Лекция №8 Тема: гидрологические расчеты

Гидрологи́ческие расчёты — раздел гидрологии суши, занимающийся разработкой методов, позволяющих рассчитать величины, характеризующие гидрологический режим

Результаты расчётов обычно даются в виде средних значений и величин различной вероятности их повторений.

Задачи, решаемые в процессе гидрологических расчётов, можно разделить на следующие основные группы:

• расчёты стока воды, в том числе нормы годового стока, максимальных расходов половодий и паводков, внутригодового распределения стока, минимальных расходов воды, продолжительности бессточного периода (перемерзания и пересыхания рек), гидрографов половодий и паводков;

• расчёты гидрометеорологических характеристик водных объектов, в том числе испарения с поверхности воды и суши, атмосферных осадков;

• расчёты водного баланса отдельных водных объектов;

• расчёты стока наносов, переформирования берегов и заиления водохранилищ;

• расчёты динамики водных масс, в том числе элементов ветрового волнения, сгонно-нагонных денивеляций, течений;

• расчёты характеристик термического режима, в том числе сроков замерзания и вскрытия водоёмов, толщины льда и снега, температуры воды;

• расчёты гидрохимических характеристик, в частности минерализации воды водоёмов и содержания в ней отдельных компонентов.

Решение всех этих задач достигается несколькими методами, основными из которых являются балансовый и метод математической статистики.

Гидрологический расчёт водотоков — определение характеристик, количественно описывающих гидрологический режим водотоков. Совокупность закономерно повторяющихся пространственно-временных изменений состояния водных объектов (водотоков) называется гидрологическим режимом, формирование гидрологического режима — гидрологическим процессом.

В зависимости от изучаемых гидрологических процессов выделяют гидрологические расчёты водного, термического и ледового режимов, речных наносов и русловых процессов. Объём воды, проходящей через поперечное (живое) сечение русла в ед. времени (расход воды), и масса наносов, проносимых через живое сечение в ед. времени (расход наносов),— основные гидрологические характеристики водотока. Изменение этих и других характеристик (уровней и глубин, уклонов поверхности воды, скоростей течения, концентрации наносов, толщин льда и пр.) производится в пунктах стационарных наблюдений на реках (гидрологических постах и станциях). Аналогичные работы в экспедиционных условиях выполняются в ходе изысканий мостовых переходов, гидротехнических изысканий и пр.

Важнейшая характеристика для данного сечения водотока — связь между расходами и уровнями воды — называется кривой расходов. Пользуясь этой кривой, по ежедневно измеряемым уровням воды в реках определяют расходы воды. Хронологический график изменения расходов воды в данном створе водотока называется гидрографом. Площадь, ограниченная гидрографом и осями координат, численно равна объёму стока воды за какой- либо период (например за год, за время половодья).

В зависимости от полноты информации о режиме водотока на участке его пересечения с трассой железных дорог различают гидрологические расчёты: при наличии гидрометрических данных за многолетний период, при их недостаточности и при их отсутствии (например, при расчёте стока с малых водосборов).

В зависимости от цели гидрологические расчеты воды подразделяют на четыре вида.

1. Расчёты для обобщения натурных измерений характеристик (параметров) водотоков. Результаты гидрометрических работ обрабатываются по определенной системе за годичные циклы и публикуются в «Гидрологических ежегодниках». Обобщённые данные, содержащие их гидрологический анализ, публикуются в специальных справочниках по ресурсам поверхностных вод. Систематизированный свод данных учёта вод по количественным, и качественным, показателям, регистрации водопользователей, а также данных учёта использования вод представляет собой Государственный водный кадастр.

2. Расчёты для предсказания будущего гидрологического режима водотоков — гидрологические прогнозы. Их подразделяют на краткосрочные (до 15 сут) и долгосрочные (до нескольких месяцев). При составлении гидрологических прогнозов используют закономерности движения воды на водосборах и в русловой сети, связи гидрологических метеорология элементов и др.

3. Расчёты для регулирования речного стока и составления проектов использования водных ресурсов. Одна из главных задач в этом случае — определение ёмкости водохранилища.

4. Определение расчётных гидрологических характеристик, необходимых для проектирования и обеспечения надёжной эксплуатации всех водопропускных сооружений (мостов, труб и пр.) и гидротехнических сооружений. За критерий расчётной характеристики принимают вероятность её превышения за ряд лет (так например обеспеченность Р). Например, при С = 2% превышение расчётной характеристики может произойти один раз в 50 лет (так например повторяемость характеристики Н). Чем меньше значение обеспеченности, тем больше значение расчётной гидрологические характеристики. В зависимости от класса сооружений (категории ж. д.) значения С нормируются. Например при сооружении мостов на ж. д. первой категории общей сети за расчётный расход воды во время половодья принимают расход при С = 1%. При определении расчётных гидрологических характеристик применяют методы математической статистики.

При отсутствии гидрометрических данных используются карты с изолиниями гидрологических параметров и формулы, учитывающие особенности бассейнов, с которых происходит сток воды. С помощью гидрологических и гидравлических расчётов определяются главные размеры всех водопропускных и других гидротехнических сооружений при проектировании, строительстве и эксплуатации железных дорог.