Практическая работа № 4 исследование применимости метода соответственных объемов для прогнозов декадного стока

Теоретические основы метода:

Методика прогноза среднедекадных расходов воды в замыкающем створе участка реки разработана в связи с небольшим количеством пунктов, имеющих данные наблюдений о расходах воды внутри одного бассейна.

В общем случае сток в замыкающем створе зависит от величины запасов воды в бассейне

(4.1)

Общие запасы воды в бассейне пропорциональны общему объему воды в русловой сети

(4.2)

Следовательно, записываем

(4.3)

Последняя зависимость является основой методики прогнозов среднедекадных расходов воды в замыкающем створе по объему воды в русловой сети.

Необходимо определить объем на участке реки по формуле

(4.4)

где К = 86400 – переводной коэффициент, число секунд в сутках; - среднее время добегания от верхнего до нижнего створов, ограничивающих участок реки, определяется по соответствующим уровням или по средней скорости течения на участке реки; - средний расход воды на участке в момент времени Т. Среднее время добегания определяется по формуле

, (4.5)

где - длина от устья реки до поста; - средняя скорость течения на участке.

, (4.6)

где - расход в нижнем створе в момент времени ; - расход воды в верхнем створе в момент времени .

Используя данные о расходах воды в опорных створах, условный объем воды на участке реки можно определить по формуле

, (4.7)

где H_i – уровень воды в i-м створе в момент времени Т; P_i – коэффициент водности, вычисляемый как отношение площадей водосборов соответствующих створов к площади водосбора расчетного замыкающего створа.

(4.8)

Условный объем воды в русловой сети находится как сумма условных объемов отдельных участков

, (4.9)

где - условный объем воды в русловой сети в момент времени .

Прогнозная зависимость среднедекадных расходов воды в замыкающем створе от условного объема в русловой сети будет иметь вид

, (4.10)

где – условный объем воды в русловой сети в момент времени T.

Задание:

Разработать методику прогноза средних декадных расходов воды с заблаговременностью 10 суток в створе средней или крупной реки (F > 100 000 км²).

Дать поверочные прогнозы по этой методике за период, не вошедший в ее разработку.

Определить эффективность разработанной методики прогноза.

Исходные материалы:

Схема русловой сети с разделением ее на участки (приточные и бесприточные).

Среднедекадные расходы в нижнем замыкающем створе реки за три летне-осенних месяца трех лет.

Среднесуточные значения уровней воды на 10, 20, 30 (31) числа трех месяцев каждого года по всем опорным створам.

Порядок выполнения работы:

Самостоятельно выбрать створ, для которого будет разрабатываться методика прогноза стока (рисунок 4.1).

Расчетный створ выбирается на крупной или средней реке. Площадь водосбора до него должна быть не менее 100 00 км². Русловое время добегания от верхнего створа основной реки до нижнего выбранной речной системе должно быть не менее 10 суток. На главной реке и основных притоках необходимо иметь не менее пяти опорных створов, по которым имеются данные об уровнях воды за летне-осенний период трех лет, при этом речная система должна иметь не менее трех участков, один или два из которых должны быть приточными.

Рисунок 4.1 - Схема расчетного участка реки. Арабскими цифрами пронумерованы опорные створы, римскими цифрами обозначены номера участков.

Разработка методики прогнозов декадного стока:

Разработка методики прогнозов декадного стока показана на примере речной системы, выбранной в бассейне р. Енисей. Расчетным створом является д. Сухая Тунгуска (рисунок 4.1).

В таблицах 4.1 и 4.2 приведены исходные данные, необходимые для разработки методики прогнозов. В таблице 4.3 приведены расчетные коэффициенты водности для выбранных опорных створов. В таблицах 4.4-4.6 расчеты условных объемов в русловой сети для построения прогнозной зависимости произведены для одного года, но для выполнения работы подобные расчеты необходимо сделать для двух лет.

Используя данные 8 и 9 граф таблицы 4.6 строится прогнозная зависимость декадного стока от объемов воды в русловой сети (рисунок 4.2).

Таблица 4.1 - Средние суточные значение уровней воды на конец декады р.Енисей

№ пп	Река-пункт	Декада	1988			1989
			VII	VIII	IX	VII	VIII	IX
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	р. Енисей – г. Енисейск	1	454	318	368	507	744	423
		2	523	302	294	482	505	398
		3	370	433	234	520	325	374
2	р. Енисей – с.Ворогово	1	346	284	306	400	447	306
		2	384	268	275	352	365	326
		3	298	278	231	366	275	302
3	р. Подкаменная Тунгуска – с. Кузьмовка	1	332	312	337	309	239	320
		2	282	272	394	325	258	402
		3	266	301	340	256	394	327
4	р. Енисей – д. Бахта	1	496	304	399	554	494	347
		2	521	292	338	423	508	432
		3	362	272	242	429	336	359
5	р. Енисей – д.Сухая Тунгуска	1	818	530	598	760	625	595
		2	689	507	580	650	765	653
		3	649	500	531	614	628	622

Таблица 4.2 - Среднедекадные расходы воды в замыкающем створе р.Енисей – д. Сухая Тунгуска

Год	Декада	Месяц
		VII	VIII	IX	X
1	2	3	4	5	6
1988	1	-	12600	11900	10800
	2	15500	1140	12900	-
	3	15300	11400	12400	-
1989	1	-	14700	14100	14400
	2	18600	20100	15000	-
	3	15400	17400	16200	-

Таблица 4.3 - Расчет коэффициента одности для опрных створов

№ створа	Название створов	Площадь водосбора, Fi, км2	Коэффициент водности
1	2	3	4
1	г. Енисейск	1 420 000	0,75
2	с. Ворогово	1 510 000	0,80
3	с. Кузьмовка	218 000	0,12
4	д. Бахта	1 770 000	0,93
5	д. Сухая Тунгуска	1 900 000	1,00

Таблица 4.4 - Среднее время добегания для каждого участка

№ участка	, сут.
I	4
II	2
III	4

Таблица 4.5 - Определение суммарных значений РН для выбранных участков реки

№ участка	№ створа	Pi	VII						VIII						IX
			I		II		III		I		II		III		I		II		III
			H	РH	H	РH	H	PH	H	PH	H	PH	H	PH	H	PH	H	PH	H	PH
I	1	0,75	454	341	523	392	370	278	318	238	302	226	433	325	368	276	294	221	234	175
	2	0,80	346	277	384	307	298	238	284	227	268	214	276	222	306	245	275	220	231	185
				618		699		516		465		440		547		521		441		360
II	2	0,80	346	277	384	307	398	238	284	227	268	214	276	222	306	245	275	220	231	185
	3	0,12	332	40	282	34	266	32	312	37	372	45	301	36	337	40	394	47	340	41
	4	0,93	496	461	521	485	362	336	304	283	292	272	272	253	399	372	338	314	242	225
				778		826		606		547		531		511		657		581		451
III	4	0,93	496	461	521	485	362	336	304	283	292	272	272	253	399	372	338	314	242	225
	5	1,00	818	818	689	689	649	649	530	530	507	507	500	500	598	598	580	580	531	531
				1279		1174		985		813		779		753		970		894		756

Таблица 4.6 - Расчет условных объемов воды в русловой сети

Годы	Месяцы	Декады	Обозначение	№ участка			Wусл.т
				1	2	3
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1988	VII	1	PH	618	778	1279	9650	15500
			Wi	2570	1560	5120
		2	PH	697	826	1174	9180	15300
			Wi	2790	1650	4740
		3	PH	516	606	985	7210	12600
			Wi	2060	1210	3940
1988	VIII	1	PH	465	547	813	6200	11400
			Wi	1860	1090	3250
		2	PH	440	538	779	5940	11400
			Wi	1160	1060	3120
		3	PH	547	511	753	6240	11900
			Wi	2200	1020	3020
1988	IX	1	PH	521	657	970	7270	12900
			Wi	2080	1310	3880
		2	PH	441	581	894	6500	12400
			Wi	1760	1160	3580
		3	PH	360	451	756	5420	10800
			Wi	1440	900	3020

Рисунок 4.2 - График связи .

Порядок составления поверочных прогнозов и оценка эффективности методики:

Поверочные прогнозы производятся по графику связи для года, не вошедшего в разработку методики. Для этого года (в нашем случае 1990) рассчитываются условные объемы воды как и в предыдущем случае (таблицы 4.5 - 4.6).

Полученные величины условных объемов заносятся в графу 4 таблицы 4.7. По данным графам с графика снимаются прогнозные значения среднедекадных расходов воды и заносятся в графу 5. В графе 6 таблицы 4.7 помещаются действительные значения среднедекадных расходов воды. Ошибка прогнозов определяется как разность спрогнозированного и наблюденного расхода воды (графа 8). В графе приводятся относительные величины ошибок прогнозов, выраженные в процентах. Методика прогноза считается эффективной, если средняя ошибка прогноза не превышает 15 %.

Таблица 4.7 - Поверочные прогнозы. Расчет эффективности прогнозов

Год	Месяц	Декады		Qпр, м3/с	Qнаб, м3/с	, м3/с
1	2	3	4	5	6	7	8
1990	VII	1	8680	14600	14100	500	3,6
		2	8760	14700	13900	800	5,5
		3	6850	12400	12600	200	1,6
1990	VIII	1	6120	11600	11400	200	1,8
		2	5740	11100	11400	300	2,6
		3	6150	11600	11900	300	2,5
1990	IX	1	7310	13000	12800	200	1,6
		2	6220	11700	12200	500	4,1
		3	5450	10800	10900	100	1,0