Курсовий проект
по темі: "Аналіз умов формування і розрахунок основних статистичних характеристик стоку річки Кегети"
Введення
Метою курсової роботи є оволодіння основами науково-технічного аналізу, гідрологічного аналізу, гідрологічних характеристик і явищ, закріплення теоретичних знань і самостійне застосування їх на практиці при виконанні гідрологічних досліджень і розрахунків.
Для аналізу умов формування та розрахунку основних статистичних характеристик стоку річки Кегети в даній курсовій роботі використано таблиць, трафіків і малюнків.
Всього в курсовій роботі 3 частини. У першій частині визначаються гідрографічні характеристики річки і річкового басейну. Сюди входить довжина ріки, її звивистість, ухил. Також тут визначаються морфометричні характеристики басейну (площа водозбору, довжина і ширина басейну, коефіцієнти, що характеризують басейн).
У другій частині визначаються фізико-географічні чинники стоку: географічне положення, геологічна будова басейну, рослинний покрив, орографія і рельєф басейну, середня висота водозбору, опади, випаровування.
У третій частині визначається внутрішньорічний розподіл за аналогією з розподілом реального року. За лімітуючий місяць прийнятий лютий, а за лімітуючий сезон - січень, лютий, березень. За початок гідрологічного року прийнято 1-е квітня.
1. Гідрографічні характеристики річки і річкового басейну
1.1 Характеристики гідрографічної мережі
Гідрографічною мережею називається сукупність усіх водних об'єктів (водотоків і водойм), розташованих на певній території і знаходяться у взаємозв'язку і взаємодії. Гідрографічна мережа може бути деяким чином описана за допомогою таких характеристик, як довжини основної річки та її приток, звивистість річки, густота річкової мережі, розгалуженість річок, озерність і заболоченість.
У тому випадку, коли мають на увазі тільки водотоки, говорять про річкової мережі або річковій системі. Ці два поняття схожі, але коли говорять про річковій системі, мають на увазі ще й чітко виражений річковий басейн.
Всі основні характеристики річкової мережі можна визначити по карті прийнятного масштабу з використанням необхідних інструментів і застосуванням відповідних формул. На рис. 1 поміщена частина топографічної карти масштабу 1: 200 000 з зображенням річкового басейну р.. Кегети в її перебігу. Створ, що обмежує нас цікавить ділянка річки з відповідним басейном, знаходиться на гідропост Лісовий кордон.
Довжина річки
Довжиною річки називається відстань від витоку річки до гирла, виміряний вздовж річки. При цьому витоком річки є те місце, де починається постійне протягом води, а гирлом-те місце, де річка кінчається. Джерелом може бути льодовик, джерело, озеро або болото, а гирлом - місце впадання її в іншу річку, озеро або море. Іноді річка просто губиться в пісках або «тоне» у карстових породах, не доносячи свої води до іншого водного об'єкту. Тоді кажуть, що біля річки сліпе гирлі.
Довжина річки може бути визначена по карті з використанням штангенциркуля. Здійснюється це наступним чином. Встановлюють розчин штангенциркуля рівним, наприклад, 5 мм, поміщають прилад у точку початку відліку (звичайно це джерело, але може бути і гирло) і починають «крокувати» вздовж річки, повторюючи всі її вигини і підраховуючи кількість «кроків». Чим менше розчин циркуля і чим більше спрямлено русло річки, тим більше точними будуть вимірювання. У процесі вимірювання постійно перевіряють незмінність розчину. Для забезпечення більшої точності вимірювання повторюють вдруге, але в зворотному напрямку. За остаточне значення приймається середнє між двома відліками.
Очевидно, формула для визначення довжини річки має вигляд:
L = α n M, (1)
де α - поправочний коефіцієнт, що вводиться на звивистість, визначається візуально, n - середня кількість відкладень, М - значення розчину циркуля в масштабі карти.
Русла річок басейну р.. Кегети характеризуються малою звивистістю, тому досить прийняти значення коефіцієнта α рівним 1,01. Масштаб карти 1: 200 000 говорить про те, що 1 см на карті відповідає 2 км на місцевості. Значить, розчину штангенциркуля в 5 мм відповідає 1 км довжини річки і M = 1.
Дані вимірювань по карті і отримані результати обчислення довжин за формулою (1) для основної річки та головних приток зручно звести в таблицю (табл. 1).
Таблиця 1. Відомість вимірювання довжин річок в басейні річки Кегети
№ | Назва річки | α | L, Км | Відстань від створу, км |
1 2 3 4 5 6 7 | Кегети Кель-Тер Приплив-2 Приплив-3 Ат-Джайлоо Приплив-5 Приплив-6 Приплив-7 | 1,01 | 22,0 17 5 4,1 10 4,5 1,5 4 | - 0,4 4,5 4,9 9,8 13,5 16,5 16,6 |
Звивистість
Важливою гідрографічної характеристикою річки є ступінь звивистості русла, який визначається коефіцієнтом звивистості:
K изв = L / L ', (2)
де L - довжина ріки на даній ділянці, виміряна з урахуванням всіх звивин, а L '- довжина відрізка, що з'єднує по прямій лінії початок і кінець річки на даній ділянці. З формули випливає, що K изв - величина безрозмірна і не може бути менше 1. Причому K изв = 1 відповідало б нагоди, коли річка скоєно пряма, тобто L '= L. Чим більше значення коефіцієнта К изв, тим більше річка звивиста. Гірські річки, як правило, характеризуються найбільш випрямлення русла, а значить, найменшими значеннями До изв.
Для р. Кегети L = 22 км, а L '= 21,56 км, так що коефіцієнт звивистості за формулою (2) має значення:
K изв = 22 / 21,56 = 1,02.
Гідрографічна схема річкової мережі
Річка з усіма своїми притоками може бути умовно зображено у вигляді гідрографічної схеми. Схематичність зображення має на увазі те, що річки втрачають свою звивистість і представлені як відрізки прямих, а притоки проведені під довільним кутом (зазвичай близько 30-40 °) до головної річки. Щирими дотримуються лише довжини річок (у масштабі) і взаємне розташування приток.
Отже, побудова такої схеми відбувається наступним чином: по горизонталі у вибраному масштабі відкладається лінія головної річки (зазвичай витік залишається зліва, а гирло - праворуч), від неї проводяться (також у масштабі) притоки з точок їх впадання, причому місце розташування цих точок визначається за відстані від гирла, обчисленому раніше (табл. 1). У ліній виписуються назви приток (або їх номера, коли назви), їх довжина в км і відстань від гирла до місць впадання приток.
Гідрографічна схема р. Кегети зображена на рис. 2.
Поздовжній профіль і ухил річки
Поздовжній профіль і ухил річки тісно пов'язані між собою. Поздовжній профіль являє собою графічну побудову, яке дозволяє простежити, як змінюються висотні позначки точок річки на протязі річки від витоку до гирла. На профілі наочно видно, які ділянки річки характеризуються більшою крутістю, а які більш пологі. Ухил річки дає уявлення про величину такого висотного зміни і робить можливим кількісне порівняння крутизни різних ділянок річки.
Найчастіше річки беруть початок в горах або на височинах, і тому у верхній течії їм властиво різке зниження висоти і швидке, бурхливий перебіг. Це тим більше справедливо для річок Киргизстану, які починаються високо в горах. Те ж можна сказати і про р. Кегети, витік якої має позначку близько 3805 м. У таких випадках кажуть, що у верхній течії ухил річок має великі значення. Далі за течією ухил, звичайно, зменшується, і в так званому середній течії річки стають все більш спокійними. І в нижній течії ухил річки стає малозначущим або навіть майже нульовим, а ерозія, яка переважає на більш високих ділянках річок, поступається свою чільну роль процесам акумуляції. Це загальне правило добре виконується для досить великих річок, що протікають здебільшого на великих рівнинах, але для таких невеликих річок, як р. Кегети, що протікають до того ж майже повністю в гірській області, ухили залишаються значними практично на всьому протязі річки. Це можна простежити на графіку поздовжнього профілю на рис. 3.
Поздовжній профіль будується на підставі даних про висоти окремих характерних точок русла і довжині ділянок річки між цими точками. Ці дані можна зняти з тією ж топографічної карти на рис. 1. Характерними точками можна вважати місця різкого збільшення або зменшення глибин, пороги, перекати, острови, гирла приток, місця підпору, змін ширини русла та ін Але визначити їх по карті не представляється можливим. Тому застосовують інший підхід. Вимірюють відстані від витоку до всіх перетинають річку горизонталей, визначають висотні позначки точок перетину річки з горизонталями, а також висоти витоку і гирла. У прямокутній системі координат по горизонтальній осі відкладають відстані від витоку, по вертикальній осі - висотні позначки і будують графік поздовжнього профілю, з'єднуючи відрізками точки, координати яких визначені по карті. Графік супроводжується пояснюючим таблицею. Дані в цій таблиці прив'язані до характерних точок, на підставі яких побудований графік, і включають в себе наступні пункти: відстань від витоку, висотні позначки точок, падіння висоти (визначається як різниця між висотами сусідніх точок), ухил на ділянці і середній ухил для всієї річки в цілому (поняття «ухил» розглядається нижче). Таким чином побудований поздовжній профіль для р. Кегети. Але на ньому пропущені деякі точки, які не вносять істотної зміни в рельєфність графіка, для того щоб не захаращувати малюнок зайвими даними.
Ухилом називається відношення падіння річки на деякій ділянці до довжини цієї ділянки. Формула для обчислення ухилу річки має вигляд:
i = Δ H / l, (3)
де Δ H - різниця висотних відміток на початку та в кінці ділянки річки [м], на якому необхідно обчислити ухил i, l - довжина цієї ділянки [м або км].
Ухил - величина безрозмірна і може виражатися в десяткових дробах або в промілле (‰) залежно від вибору одиниці вимірювання l у формулі (3). Ухили для р. Кегети обчислені в проміле, тобто в тисячних частках i. Як видно з рис. 3, максимальний ухил 160 ‰ річка Кегети має на перших 4400 м від місця свого утворення, далі по річці до точки з абсцисою 11,4 км на різних ділянках ухил коливається від 100 до 150 ‰, а нижче за течією - від 20 до 100 ‰ .
1.2 Морфометричні характеристики басейну
Річковим басейном називається частина земної поверхні, включаючи товщу почвогрунтов, з якою відбувається стік дощових, талих, підземних вод у річкову систему. При цьому розрізняють сток поверхневий, що відбувається по поверхні землі, і підземний в товщі гірських порід. Лінія на земній поверхні, що розділяє стік по двох протилежних напрямках, називається вододілом. Водороздільна лінія, яка обмежує річковий басейн, добре простежується в горах, проходить по вершинах гірських хребтів і направляє випали атмосферні опади по двох протилежних схилах в два або більше сусідніх басейну. Складніше визначити вододіл на рівнинних територіях і тим більше важко встановити вододіли для підземного стоку. Тому у всіх випадках річковий басейн ототожнюють з поверхневим водозбором [1].
До морфометричних характеристик басейнів відносяться параметри річкового водозбору: площа, форма, висота й ухил.
Площа водозбору річки Кегети
На карті (рис. 4) виділені водозбірні площі головної річки, основних приток і беспріточние простору (БПП). Для зручності виділені площі винесені на окремий малюнок (мал. 5) і пронумеровані. За цим зображенню за допомогою палетки проведені вимірювання площ. Результати вимірювань зведені в таблицю (табл. 2).
Вимірювання площ виглядає так. Перш за все, необхідно встановити ціну поділки палетки в масштабі карти. Довжина сторони чарунки використовуваної палетки дорівнює 5 мм, що відповідає на карті 1 км. Отже, площа однієї клітинки в масштабі карти дорівнює 1 км 2. Після того, як ціна розподілу визначена, палетку накладається на карту і підраховується кількість осередків, що припадає на той чи інший водозбір. Сума неповних осередків ділиться навпіл і складається з кількістю цілих осередків. Отримане число і є шукана площа, виражена в км 2.
Таблиця 2. Відомість вимірювання площі водозбору р. Кегети
№ | Водозбір притоку / БПП | Площа, км 2 | № | Водозбір притоку / БПП | Площа, км 2 |
1 2 3 4 5 6 7 8 | БПП-1 Приплив-I БПП-2 Приплив-II БПП-3 Протока-III БПП-4 БПП-5 | 3,75 8,5 5,5 31 9,25 4,25 4,75 12,75 | 9 10 11 12 13 | Приплив-IV БПП - 6 Приплив-V БПП-7 Приплив-VI | 7.25 17 3.5 2.5 68 |
Сума = 178 км 2 |
Довжина і ширина басейну
Довжина басейну L визначається відстанню від гирла річки до найбільш віддаленої точки басейну. Якщо басейн має правильну форму, вона визначається по прямій. Але таке буває нечасто. Зазвичай басейн має неправильну вигнуту форму. У таких випадках L вимірюється по медіані. Медіана являє собою лінію, яка проходить через центри кіл, вписаних в басейн і стосуються двох протилежних сторін басейну.
На рис. 5 проведена медіана для басейну Кегети. Її довжина в масштабі карти L = 24 км.
Середня ширина басейну B ср [км] визначається діленням площі басейну F на його довжину L:
B ср = F / L. (4)
Для р. Кегети B сер = 178 / 24 = 7.4 км.
Найбільша ширина басейну У max характеризується довжиною найбільшого перпендикуляра до лінії довжини басейну. Як видно на рис. 5, найбільший перпендикуляр перетинає басейн р.. Кегети на відстані близько 14,4 км по головній річці від гирла і становить 12 км.
Коефіцієнти, що характеризують басейн
Коефіцієнт асиметрії басейну а характеризує нерівномірність розподілу площ правої і лівої частин басейну (по відношенню до головної річки) і обчислюється за формулою
, (5)
де F л і F пр - площі лівобережної та правобережної частин басейну [км 2]. Коефіцієнт асиметрії басейну Кегети, обчислений за формулою (5), становить α = 44/178 = 0,25. Як можна судити за формулою, знак «+» відображає той факт, що F л> F пр, а модуль коефіцієнта α характеризує величину перевищення.
Коефіцієнт витягнутості водозбору d характеризується відношенням довжини водотоку до середньої ширині водозбору і визначається за формулою
d = L 2 / F. (6)
Коефіцієнт форми водозбору - величина зворотна коефіцієнту витягнутості:
d 1 = B / L = F / L 2. (7)
Для басейну Кегети коефіцієнти d і d 1 по формулах (6) і (7) відповідно становлять 3.24 і 0.3.
Графік наростання площі басейну річки по довжині головної річки
Цей графік дає уявлення про характер збільшення площі басейну від витоку до гирла. Для його побудови необхідно знати площі водозборів основних приток річки, площі міжбасейнового просторів і відстані від гирла по головній річці до місць впадання приток. Всі ці дані наведені в табл. 1 і 2.
Точкою відліку на графіку вибирається гирлі, в обраному масштабі по горизонтальній осі від неї відкладається довжина головної річки [км], по вертикалі - площі [км 2]. Окремо будується графік наростання для правого берега (вниз від осі абсцис) і для лівого берега (вгору від неї). На тому ж кресленні зазвичай будується і сумарний по двох берегів графік наростання площі басейну річки шляхом геометричного підсумовування ординат графіків наростання площ по правому і лівому берегах. Підсумовування площ з пунктiв, відповідних місцях впадіння по правому і лівому березі послідовно усіх приток в напрямку від витоку до гирла головної річки.
Графік наростання площі басейну р.. Кегети, побудований за описаним вище принципом, представлений на рис. 6.
2. Фізико-географічні фактори стоку
Визначальне значення для стоку і його розподілу протягом року має взаємодія двох факторів: клімату і підстилаючої поверхні, які будуть розглянуті в цьому розділі.
2.1 Фактори підстилаючої поверхні
Географічне положення і геологічна будова басейну
Кегети представляє собою невелику річку на південно-заході гірської системи Тянь-Шань. Тянь-Шань - це велике гірське підняття в Центральній Азії, яке простягнулося з заходу на схід на 2450 км, яке знаходиться в оточенні середньоазіатських і китайських пустель. Як відомо, нерівності земної поверхні формують кліматичні особливості, невластиві даному регіону, впливають на перерозподіл надходить тепла, кількості опадів і значення всіх залежних від цих характеристик метеовеличин і, отже, суттєво змінюють кліматичну картину і режим річкового стоку.
Кегети бере початок в центральній частині Киргизького хребта і стікає по його північному схилі. Довжина її на даному відрізку, як встановлено раніше, від витоку до створу поблизу поста Лісовий кордон складає 22 км. Басейн невеликий за площею (близько 178 км 2) і повністю лежить у субтропічних широтах. Протяжність басейну в географічних координатах така: від 74 ° 20 'східної довготи до 74 ° 25 'східної довготи за широтою і від 42 ° 30 'пн.ш. до 42 ° 40 'пн.ш. по меридіану.
У домезозойской структурі на території Киргизстану виділяють 4 великі структурні області: Північний, Серединний і Південний Тянь-Шань і Північний Памір. Басейн р.. Кегети відноситься до Яссінско-Майдантооской зоні Південного Тянь-Шаню. Ця зона відокремлюється у східній половині області Киргизького хребта.
Рослинний і грунтовий покрив
За даними джерела [4], 56% території басейну займає гірничо-Лугова, субальпійська і альпійська рослинність, що вимагає для свого проростання постійного високого зволоження. Лугова рослинність не дуже густа (покриття поверхні грунту рослинністю всього 60 - 80%) і досягає висоти до 1 м. Субальпійський пояс представлений густою рослинністю (ступінь покриття 85 - 90%) заввишки 35 - 50 см. Альпійська рослинність покриває грунт на 50 - 80 % і досягає висоти 25 - 35 см.
Ліси, рідколісся і чагарники займають значні території (37%) і поширені по схилах хребтів північних і близьких до них експозицій.
Скелясті ділянки гребенів і схилів, осипи і сучасні морени в області льодовиків займають 7% басейну і мають розріджені рослинний покрив у вигляді окремих екземплярів альпійських трав або подушковідних рослин.
Перераховані види рослинності формують відповідні типи грунтів: гірські коричневі і гірничо-лісові (20%) і світло-бурі лучно-степові (80%). Почвообразующими породами першої групи є пухкі лесові і лесовидні породи на делювіальних і елювіальних відкладах. За механічним складом вони дрібнозернисті, щебнисті і хрящувато-щебенисті. Водопроникність досягає 1,8 - 2,12 мм / хв, лісові грунти, прикриті лісовою підстилкою, повністю поглинають дощові і талі води і поверхневого стоку не дають.
Грунти другої групи займають найвищі ділянки схилів хребтів. Ці грунти малопотужні, слабо диференційовані на горизонти і щебнисті, формуються під альпійським і субальпійським щільним лучно-степовим травостоєм. Характерно близьке залягання грунтово-грунтових вод.
Орографія та рельєф басейну
Долина р.. Кегети спрямована субмерідіанально з півдня на північ. З півдня Киргизький хребет. Таким чином, долина має ухил з півдня на північ і виявляється навітряного для західних і південно-західних влагонесущим повітряних мас. А це в сукупності з розташуванням хребтів, що сходяться на сході, створює умови для випадання великої кількості опадів.
Середня висота водозбору
Для встановлення середньої висоти басейну існує як мінімум два способи: можна визначити її за гипсографической кривої басейну або обчислити за формулою (8):
,
де Н сер - середня висота водозбору, м; f 1, f 2, ... f n - приватні площі водозбору, укладені між горизонталями, км 2; Н 1, Н 2, ... Н n - середні висоти між горизонталями, м; F - загальна площа водозбору, км 2. Для визначення Н ср у разі водозбору р. Кегети зручніше скористатися першим способом, оскільки обчислення приватних площ f між усіма горизонталями, як того вимагає другий спосіб, представляється скрутним.
Гипсографическая крива дає наочне уявлення про розподіл площі басейну по висотних зонах. Для її побудови весь діапазон висот у басейні розбивається на 8 висотних ступенів і вимірюються площі, розташовані між горизонталями цих ступенів і лінією вододілу. Чим більше амплітуда висоти в басейні, тим більші інтервали висоти беруться для окремих ступенів.
Найвищою точкою басейну Кегети є точка з відміткою 4444 м, мінімального значення висота досягає в районі створу - 1500 м, амплітуда становить 2944 м. У відповідність з методикою, цей інтервал слід розбити на 8 висотних ступенів. Отримані таким чином значення горизонталей послужили основою розбиття площі басейну, представленого на рис. 7. Висотні відмітки горизонталей і результати обчислення площ, укладених між ними, наведені в табл. 3.
За даними вимірів площ та відміток горизонталей будується графік розподілу площ по висотних зонах, що показує розміри площ, що лежать між висотними відмітками. Він має вигляд столбчатой діаграми, по горизонталі відкладаються площі, по вертикалі - висотні відмітки. Для Кегети цей графік представлений на рис. 8.
Після того як графік розподілу площ побудований, будується крива наростання площ за висотними зонах - гипсографическая крива, яка може бути отримана шляхом послідовного підсумовування площ, відкладених по осі абсцис на попередньому графіку. Точки гипсографической кривої відкладаються на нижніх межах висотних інтервалів і з'єднуються плавною лінією. На графіку під масштабом площ наноситься шкала відсотків з розрахунку, що загальна площа басейну дорівнює 100%. Точці на кривій з абсцисою 50% і буде відповідати висота на осі ординат, яку можна вважати середньою висотою водозбору. Гипсографическая крива басейну р.. Кегети побудована на рис. 9
Таблиця 3. Відомість вимірювання площ висотних зон басейну р.. Кегети
№ | Висотні відмітки горизонталей, м | Площа висотної зони, км 2 | |
Від | До | ||
1 2 3 4 5 6 7 8 | 4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1500 | 4444 4000 3600 3200 2800 2400 2000 |
1600