4 Применение статистических методов в гидрологии. Порядок вычисления расчетного расхода воды заданной обеспеченности при наличии данных гидрометрических наблюдений.

Гидрологические явления и процессы в основном представляют результат действия большого числа факторов. Выяснение закономерностей формируется как следствие многофакторных связей, возможно только статистическими методами. Использование статистических методов в гидрологических расчетах основывается на том, что гидрологические характеристики рассматриваются как совокупность случайных величин.

Случайными считают какие-либо значения одной и той же величины, последовательность появления которой не свзяано с появлением предыдущих значений этой же величины. Теоретическим основанием являются так называемые предельные теоремы теории вероятности, основными положениями которой являются:

1. Закон больших чисел, показывающий, что при очень большом числе случайных однородных явлений их средний результат практически перестает быть случайным и может быть предсказан с достаточной степенью определенности.

2. Центральная предельная теорема, согласно которой явления, возникающие под действием суммы или произведения большого числа независимых случайных факторов образует случайную совокупность, подчиняющейся определенным статистическим законам.

Одной из важнейших величин, определяемых при гидрологических расчетах, является обеспеченность гидрологической характеристики. Это есть вероятность превышения ее (характеристики) над всеми ее возможными значениями или вероятность того, что рассматриваемое значение может быть превышено.

Если ряд гидрологических характеристик расположить в порядке убывания, то обеспеченность m-ного члена ряда, состоящего из n-членов, определяется по формуле:

Р=(m/n)×100%

По этой формуле обеспеченность последнего члена ряда равна 100%, поэтому в гидрологических расчетах вводятся поправки, учитывающие асимптотическое приближение обеспеченности к 100%. Рекомендуется при расчетах эмпирической обеспеченности максимальных расходов применять формулу Крицкого-Менкеля (до 10%):

Р=(m/n+1)×100%

А для расчета годового и минимального стока – формулу Чегодаева:

Р=(m-0,3/n+0,4)×100%

Имея ряд наблюдений по годовым, максимальным и минимальным расходам можно вычислить эмпирическую обеспеченность каждого члена ряда и построить кривую эмпирической обеспеченности. Однако, эмпирическая кривая обеспеченности не дает возможности решать вопросы о расходах за пределами имеющихся наблюдений. Поэтому для экстраполяции эмпирической кривой обеспеченности строят теоретическую кривую, предварительно определяясь с ее параметрами: Q₀, C_v, C_S.

5 Основные виды гидрометрических работ. Оборудование, применяемое для их выполнения.

К задачам гидрометрии относятся измерения: уровней, глубин, рельефа дна и свободной поверхности потока; напоров и давлений; скоростей и направлений течения жидкости; пульсаций скоростей и давлений; элементов волн;

гидравлических уклонов; мутности потока (концентрации наносов); расходов воды, наносов и гидросмеси; элементов, характеризующих термический и ледовый режим потоков и др.

К основным гидрометрическим работам на реках, озерах, водохранилищах относятся:

 обустройство гидрологического поста и организация регулярных изме- рений уровня и температуры воды, мутности воды, рН и минерализации, наблюдения за атмосферными явлениями и погодой в течение всего периода практики;

 нивелирование поперечного профиля долины и вычисление максимального расхода воды за половодье текущего года;

 геодезическая съемка участка реки и измерение глубин с засечками традиционными методами;

 измерение глубин с определением местоположения промерных точек с применением GIS-технологий, построение плана участка русла в изобатах и горизонталях;

 определение истинного положения гидрометрического створа с помощью измерителя направления течений и поверхностными поплавками;

 измерение расхода воды в реке с помощью измерителя скорости потока

(ИСП) и поверхностными поплавками;

 измерение расхода взвешенных и влекомых наносов;

 гидробиологическое обследование участка реки;

 рекогносцировочное обследование русла реки и ее поймы;

 наблюдение за замерзанием и вскрытием водотоков, состоянием ледяного покрова;

 определение механического состава наносов и донных отложений.

Результаты гидрометрических работ широко используются для развития теоретических основ гидрологии и методов гидрологических расчетов и прогнозов.

Уровень воды в реках измеряется над нулем поста и над уровнем моря для территории России уровень моря отсчитывается от нуль-пункта гидрометрического поста города Кронштадта, Балтийское море).

Гидрологический пост – пункт на реке, озере, водохранилище, болоте, выбранный с соблюдением известных правил и оборудованный для производства систематических наблюдений сбора информации по определенной про- грамме и методике. Речные гидрологические посты ведут наблюдения за уровнем, температурой воды, ледяными образованиями и ледовой обстановкой, за распространением водной растительности, измеряют расходы воды и производят метеорологические наблюдения.

В соответствии с водным объектом, на котором оборудован пост, он называется речным, озерным (на водохранилище) или болотным. Речной гидрологический пост, на котором учитывается сток воды, называется расходным, а пост, где ведутся наблюдения только за уровнем воды, – уровенным. Гидрологические посты бывают І-го, ІІ-го и ІІІ-го разрядов. Гидрологические посты первого разряда ведут наблюдения за уровнем и температурой воды, ледовыми образованиями и ледовой обстановкой, за распространением водной растительности, измеряют расход воды и производят метеорологические наблюдения по программе метеорологических постов І-го разряда, по указанию станции производятся наблюдения за продольным уклоном водной поверхности, на отдельных постах ведут наблюдения за расходом наносов. Гидрологические посты ІІ-го разряда ведут наблюдения по программе постов І-го разряда за исключением расходов воды и наносов. Гидрологические посты ІІІ-го разряда ведут наблюдения за уровнем и температурой воды, ледяными образованиями и ледовой обстановкой.

Кроме речных гидрологических постов имеются озерные гидрометеорологические посты І-го и ІІ-го разрядов, которые ведут наблюдения за гидрометеорологическим режимом озер: уровнем и температурой воды, ледовыми явлениями, толщиной льда и снега на льду, ветром, волнением и др.

Гидрологические посты имеют водомерные устройства, по которым производятся измерения уровня воды, и репера, предназначенные для систематического контроля высотного положения этих устройств. По конструкции водо- мерные устройства подразделяются на следующие типы. 1. Реечные (представляют собой рейку, укрепленную на надежно забитой в грунт свае, на устое мос- та, облицовке набережной или естественной вертикальной береговой скале). Длина рейки, прикрепляемой к свае, 1–2 м. Размер делений на рейке 1–2 см. Отсчеты уровня воды по рейке берут глазомерно с округлением до 1 см. Сроки наблюдения: 02 ч,     08 ч, 14 ч, 20 ч. 2. Свайные (ряд свай, вбитых в дно и берег реки или водоема; абсолютные высоты верха каждой сваи определены, от них ведутся  отсчеты  уровня  воды  при  помощи  переносной  водомерной рейки).

3. Реечно-свайные смешанные водомерные посты представляют собой комбинацию реечного поста со свайным. На таких постах фиксация высокого уровня делается по сваям, а низких уровней – по рейке); передаточные (положение уровня каким-либо образом передается к регистрирующей части прибора) и автоматические дистанционные уровнемеры. Самым распространенным передаточным водомерным устройством является самописец уровня воды (СУВ).