Аналіз умов формування і розрахунок основних статистичних характеристик стоку річки Кегети

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

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

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 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

1956

2,98

2,30

55,63

26

1957

2,16

2,30

57,88

27

1958

2,35

2,29

60,14

28

1959

2,47

2,28

62,39

29

1960

2,08

2,26

64,64

30

1961

2,30

2,23

66,89

31

1962

2,99

2,22

69,14

32

1963

2,23

2,16

71,40

33

1964

2,56

2,16

73,65

34

1965

2,16

2,15

75,90

35

1966

3,01

2,15

78,15

36

1967

2,67

2,12

80,41

37

1968

2,30

2,11

82,66

38

1969

2,88

2,08

84,91

39

1970

2,56

2,00

87,16

40

1971

2,30

1,96

89,41

41

1972

2,72

1,88

91,67

42

1973

2,64

1,81

93,92

43

1974

1,96

1,80

96,17

44

1975

2,26

1,58

98,42

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

Р%

0,1

1

5



99,9

Ф P%







K P%







Q P%







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:

  1. за наявності спостережень за період не менше 10 років: а) розподіл за аналогією з розподілом реального року, б) метод компонування сезонів;

  2. при відсутності або недостатності (менше 10 років) даних спостережень: а) за аналогією з розподілом стоку вивченою ріки-аналога; б) по районних схемами і регіональним залежностям параметрів всерединірічного розподілу стоку від фізико-географічних чинників.

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:

  1. міжсезонне розподіл, що має найбільш важливе значення;

  2. внутрісезонное розподіл (по місяцях і декадах, встановлюваний 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.

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

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII













Розрахункові обсяги (млн. м 3) 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:

  1. за наявності спостережень за період не менше 10 років:

а) розподіл за аналогією з розподілом реального року;

б) метод компонування сезонів;

  1. при відсутності або недостатності (менше 10 років) даних спостережень: а) за аналогією з розподілом стоку вивченою ріки-аналога;

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

Індекс типу харчування

Типи річок

W VII - IX

(У% від річного)

Місяць з максимальним стоком

I

Річки льодовиково-снігового живлення

> 1.00

³ 38

VII, VIII

II

Річки снігово-льодовикового живлення

0,99-0,27

40-17

V, VI

III

Річки снігового живлення

0,26-0,18

16-12

IV, V

IV

Річки снігово-дощового живлення

0,17-0,00

13-0

III, IV, V

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.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Геологія, гідрологія та геодезія | Курсова
259.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Розрахунок основних статистичних характеристик і взаємозв`язок результатів вимірювань
Розрахунок основних характеристик газопроводу на ділянці Олександрівське-Раскін
Економетричний аналіз основних числових характеристик
Дослідження статистичних характеристик випадкової послідовності
Розрахунок багаторічної величини річного стоку
Аналіз та розрахунок характеристик среднеорбітальних системи типу ГЛОНАС NAV-STAR
Обчислення стоку води і стоку наносів
Лазерна система для вимірювання статистичних характеристик просторових квазіперіодичних структур
Розрахунок статистичних показників
© Усі права захищені
написати до нас