на неточність визначення коефіцієнта асиметрії C s. У цьому випадку необхідно змінити співвідношення C s і C v і знову побудувати теоретичну криву забезпеченості.
Крива забезпеченості стоку, побудована в простих координатах, має велику кривизну у верхніх і нижніх частинах. Це ускладнює користування кривої і графічну екстраполяцію крайніх ділянок кривої, що представляє найбільший інтерес при гідрологічних розрахунках. Тому для побудови кривої забезпеченості застосовують спеціальну клітковину ймовірностей. Основна властивість клітковини ймовірностей полягає в тому, що на ній крива забезпеченості з коефіцієнтом асиметрії C s = 0 отримує вигляд прямої. При інших значеннях C s криві забезпеченості, побудовані на клітковині ймовірностей, мають вигляд плавних ліній, причому кривизна їх збільшується зі збільшенням коефіцієнта асиметрії.
На малюнку 10 наведена аналітична та емпірична криві забезпеченості річного стоку на клітковині ймовірності із звичайної вертикальної шкалою.
Для побудови емпіричної кривої забезпеченості розрахунки зручніше виконувати, у формі табл. 8.
Таблиця 8
№ | рік | СР г.расх. | Q i в порядку | P% | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
убування | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 | 1932 | 2,51 | 3,26 | 1,58 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2 | 1933 | 2,55 | 3,02 | 3,83 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 | 1934 | 2,60 | 3,01 | 6,08 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4 | 1935 | 2,35 | 2,99 | 8,33 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5 | 1936 | 2,12 | 2,98 | 10,59 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
6 | 1937 | 2,15 | 2,97 | 12,84 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7 | 1938 | 1,58 | 2,88 | 15,09 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
8 | 1939 | 2,11 | 2,72 | 17,34 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
9 | 1940 | 2,37 | 2,67 | 19,59 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
10 | 1941 | 2,43 | 2,64 | 21,85 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
11 | 1942 | 3,26 | 2,60 | 24,10 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
12 | 1943 | 1,81 | 2,56 | 26,35 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
13 | 1944 | 1,80 | 2,56 | 28,60 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
14 | 1945 | 2,22 | 2,55 | 30,86 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
15 | 1946 | 2,45 | 2,51 | 33,11 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
16 | 1947 | 1,88 | 2,47 | 35,36 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
17 | 1948 | 2,15 | 2,46 | 37,61 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
18 | 1949 | 3,02 | 2,45 | 39,86 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
19 | 1950 | 2,46 | 2,43 | 42,12 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
20 | 1951 | 2,00 | 2,43 | 44,37 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
21 | 1952 | 2,43 | 2,37 | 46,62 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
22 | 1953 | 2,28 | 2,35 | 48,87 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
23 | 1954 | 2,29 | 2,35 | 51,13 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
24 | 1955 | 2,97 | 2,30 | 53,38 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
25
Для побудови теоретичної кривої забезпеченості необхідно визначити величини витрат, що мають забезпеченість Р = 0,01%, 0,1%, 1%, 5%, ... 99,9% за формулою 25. Отримані значення зручніше звести в табл. 9 Таблиця 9
У роботі необхідно обчислити значення витрати з імовірністю Р = 0,05%, 0,2%, 1%, 50%, 75% і 90%. 3.2 Характеристики річного стоку Сток - це рух води по поверхні, а також в товщі грунтів і гірських порід у процесі її кругообігу в природі. При розрахунках під стоком розуміється кількість води, що стікає з водозбору за будь-який період часу. Ця кількість води може бути виражено у вигляді витрати `Q, обсягу W, модуля M або шару стоку h. Обсяг стоку W - кількість води, що стікає з водозбору за будь-який період часу (доба, місяць, рік, тощо), - визначається за формулою W = `Q × T [м 3], (19) де `Q - середня витрата води за розрахунковий період часу, м 3 / с, T - число секунд в розрахунковому періоді часу. Так як середня витрата води був обчислений раніше як норма річного стоку, об'єм стоку р.. Кегети за рік W = 2.39 ∙ 365,25 ∙ 24 ∙ 3600 = 31764096м 3. Модуль стоку М - кількість води, що стікає з одиниці площі водозбору в одиницю часу, - визначається за формулою М = 10 3 `Q / F [л / (с × км 2)], (20) де F - площа водозбору, км 2. Модуль стоку р.. Кегети М = 10 3 ∙ 2.39/178 = 13.42 л / (с × км 2). Шар стоку h мм - кількість води, що стікає з водозбору за будь-який період часу, рівне товщині шару, рівномірно розподіленого по площі цього водозбору, - визначається за формулою h = W / (F 10 3) = `Q × T / (F 10 3). (21) Шар стоку для басейну р.. Кегети h = 31764096 / (178 ∙ 10 3) = 178.44 мм. До безрозмірним характеристик відносяться модульний коефіцієнт і коефіцієнт стоку. Модульний коефіцієнт К є ставлення стоку за який небудь конкретний рік до норми стоку: К = Q i / Q 0 = W i / W 0 = h i / h 0, (22) і для р. Кегети за аналізований період До змінюється від К = 1.58 / 2.39 = 0.66 для року з мінімальним витратою до К = 3.26 / 2.39 = 1.36 для максимальної витрати. Коефіцієнт стоку a - відношення обсягу або шару стоку до кількості випали на площу водозбору опадів х, що зумовили виникнення стоку: a = h / x. (23) Коефіцієнт стоку показує, яка частина опадів йде на освіту стоку. У курсовій роботі необхідно визначити характеристики річного стоку для прийнятого до розгляду басейну, прийнявши норму стоку з розділу 3.3 Внутрішньорічні розподіл стоку Внутрішньорічні розподіл стоку річок займає важливе місце в питанні вивчення і розрахунків стоку як у практичному, так і в науковому відношенні, будучи в той же час найбільш складним завданням гідрологічних досліджень / 2,4,13 /. Основні фактори, що визначають внутрішньорічний розподіл стоку та його загальну величину, - кліматичні. Вони визначають загальний характер (фон) розподілу стоку в році того чи іншого географічного району; територіальні зміни розподілу стоку слідують за зміною клімату. До факторів, що впливає на розподіл стоку протягом року відносяться озерність, лісистість, заболоченість, розміри водозборів, характер грунтів і грунтів, глибина залягання грунтових вод, і т.д., які в певній мірі повинні враховуватися в розрахунках як при відсутності, так і за наявності матеріалів спостережень. Залежно від наявності даних гідрометричних спостережень застосовуються такі методи розрахунку всерединірічного розподілу стоку:
Внутрішньорічні розподіл стоку звичайно розраховується не за календарним роках, а по водогосподарським, починаючи з багатоводного сезону. Межі сезонів призначаються єдиними для всіх років з округленням до місяця. Розрахункова ймовірність перевищення стоку за рік, лімітуючі період і сезон призначається відповідно до завдань водогосподарського використання стоку річки. У курсовій роботі необхідно виконати розрахунки за наявності гідрометричних спостережень. Розрахунки всерединірічного розподілу стоку методом компонування Вихідними даними для розрахунку є середньомісячні витрати води і залежно від мети використання розрахунку - заданий відсоток забезпеченості Р і поділ на періоди і сезони. Розрахунок ділиться на дві частини:
Міжсезонне розподіл. Залежно від типу всерединірічного розподілу стоку рік ділиться на два періоди: багатоводний і маловодний (межень). Залежно від мети використання один з них призначається лімітує. Лімітуючий-це найбільш напружений з точки зору водогосподарського використання період (сезон). Для цілей осушення лімітуючим періодом є багатоводний; для цілей зрошення, енергетики-маловодний. У період включається один або два сезони. На річках з весняною повінню для цілей зрошення виділяються: багатоводний період (він же сезон) - весна і маловодний (лімітуючий) період, що включає в себе сезони; літо-осінь і зима, причому лімітуючим сезоном при зрошенні є літо-осінь (при енергетичному використанні -зима). Розрахунок виконується по гідрологічних років, тобто по роках, які починаються з багатоводного сезону. Терміни сезонів призначаються 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 сезонів можна прийняти наступною: 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 (табл. 10). В останньому році до витрати за грудень додаються витрати за три місяці (I, II, III) першого року. При розрахунку за методом компонування внутрішньорічний розподіл стоку приймається з умови рівності ймовірності перевищення стоку за рік, стоку за лімітуючий період і всередині його за лімітуючий сезон. Тому необхідно визначити витрати заданій проектом забезпеченості (у завданні Р = 80%) для року, що лімітують періоду і сезону. Отже, потрібно розрахувати параметри кривих забезпеченості (Про 0, С v і С s) для лімітуючих періоду та сезону (для річного стоку параметри обчислені вище). Обчислення виробляються методом моментів у табл. 10 по схемі, викладеної вище для річного стоку. Визначати розрахункові витрати можна за формулами: річного стоку Орасгод = K р '× 12 × Q 0, (26) лімітує періоду Орасмеж = K р ² × Q 0 між, (27) лімітує сезону Орасло = K р ² '× Q ло (27) де K р ', K р ², K р ²' - 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 Орасгод = S Орассез. Однак це рівність порушиться, якщо розрахунковий сток за не лімітуючі сезони визначати також по кривих забезпеченості (зважаючи на відмінність параметрів кривих). Тому розрахунковий сток за не лімітуючий період (у завданні - за весну) визначають за різницею Орасвес = Орасгод - Орасмеж, (28) а за не лімітуючий сезон (у завданні-зима) Орасзім = Орасмеж. - Q ло (29) Розрахунок зручніше виконати у формі табл. 10. Внутрісезонное розподіл - приймається 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 сезони розташувати за спаданням і підрахувати їх фактичну забезпеченість. Так як розрахункова забезпеченість (Р = 80%) відповідає маловодної групі, подальший розрахунок можна робити для років, що входять до маловодну групу (табл. 11). Для цього в. графу «Сумарний стік» виписати витрати по сезонах, відповідні забезпеченості Р> 66%, а графу «Роки» - записати роки, відповідні цих витрат. Середньомісячні витрати усередині сезону розташувати в спадному порядку із зазначенням календарних місяців, до яких вони відносяться (табл. 11). Таким чином, першим виявиться витрата за найбільш багатоводний місяць, останнім через 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, виписати 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. 10), на процентну частку кожного місяця А% (табл. 11), обчислити розрахунковий витрата кожного місяця. Орас v = Орасвес А% v / 100% (30) Отримані дані заносяться в табл. 12 «Розрахункові витрати по місяцях» і на міліметрівці будується розрахунковий гідрограф Р-80% досліджуваної річки (рис. 11). Таблиця 12. Розрахункові витрати (м 3 / с) по місяцях
3.4 Розрахунок і побудова кривої забезпеченості річного стоку При водохозяйственном плануванні, будівельному та енергетичному проектуванні, які передбачають природний або видозмінений режим річкового стоку, необхідно знати не тільки середню величину (норму) стоку, але і стік маловодних і багатоводних років, а також межі можливих коливань річного стоку в майбутньому багаторічному періоді. Якщо був би відомий закон коливань стоку, то за наявними даними спостережень можна було б визначити, коли буде спостерігатися та чи інша величина. Але таке завдання поки нерозв'язна. Тому розрахунки річного стоку та інших його характеристик представляються у вигляді кількісної оцінки відповідає тій чи іншій заданої забезпеченості. Забезпеченістю гідрологічної величини називається ймовірність того, що розглядається її значення може бути перевищено в середньому один раз на N років без зазначення строку настання розрахункової величини. Розрізняють теоретичну ймовірність (lim m / n = p) і емпіричну ймовірність (m / n), що виявляється зі спостережень частоти появи сприятливих випадків, що становлять дуже довгий ряд. Для встановлення емпіричної забезпеченості членів обмеженого ряду, яка б у великій мірі відповідала теоретичної забезпеченості, запропоновано кілька формул, серед них формули: С.Н. Крицького і М.Ф. Менкеля / 4 / p = (m / (n +1)) 100% (24) М.М. Чегодаєва p = ((m-0.3) / (n +0.4)) 100%, (25) де m - порядковий номер члена ряду, в якому значення аналізованої величини розташовані в порядку убування, n - число членів ряду. Аналіз формул (24) і (25) показує, що для середніх значень забезпеченості вони дають близькі результати. В області малих забезпеченості формула Крицького - Менкеля дає більш високі значення емпіричної забезпеченості, ніж формула Чегодаєва. У зв'язку з цим нормами рекомендується вести розрахунок емпіричної забезпеченості максимальних витрат за формулою (24) для визначення максимумів стоку малої забезпеченості. Формулу (25) рекомендується застосовувати при дослідженнях річного та мінімального стоку. Обчисливши емпіричну забезпеченість кожного члена ряду за цими формулами, можна побудувати емпіричну криву. Однак емпіріческоая крива забезпеченості безпосередньо не дає можливості вирішити питання про витрати за межами фактичних спостережень. Тому в гідрології застосовується ряд типових математичних кривих розподілу для екстраполяції емпіричної кривої забезпеченості. Таким чином, щоб побудувати емпіричну криву забезпеченості річного стоку р.. Кегети слід використовувати формулу (25). Для цього зручно результати обчислення p% звести в таблицю 5. Тепер, перш ніж будувати графік Q = f (p%), слід звернути увагу на одну важливу деталь. Крива забезпеченості стоку, побудована в простих координатах, має велику кривизну у верхніх і нижніх частинах. Це ускладнює користування кривої і графічну екстраполяцію крайніх ділянок кривої, що представляє найбільший інтерес при гідрологічних розрахунках. Тому для побудови кривої забезпеченості застосовують спеціальну клітковину ймовірностей. Основна властивість клітковини ймовірностей полягає в тому, що на ній крива забезпеченості з коефіцієнтом асиметрії C s = 0 отримує вигляд прямої. При інших значеннях C s криві забезпеченості, побудовані на клітковині ймовірностей, мають вигляд плавних ліній, причому кривизна їх збільшується зі збільшенням коефіцієнта асиметрії. Тому обидві криві забезпеченості (і емпірична, і теоретична) будуються на клітковині ймовірностей (рис. 11). При тому їх графіки наносяться спільно, для того щоб виявити, наскільки вони збігаються або не збігаються. Для побудови теоретичних кривих забезпеченості практично достатньо встановити три основних параметри теоретичної кривої розподілу (середню багаторічну величину (норму) Q 0, яка, будучи виражена у відносних одиницях - модульних коефіцієнтах K, дорівнює одиниці, C v і C s). теоретичні криві забезпеченості річного стоку можуть бути побудовані за формулою K р% = Ф р% × C v +1 (26) де Ф р% = - Ф р% (C s, p%), функція Фостера приймається за таблицею додатка 1 []. Причому C S, як вказувалося раніше, не може бути обчислений через малий ряду спостережень і встановлюється методом підбору, виходячи з умов найкращої відповідності теоретичної кривої забезпеченості річного стоку даними спостережень. З цією метою на клітковину ймовірностей наносять теоретичні криві забезпеченості, побудовані при одному і тому ж C V і різних значеннях C S. Для першої кривої беруть C S = 2 C V. Якщо точки емпіричної забезпеченості, накладені на графік теоретичної кривої забезпеченості, усереднюють останню, значить, вона відповідає дійсності, якщо ж ні - необхідно змінити співвідношення між C S і C V і знову побудувати теоретичну криву забезпеченості. Найбільш узгоджується з емпіричними точками криву приймають за розрахункову. 3.5 Розрахунок всерединірічного розподілу стоку Встановлення закономірностей всерединірічного ходу стоку річок за календарними періодами, сезонах і всередині сезонів має важливе наукове і практичне значення, так як на його основі здійснюється планування використання водних ресурсів для різних водогосподарських цілей, визначаються основні параметри водосховищ та гідротехнічних споруд. Однак встановити розподіл стоку в році дуже складно, так як на внутрішньорічний розподіл стоку впливає цілий ряд фізико-географічних чинників (клімат, фактори підстилаючої поверхні, господарська діяльність людини), кількісний облік яких часто утруднений. Крім того, внутрішньорічний розподіл стоку для будь-якого пункту річки не залишається постійним, воно змінюється з року в рік, до того ж дуже значно. Завдання і спосіб розрахунку всерединірічного розподілу стоку залежить від його призначення і схеми використання. Так, для проектування водопостачання найбільш несприятливими є меженні сезони, для зрошення інтерес представляє розподіл стоку у вегетаційний період, при енергетичному використанні найбільший інтерес представляє зазвичай зимова межень, при судноплавному використанні - період навігації. Найбільш правильним з генетичної точки зору методом розрахунку всерединірічного розподілу стоку є метод водного балансу. При цьому рівняння водного балансу необхідно вирішити щодо y (стоку) для кожного місяця або сезону року y = x - E ± u, де x - опади, E - сумарне випаровування, u - акумуляційний член, що включає в себе накопичення і танення снігу та льоду, накопичення і витрачання грунтових і грунтових вод і зміна запасів води в поверхневих водоймах (у руслі і заплаві річки) і на поверхні водозбору . Визначення величини u практично представляє великі труднощі, тому метод водного балансу не отримав широкого застосування. В даний час більш розвинені способи розрахунку всерединірічного розподілу стоку, засновані, як і у випадку річного стоку, на вивченні закономірностей розподілу стоку і застосуванні методів математичної статистики. Залежно від наявності даних гідрометричних спостережень застосовуються такі методи розрахунку всерединірічного розподілу стоку:
а) розподіл за аналогією з розподілом реального року; б) метод компонування сезонів;
б) по районних схемами і регіональним залежностям параметрів всерединірічного розподілу стоку від фізико-географічних чинників. Основний спосіб розрахунку календарного всерединірічного розподілу стоку - метод компонування. Розрахунок всерединірічного розподілу стоку за методом компонування ділиться на дві частини: міжсезонне розподіл, що має найбільш важливе значення і розраховується більш точно, внутрісезонное розподіл (по місяцях або декадах) встановлюється приблизно, з деякою схематизацией. Міжсезонне розподіл. Залежно від типу всерединірічного розподілу стоку рік ділиться на два періоди: багатоводний і маловодний (межень). Залежно від мети використання один з них призначається лімітує. Лімітуючим вважається найбільш напружений з точки зору водогосподарського використання період. У такий період може включатися один або два сезони. Вихідними даними для розрахунку є середньомісячні витрати води і вибрані в залежності від мети використання розрахунку заданий відсоток забезпеченості p% і поділ на періоди і сезони. У таблиці наведені середньомісячні витрати в створі Саламалік за період 10 років, обраний таким чином, що до нього увійшли роки і маловодної, і багатоводної фази. А заданий відсоток забезпеченості становить 75%. Розрахунок розподілу виконується по гідрологічних років, який починається з багатоводного сезону. Терміни сезонів призначаються 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. На р.. Кегети гідрологічний рік починається у квітні. У разі річок регіону, в якому знаходиться р. Кегета, розбиття гідрологічного року на сезони можна зробити наступним чином: 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. При розрахунку за методом компонування внутрішньорічний розподіл стоку приймається з умови рівності ймовірності перевищення стоку за рік, стоку за лімітуючий період і всередині його за лімітуючий сезон. Тому необхідно визначити витрати заданій проектом забезпеченості для року, що лімітують періоду та сезону. Отже, потрібно розрахувати параметри кривих забезпеченості (Q 0, С v і С s) для лімітуючих періоду та сезону (для річного стоку параметри обчислені вище). Обчислення виробляються методом моментів у табл. 10 по схемі, викладеної вище для річного стоку. Аналіз водного режиму та визначення типу живлення річки Кількість води, що надходить в річки в різні періоди року, досить по-різному, тобто розподіл стоку за рік нерівномірно. На розподіл стоку в першу чергу впливають кліматичні фактори-опади і температура повітря. Незважаючи на значні коливання, цих чинників у різні роки, вони характеризують загальний тип річного розподілу або форму гідрографа стоку. На розподіл стоку впливають також розмір басейну, його рельєф, геологічну будову, водоносні горизонти, наявність лісів, боліт і озер, господарська діяльність людини. Кліматичні фактори, що мають географічну зональність, визначають загальний характер розподілу стоку в тому чи іншому географічному районі. Тому різні джерела живлення середніх річок у тому чи іншому районі мають постійне співвідношення, а форма гідрографа є стійкою для різних річок. На цьому принципі засновані різні класифікації річок (наприклад, класифікації Б. Д. Зайкова, П. С. Кузіна) / 3 /, які відображають розподіл річного стоку. Фізико-географічні чинники (фактори підстилаючої поверхні) можуть значною мірою змінити внутрішньорічний розподіл стоку, властиве даному району. Це особливо важливо для малих гірських річок, де вплив цих факторів може бути переважаючим. Вплив рельєфу на стік проявляється, проте, не тільки у вертикальній поясності гідрологічних процесів-воно більш багатогранно, так як його особливості і, зокрема, поєднання напрямків гірських хребтів і їх конфігурація в тій чи іншій мірі визначають доступність річкових басейнів вологим повітряним масам. Вплив рельєфу проявляється не тільки на абсолютних величинах елементів водного (опади, випаровування, запаси вологи) і теплового балансу гірських річкових басейнів, але і в їх режимі: у часі настання позитивних температур повітря навесні і негативних - восени, в тривалості акумуляції снігу, в термінах початку, кінця і тривалості періоду сніготанення і т.п. З цього випливає, що зазвичай застосовуються для рівнинних територій методи гідрологічного районування для гірських територій повністю не застосовні. Тому для гірської території Середньої Азії відійшли від суворо географічного принципу гідрологічного районування та, обмежившись виділенням в межах зазначених гідрографічних систем областей формування і розсіювання стоку, доповнили цю схему гідрологічного районування наведеній нижче класифікацією річок у вивчених створах за типами живлення, тісно пов'язаної з вертикальною поясністю і гіпсометричним характеристиками водозборів річок. В якості критерію віднесення річок до того чи іншого типу харчування прийняті показники запропонованої В.Л. Шульцем / 15 / схеми класифікації річок Середньої Азії за типами живлення, а саме:
- Співвідношення між середнім об'ємом стоку річного (W VII - IX) повені, що характеризується переважанням талих вод високогірних снігів і льодовиків, і середнім об'ємом стоку весняного водопілля (W III - VI), в якому переважають талі води сезонних снігів; W VII - IX% - середній відносний (у% від річного) обсяг стоку річного повені. Третім показником для віднесення річок до того чи іншого типу харчування є місяць з максимальним стоком. На основі диференціації значень зазначених трьох показників В.Л. Шульцем дана шкала класифікації річок Середньої Азії за типами живлення (табл. 15): Таблиця 15. Схема класифікації річок Середньої Азії за типом їх живлення
У курсовій роботі необхідно встановити фази водного режиму і тип живлення річки згідно вищенаведеної класифікації. Список використаних джерел 1. Біленко В.А. Аналіз умов формування і розрахунок основних статистичних характеристик стоку малих річок Киргизстану: Методичний посібник до курсової роботи з гідрології суші для студентів ЕТФ / Киргизько-Російський Слов'янський університет. - Бішкек, 2008. - 36 с. 2. Горошків І.Ф. Гідрологічні розрахунки. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979 3. Радянський енциклопедичний словник / Гол. ред. А.М. Прохоров. - 3-е вид. - М.: Сов. енциклопедія, 1984. 1600 з. 4. Ресурси поверхневих вод СРСР. Том 14. Середня Азія. Вип.1. Басейн р.. Сир-Дар'ї. Під ред. І.А. Ільїна. - Л.: Гідрометеорологічному видавництво, 1969. - 438 с. 5. Киргизька Радянська Соціалістична Республіка: Енциклопедія / Гол. ред. Б.О. Орузбаева. - Ф.: Головна редакція Киргизької Радянської Енциклопедії, 1982. - 488 с. 6. Ошська область: Енциклопедія / Гол. ред. Б.О. Орузбаева. - Ф.: Головна редакція Киргизької Радянської Енциклопедії, 1989. - 448 с. 7. Атлас Киргизької республіки. Том перший. Природні умови і ресурси. - М., 1987. 8. Г.В. Железняков, Т.А. Неговський, О.Є. Овчаров. Гідрологія, гідрометрія і регулювання стоку. - М.: колос, 1984. - 205 с. Будь ласка, не зберігайте тестовий текст. |