10.Жылдық ағынды үлестірімі.

Гидрологиялық есептеулер тәжірибеде кездесетін бірқатар жылдық ағынды үлестірімі сұлбаларын екі топқа бөлуге болады: типтік және есептік. Типтік сұлба өзендер ағындысына климаттық факторлардың әсерін бейнелейді және жылдық ағынды үлестірімі жөнінде жалпы түсінік береді. Есептік сұлбалар сулылығы әртүрлі жылдардың жыл ішіндегі ағынды үлестірімін және жыл ішіндегі суы мол және суы аз кезеңдердің қатынастарын сипаттайды.

Типтік жылдық ағынды үлестірімі үш тәсілдің біреуімен орындалуы мүмкін:

● физикалық-географиялық жағдайлары бойынша біртекті аудандарында жүргізілген бақылау кезеңі бойынша алынған қолда бар гидрографтар жиынтығының ішінен анағұрлым типті гидрограф таңдалады;

● барлық жылдар үшін күнтізбелік даталар бойынша орташаланған гидрограф (орташа жасалған үлестірім) алынады;

● су режимінің фазалары бойынша орташаландырылып сұлбаланған гидрограф қабылданады.

Жылдық ағынды үлестірімін анықтау кезінде есептік жыл ретінде күнтізбелік, гидрологиялық немесе су шаруашылығы жылы қабылдануы мүмкін. Ағынды есептеу тәжірибеде құрылысты жобалау мақсатында есептік жыл ретінде суы мол кезеңнен (су тасу кезеңі) басталатын су шаруашылық жылы пайдаланылады. Шығыс Еуропа елдерінде көбінесе қарашадан басталатын гидрологиялық жыл пайдаланылады [5].

Жылы кезеңдер мен маусымдарға бөлу өзен режимінің типіне және пайдаланудың түріне байланысты жүзеге асырылады. Ағындыны жыл ішіндегі маусым бойынша үлестіру ағынды фазасының сулылығына, ал маусым іші үлестірімі негізінен маусымны сулылығына тәуелді. Маусым бойынша ағындының үлестірілуін білудің тәжірибелік маңызы зор және ол маусым іші үлестіріміне қарағанда дәлірек есептеледі. Сондықтан маусым бойынша ағынды үлестірімі мен маусым іші ағынды үлестірімі жеке-жеке есептеледі, бұл нәтижесінде жылдық ағынды үлестірімін береді.

Гидрометеорологиялық бақылау деректері бар болған жағдайда есептеу. Су шаруашылығы жобалауының міндеттеріне қарай ағындының жылдық үлестірімі күнтізбелік тізбек немесе су өтімдерінің кему ретіне қарай берілуі мүмкін. Бірінші жағдайда есептік гидрограф тұрғызылады немесе есептеудің кестелік түрі пайдаланылады, екінші жағдайда тәуліктік су өтімінің тұру ұзақтығының қисығы (қамтамасыздығы) тұрғызылады. Бірінші жағдайды қарастырайық [5].

Әдістердің ішіндегі ең қарапайымы ағынды үлестірімін нақты жылдар бойынша есептеу. Жобалауда қойылған міндеттерге байланысты бақылау қатарының ішінен сулылығы және ағынды үлестірімі бойынша сипатты, жылдық және маусымдық эмпирикалық қамтамасыздықтары бойынша берілген қамтамасыздыққа жуық үш нақты жылдан тұратын үлгі таңдалынып алынады. Мұндай жылдардың ағынды үлестірімі есептік үлгі ретінде пайдаланылады.

Орташа жыл – орташа жылдық су өтімі өзінің мәні бойынша қамтамасыздығы 50 % жылдық су өтіміне жуық және айлар бойынша ағынды үлестірімі бақыланған жылдар бойынша орташаланған үлестірімге жуық жыл (жалған жылдың үлестіріміне).

Суы ең мол жыл – орташа жылдық су өтімі қамтамасыздығы 5 % жылдық су өтіміне жуық және көктемгі су тасуы немесе жаңбырдан қалыптасатын су тасқынының көлемі ең жоғарғы жыл.

Суы ең аз жыл – қысқы немесе жазғы маусымда судың сабасына түсу кезеңі барынша ұзақ және ағындысы өте аз, су тұтынуды шектейтін, орташа жылдық су өтімі қамтамасыздығы 95 % жылдық су өтіміне жуық жыл. Ылғалдылығы жеткілікті аудандарда шектеуші маусым қыс айлары, ал ылғалдылығы жеткіліксіз аудандарда шектеуші маусым жаз айлары болады.

Таңдалған сипаттық жылдар бойынша жеке кестеге орташа айлық және орташа жылдық су өтімдері жазылады, олар келесі жолда тиісті жылдың орташа жылдық су өтіміне қатысты бірлік есебімен немесе пайыз есебімен өрнектеледі. Салыстырмалы жылдық ағынды үлестірімі есептік үлгі ретінде қызмет жасайды [5].

Кейін қамтамасыздық қисығының көмегімен жылдық су өтімдері, мысалы, 5 %, 50 % және 95 % немесе басқа берілген қамтамасыздық бойынша анықталады [6]. Сосын нақты жылдардың салыстырмалы үлестірімдері бойынша оларды келесі формуланы пайдаланып орташа айлық су өтімдеріне есептейді:

_Q = K Q = ₍₁₎

мұндағы, Q және Q - есептік жылдың қамтамасыздығы орташа айлық және жылдық су өтімдері;

Q және Q - үлгі ретінде қабылданған сипаттық жылдардың орташа айлық және жылдық су өтімдері;

K - сипаттық үлгі жылдардың айлық су өтімдерінің салыстырмалы мәндері.

Сипатты нақты жылдардың үлгілері бойынша жылдық ағынды үлестірімі қамтамасыздығы, дәлірек айтсақ жобаланған жыл үшін немесе шектеуші кезең немесе маусым үшін су беруден асып түспеу өзара біріне бірі жақын және жобалау шарты бойынша берілген қамтамасыздыққа сәйкес келеді деп жорамалдайды. Өзендер ағындысының жылдық режимі күрделі болмаған жағдайда инженерлік есептеулер үшін қажетті аталған сипаттамалардың қамтамасыздықтарының жуықтығы әдетте сақталады [6].

Егер имараттың жұмыс істеу шарты немесе өзен режимі бойынша ағынды үлестірімін декадалар немесе тіпті тәуліктер бойынша болу керек болса, онда есептеулер нақты жыл үлгісінің орташа декадалық немесе орташа тәуліктік су өтімдерін пайдалану арқылы, салыстырмалы гидрограф үлгілерді тұрғызуға дейін орындалады.

Бақылау қатар шектеулі болған жағдайда (10-20 жыл) есептік жылдық ағынды үлестірімін анықтау үшін үлгі жылды таңдаудан бұрын қолда бар қатар репрезентативтілікке тексеріледі.

Бірінші белгі бойынша ағындының маусым бойынша орташа үлесітрімдері жылдық ағындының бірлік үлесі есебімен салыстырылады. Бұл үлестірімдер жақсы үйлескен жағдайда есептік тұстаманың қысқа қатары осы белгі бойынша репрезентативті болып саналады. Ұзын және қысқа қатар бойынша маусымдық ағынды үлестірімнің айырмашылығы айтарлықтай болса, онда есептік тұстаманың жылдық, шектеуші кезеңдік және шектеуші маусымдық ағындыларның орташа мәндерін ұқсас тұстаманың осы сипаттамаларының арасындағы тиісті байланыс графиктері бойынша ұзын қатарға келтіру жүзеге асырылады [7].

Екінші белгі бойынша қысқа қатардың репрезентативтілігі бақылау қатары ұзақ ұқсас тұстамадағы жылдық ағындының және шектеуші кезең мен шектеуші маусым ағындысының қамтамасыздық қисығы бойынша бағаланады. Бұл қисықтарға есептік тұстамада жүргізілген қысқа бақылау қатары жылдарының нүктелері түсіріледі. Егер бұл нүктелер негізінен үлкен және кіші немесе орта қамтамасыздық аймағында шоғырланған болса, онда мұндай қатар репрезентативті емес деп есептеліп, есептік тұстама бойынша қысқа қатардың қамтамасыз қисығы бақылау қатары ұзын ұқсас тұстама бойынша түзетіледі.

Әрбір жағдай үшін ұқсастықтың бар-жоғы есептік тұстама мен ұқсас-тұстамада бақылау қатар жүргізілген жылдардың деректері бойынша тұрғызылған жылдық ағынды мәндерінің байланыс графиктері арқылы тексеріледі.

Нақты жылдың үлгісі бойынша жылдық ағынды үлестірімін есептеу субъективтілікті жоққа шығармайды және жылдық ағынды қамтамасыздығы мен шектеуші кезең мен шектеуші маусым ағындысының қамтамасыздығы үнемі бір мәнді болда бермейді.

Жылдық ағынды және шектеуші кезең мен шектеуші маусым ағындысының қамтамасыздығы бірдей міндерін анағұрлым объективті белгілеуге маусымдарды жинақтау әдісі арқылы қол жеткізеді

11. Ықтималдықтар үлестірімінің қисықтары. Қамтамасыздық қисықтары репрезентативті бақылау қатары бар болған жағдайда ағынды есептеу тәсілдерінің негізгі ретінде алынады. Эмпирикалық қамтамасыздық қисығы қарастырылып отырған сипаттаманың пайда болуының салыстырмалы жиілігінің өсуін, яғни қайталанғыштықты, мысалы су өтімінің берілген мәнінен жоғары мәндердің қайталанғыштығын көрсетеді. Эмпирикалық қамтамасыздық қисығы аналититалық қамтамасыздық қисығымен (интеграл үлестірім қисығымен) алмастыра алады. Ықтималдық теориясы мен математикалық статистика бойынша олардың үш параметрмен сипаттала алатындығы белгілі: қатардың орташа арифметикалық мәні (Q0), вариация коэффициенті (өзгергіштік коэффициенті) (Cv) және ассиметрия коэффициенті (Cs). Үлестірім (қамтамасыздық) қисығының бұл параметрлері гидрологиялық есептерді шешу кезінде әдетте жеткілікті болады. Олардың көмегімен ағындының нақты мәнінің асып түсу немесе асып түспеу ықтималдылығы анықтала алады. Үлестірім және қамтамасыздық қисықтарының негізгі параметрлерін теориялық тұрғыдан негіздеу жеке қарастырылған, сондықтан оқу құралында гидрологиялық есептеу практикасында қолданылатын негізгі түсініктер мен параметрлердің қатынасы ғана келтіріледі. Қамтамасыздық қисығын тұрғызудың негізі ретінде эмпирикалық деректер қатары (ағындыға жүргізілген бақылау деректерінің қатары) қызмет жасайды. Осы деректер бойынша эмпирикалық қамтамасыздық қисығы тұрғызылады. Бұл қисыққа эмпирикалық нүктелердің орналасуына мейлінше үйлесетін аналитикалық қисық таңдалады. Аналитикалық қисық (қисықтың типіне байланысты) белгілі бір теңдеумен өрнектеледі, бұл қамтамасыздық қисығының бақылау деректерімен қамтылған аймағында ағынды есептеуді жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Сонымен, ең алдымен, кіші және үлкен қамтамасыздық аймақтарындағы ағынды ксептеулерінің сенімділігі артады. Ағынды есептік қамтамасыздығының мәні жобалаудың міндеттерімен айқындалады. Қамтамасыздық қисықтары ағындының есептік мәнінің түсу уақытын көрсетпейді.Симметриялы үлестірім қисықтарының параметрлері: орташа арифметикалық мән (Q0) және орташа квадраттық ауытқу (). Ағындының жекелеген қатарлардың өзгергіштігін салыстыру үшін орташа квадраттық ауытқу салыстырмалы бірліктермен, әдетте үлесімен сипатталады. Бұл салыстырмалы орташа квадраттық ауытқу варияция коэффтициенті немесе өзгергіштік коэффициенті (Cv) деп аталады. Варияция коэффициентінің мәнін моменттер әдісі немесе шындыққа жақын әдіс бойынша анықтауға болады. Бұл жағдайда қатар мүшелерінің арасында айтарлықтай автокорреляция коэффициенті бар болған жағдайда артатын Сv коэффициентінің бағалаудың мүмкін болатын жүйелі қателігін де есепке алу қажет. Моменттер әдісі кезінде үлестірім қисықтарының параметрлері ығысуды жоюға түзету енгізіле отырып эмпирикалық үлестірім мәні арқылы өрнектеледі. Бұл жағдайда қатардың шеткі мүшелері үлестірімге үлкен ықпал жасайды. Шындыққа ең жақын әдістің мәні мынаған саяды, белгісіз бір параметрдің қандайда бір мәні пайда болған кезде шындыққа ең жақын функция мүмкін болатын ең үлкен мәнін қабылдайтын белгісіз параметрдің осы мәні анағұрлым ықтимал деп есептеледі. Бұл жағдайда функцияның ең үлкен мәні сәйкес келетін қатардың мүшелері үлестірімге үлкен ықпалын тигізеді. Үлестірімнің бұл қасиеті ассиметриялық үлестірімдерде айқын білінеді. Үлестірімнің ассиметриясын немесе шегерілуін үшінші орталық моменті сипаттайды.Салыстырмалы бірлікпен өрнектеледі және ассиметриялы коэффициенті (Cs) деп аталады.

12. гидрологиялық есептеулерде қолданылатын қамтамасыздық қисықтарының параметрлері, оларды анықтау. Қамтамасыздық қисығын тұрғызудың негізі ретінде эмпирикалық деректер қатары (ағындыға жүргізілген бақылау деректерінің қатары) қызмет жасайды. Осы деректер бойынша эмпирикалық қамтамасыздық қисығы тұрғызылады. Бұл қисыққа эмпирикалық нүктелердің орналасуына мейлінше үйлесетін аналитикалық қисық таңдалады. Аналитикалық қисық (қисықтың типіне байланысты) белгілі бір теңдеумен өрнектеледі, бұл қамтамасыздық қисығының бақылау деректерімен қамтылған аймағында ағынды есептеуді жүзеге асыруға мүмкіндік береді. Сонымен, ең алдымен, кіші және үлкен қамтамасыздық аймақтарындағы ағынды ксептеулерінің сенімділігі артады. Ағынды есептік қамтамасыздығының мәні жобалаудың міндеттерімен айқындалады. Қамтамасыздық қисықтары ағындының есептік мәнінің түсу уақытын көрсетпейді. Есептеу қамтамасыздығы өзеннің алабында немесе арнасында жүргізілетін жұмыстың сипатына және объектіге (гидротехникалық құрылыс, мелиорация, су алу және т.б.) тәуелді. Ол имараттың күрделілігін және қауіпсіздік талаптарын есепке ала отырып нормативтік құжаттармен белгіленеді.

Қамтамасыздық шамасын P анықтаудың қателігі бақылау қатары аз болған сайын үлкен болады. Қамтамасыздықтың, болуы мүмкін тербеліс шегі, статистикада қарастырылып отырған шаманың әртүрлі ықтималдық дәрежесі бойынша өзгеру шегін көрсететін, сенімділік аралығының өлшемімен бағаланады. Әдетте, қатардың ең жоғарғы және ең төменгі мәні үшін, анықталатын сенімділік аралығы шегінің 5 және 95 % ықтималдылығы пайдаланылады. Гидрометриялық деректер қатары генетикалық біртекті емес сипаттамалардан тұруы мүмкін. Бұл жағдайда эмпирикалық (және теориялық) қамтамасыздық қисықтары әрбір біртекті жиынтық үшін эмпирикалық қамтамасыздықтың жоғарыда келтірілген формулаларының бірін пайдалана отырып тұрғызылады. Олардың негізінде қорытқы қамтамсыздық қисығы тұрғызылады. Бұл кезде екі жағдай орын алуы мүмкін: - әрбір жылда екі немесе оданда көп генетикалық біртекті емес ағынды сипаттамалары бар, яғни біртекті жиынтық мүшелерінің саны бірдей және жалпы қатар санына сәйкес келеді ; - генетикалық біртекті емес сипаттамалар жыл сайын кездеспейді, яғни біртекті жиынтықтардың мүшелер саны бірдей емес және жалпы қатар санына сәйкес келмейді.

Ықтималдылық тор көзі көбіне күрделі кескінге ие эмпирикалық қамтамасыздық қисығын түзету немесе бір сызыққа туралау үшін қолданылады. Бұл қамтамасыздығы кіші немесе үлкен су өтімдерін анықтау қажет болған жағдайда қамтамасыздық қисығын бақылау шегінен тысқары графиктік экстрополяциялауды жеңілдетеді, сонымен қатар, Cv және Cs коэффициенттерін графиктік жолмен анықтауға мүмкіндік береді. Ықтималдылық тор көзін тұрғызудың мәні кездейсоқ айнымалының шкаласын ордината шкаласына және (немесе) қамтамасыздық шкаласын – абсцисса шкаласына ықтималдық үлестірімінің қисығы түзу сызыққа түрленетіндей етіп түрлендіруге саяды. Қисық толық түзетілген жағдайда, осы қисықтың (дәлірек айтсақ, енді осы түзудің) параметрлерін графиктік жолмен анықтауға болады. Егер тек қисықты туралау ғана жүзеге асырылса (толық түзетілмесе), онда параметрлерді графа-аналитикалық әдіспен анықтауға болады.

13. Ең аз ағынды факторлары. Өзендер сулылығы өзгерісінің жылдық айналымында суы мол және суы аз маусымдар айқын білінеді. ТМД елдерінің өзендерінде суы аз екі маусым: суы көктемде таситын өзендерде жазғы-күзгі және қысқы, ал суы көктемде-жазда таситын және тасқындық режимді өзендерде күзгі және қысқы суы аз маусым байқалады. Суы көктемде таситын және күзде қатты су тасқыны байқалатын өзендерде кей жылдары тек жазғы және күзгі суы аз маусымдардың байқалуы мүмкін. Аталған суы аз маусымдар көбінесе біріне бірі ұласып жатады және тұтастай алғанда жылдың суы аз кезеңін қалыптастырады. Мұндай жағдайларда қысқы маусымды бөліп тастамау үшін күнтізбелік жыл емес, су шаруашылық жылы қарастырылады.

Суы аз маусымда байқалған өзен ағындысын айтарлықтай су тасқыны жоқ болған жағдайда сабалық ағынды деп, ал ол байқалатын уақытты сабалық кезең деп атау қабылданған. «Сабалық кезең» термині ретінде қысқы немесе жазғы-күзгі маусымда байқалатын және салыстырмалы түрде аз шамасы бойынша тұрақты су өтімімен сипатталатын өзеннің су режимі фазасын айтуға болады. Оның үстіне тұрақты су өтімі ретінде су тасқыны өтімінен айтарлықтай кіші, агынды гидрографындағы жүргісінің жалпы бағыты горизантал сызыққа жақындайтын су өтімін қабылдаймыз. Сабалық кезеңнің ішінде ағынды барынша төмен болатын уақыт бар. Ұзақтығы 30 тәулікке дейінгі ең аз ағынды уақыт аралығы ең аз ағынды кезеңі деп аталады. Бұл кезеңде өзендер тек жер асты суларымен қоректенеді. Бірақ сабалық кезеңде өзеннің қоректенуінде жартылай беткі сулардың да қатысуы мүмкін. Сабалық ағынды терминінің синонимі ретінде ең аз ағынды түсінігі кеңінен қолданылады.

Ауыр өнеркәсіп және жылу электростанциялары өте көп мөлшерде су тұтынады. Оларды тоқтатуға немесе оларға су беруді ұзақ уақыт бойы азайтуға болмайды, сондықтан ағындыны реттеу кезінде ең аз ағынды айқындаушы фактор болып табылады.

Ең аз ағынды таукен өндіру өнеркәсібінде де аз рөл атқармайды, су бұл жерде негізінен технологиялық процеске қатысады.

Ең аз ағынды жөніндегі деректер ауызсу және тұрмыстық шаруашылық, сондай-ақ өнеркәсіпті сумен қамту жобаларында, СЭС, ЖЭС және АЭС жобалау кезінде қолданылады. Халық шаруашылығында пайдаланылатын судың 75 пайызын құрайтын суарамалау үшін осы сабалық ағынды жөніндегі деректердің маңызы зор. Сондай-ақ өзен суларын сарқылудан және ластанудан қорғау шараларын жүзеге асыру үшін ең аз ағынды жөнінде деректер қажет.

Ең аз ағынды су тұтыну мен су пайдалануды шектейтін бірден бір фактор. Сондықтан сабалық ағынды ұзақ уақыт бойы қуаңшылық орын алғанда экономиканы, қоғамның дамуын шектейді, кейде апаттық жағдайларға алып келеді. Сондықтан ең аз ағынды жөніндегі деректер негізгі гидрологиялық сипаттамалардың қатарына жатады.

Сабалық кезең тұру уақыты бойынша ұзақ және қысқа, ал тұрақтылығы бойынша тұрақты және үзікті болады. Егер сабалық кезең 30 тәуліктен артық уақытқа созылса ұзақ және 10 тәуліктен 30 тәулікке дейін қысқа болады. 10 тәуліктен кем уақытты сабалық кезең ретінде алудың қажеті жоқ, өйткені ол орташа өзендерде тасқындық судың келіп жету уақытына сәйкес келеді. Сабалық кезеңнің басталуы мен аяқталуы климаттық факторлармен айқындалады және аумақ бойынша таралуы бойынша географиялық ендік заңдылығына бағынады.

Ең аз ағынды сипаттамалары қатарының ерекшелігі оның ішінде нөлдік мәндердің кездесуі. Бұл жағдай су аз жылдары өзен арнасына келіп түсетін ағынды күрт азайып кететін аудандарда, өзеннің қатып қалуына немесе құрғап кетуіне байланысты орын алады.

Өзендердің құрғап кетуі ұзақ уақыт қуаңшылық болуына, ал өзендердің қатып қалуы қысқы маусымда ауа температурасының күрт төмендеуіне байланысты.